А.И. Куприянов - Основы защиты информации (1022813), страница 17
Текст из файла (страница 17)
"', Выпуклость земной поверхности ограничивает расстояние, на ром из точки приема виден передатчик (область прямой виости). Однако радиоволны могут проникать в область тени на ьшее расстояние г; Я~ (где Яз — радиус Земли), огибая ,' млю, в результате дифракции. Практически в эту область за счет фракции могут проникать только километровые и более длин- те волны. За горизонтом поле растет с увеличением высоты Ь1, 81 на которую поднят излучатель, и быстро (почти экспоненциально) уменьшается при удалении от него.
Влияние рельефа земной поверхности на распространение радиоволн зависит от высоты неровностей Ь, их горизонтальной протяженности 1, длины волны А и угла 8 падения волны на поверхность. Если неровности достаточно малы и пологи, так что 2ж /й сов 0 < 1 (где 1с — волновое число, )с = — ) и выполняется критерий Рэлея к2Р сов 8 < 1, то они слабо влияют на распространение радиоволн. Влияние неровностей зависит также от поляризации волн. Например, для горизонтально поляризованных волн оно меньше, чем для волн, поляризованных вертикально. Когда неровности не малы и не пологи, энергия радиоволны может рассеиваться (радиоволна от них отражается).
Высокие горы и холмы с Ь > Х образуют затененные области. Дифракция радиоволн на горных хребтах иногда приводит к усилению волны из-за интерференции прямых и отраженных волн: вершина горы служит естественным ретранслятором. Фазовая скорость радиоволн, распространяющихся вдоль земной поверхности (земных волн) вблизи излучателя, зависит от ее электрических свойств. Однако на расстоянии в несколько Х от излучателя иф= с. Если радиоволны распространяются над электрически неоднородной поверхностью, например сначала над сушей, а затем над морем, то при пересечении береговой линии резко изменяются амплитуда и направление распространения радиоволн (наблюдается береговая рефракция). Распространение радиоволн в тропоефере.
Тропосфера — область, в которой температура воздуха обычно убывает с высотой Ь. Высота тропопаузы на земном шаре не одинакова: она больше над экватором, чем над полюсами, а в средних широтах, где существует система сильных западных ветров, меняется скачкообразно. Тропосфера состоит из смеси газов и паров воды; ее проводимость для радиоволн с Х больше нескольких сантиметров пренебрежимо мала. Тропосфера обладает свойствами, близкими к вакууму, так что у поверхности Земли коэффициент преломления л =,Й = 1,0003 и фазовая скорость лишь немного меньше с. С увеличением высоты плотность воздуха падает, поэтому и уменьшается, еще более приближаясь к 1.
Это приводит к отклонению траекторий радиолучей к Земле. Такая нормальная тропосферная рефракция способствует распространение радиоволн за пределы прямой видимости, так как за счет рефракции волны могут огибать выпуклость Земли. Практически этот эффект может итрать роль только для УКВ. Для более длинных волн преобладает отгибание выпуклости Земли за счет ди фракции. Метеорологические условия могут ослаблять или усиливать рефракцию по сравнению с нормальной, так как плотность воздуха 82 " сит от давления, температуры и влажности.
Обычно в тропосдавление газов и температура с высотой уменьшаются, а иальное давление водяного пара увеличивается. Однако при 'оторых метеорологических условиях (например, при движе": нагретого над сушей воздуха над морем) температура воздуха "' ' сотой увеличивается (температурная инверсия). Особенно веотклонения летом на высоте 2 ...
3 км, когда часто образуют- :-температурные инверсии и облачные слои. При этом прелом" ие радиоволн в тропосфере может стать столь сильным, что едшая под небольшим углом к горизонту радиоволна на нерой высоте изменит направление и вернется обратно к Зем:-. В пространстве, ограниченном снизу земной поверхностью, а -", рху рефрагирующим слоем тропосферы, волна может распро" аняться на очень большие расстояния (волноводное распрост'нение).
В тропосферных волноводах, как правило, могут расстраняться волны с 1< 1 м. '::,: Поглощение радиоволн в тропосфере пренебрежимо мало для х радиоволн вплоть до сантиметрового диапазона. Поглощение иметровых и более коротких волн резко увеличивается, когда ота колебаний совпадает с одной из собственных частот колей молекул атмосферных газов (резонансное поглощение). Мо'Кулы получают от приходящей волны энергию, которая пре" щается в теплоту и только частично передается вторичным вол. Известен ряд линий резонансного поглощения в тропосфере: )= 1,35; 1,5; 0,75 см (поглощение в парах воды) и Х = 0,5; 0,25 см "оглощение в кислороде).
Между резонансными линиями лежат .' асти более слабого поглощения (окна прозрачности). Ослабление радиоволн может быть также вызвано рассеянием неоднородностях, возникающих при турбулентном движении ' здушных масс. Рассеяние резко увеличивается, когда в воздухе .исутствуют капельные неоднородности в виде дождя,'снега, : ана. Почти изотропное рассеяние Рэлея на мелкомасштабных ' . днородностях позволяет радиоволнам распространяться на рас' яния, значительно превышающих прямую видимость.
Таким разом, тропосфера существенно влияет на распространение УКВ. декаметровых и более длинных волн тропосфера практически озрачна, и на их распространение влияют земная поверхность ':ролее высокие слои атмосферы (ионосфера). :::- Распространение радиоволн в ионосфере. Ионосферу образуют 'рхние слои земной атмосферы, в которой газы частично (до '%) ионизированы под влиянием ультрафиолетового, ренчтено. кого и корпускулярного солнечного излучения. Ионосфера элекически нейтральна, она содержит равное количество положи' ьно и отрицательно заряженных частиц, т.е.
является плазмой, ';:: Достаточно большая ионизация, оказывающая влияние на рас' остранение радиоволн, начинается на высоте 60 км (слой О), 83 8=1 — —; о=1- <а~ о2О2Ч о22 + ч2 4п(о22 + ч2) (4.35) где ч — эффективная частота соударений. Для декаметровых и более коротких волн в большей части ионосферы о22»ч2, а показатели преломления и и поглощения к приближаются к значениям О2~ ~2тш и ~1- — „к = —. О2' В /Е (4.3б) Поскольку для ионосферы и > 1, то фазовая скорость распрос- с транения радиоволн иф — — > с, а групповая скорость и, = си < с. и Поглощение в ионосфере пропорционально ч, так как чем больше столкновений, тем большая часть энергии, получаемой электроном, переходит в теплоту.
Поэтому поглощение больше в нижних областях ионосферы (слой Ю), где выше плотность газа. С увеличением частоты поглощение уменьшается. Короткие волны испытывают слабое поглощение и могут распространяться на большие расстояния. Рефракция радиоволн в ионосфере. В ионосфере могут распространяться только радиоволны с частотой о2 > о20. При о2 < о20 показатель преломления и становится чисто мнимым и электромаг- 84 увеличивается до высоты 300...400 км, образуя слои Е, 4„Х~, и затем медленно убывает. В главном максимуме концентрация электронов Идостигает 102 м з. Зависимость Рот высоты меняется со временем суток, года, с солнечной активностью, а также с широтой и долготой.
В зависимости от частоты основную роль в распространении радиоволн играют те или другие виды собственных колебаний. Поэтому электрические свойства различны для разных участков радиодиапазона. При высоких частотах ионы не успевают следовать за изменениями поля, и в распространении радиоволн принимают участие только электроны. Вынужденные колебания свободных электронов ионосферы происходят в противофазе с действующей силой и вызывают поляризацию плазмы в сторону, противоположную электрическому полю волны Е, Поэтому диэлектрическая проницаемость ионосферы е < 1. Она уменьшается с умень- 2 шением частоты е = 1- —.
Учет соударений электронов с атоматоо О,2 ми и ионами дает более точные формулы для диэлектрической проницаемости и проводимости ионосферы: ое поле экспоненциально убывает в глубь плазмы. Радиовол: с частотой а2, падающая на ионосферу вертикально, отражает::от уровня, на котором а2 = о2о и и = О.
В нижней части ионосферы "'ктронная концентрация и о2о увеличиваются с высотой, по. му с увеличением в излученная с Земли волна все глубже проет в ионосферу. Максимальная частота радиоволны, которая ается от слоя ионосферы при вертикальном падении, назы' тся критической частотой слоя: (4.37) '.;:,. Критическая частота слоя г2 (главного максимума) изменяет- " в течение суток и года в широких пределах (3...10 МГц). Для - н с в>в„р показатель преломления не обращается в ноль и : ающая вертикально волна проходит через ионосферу, не отаясь. ;:, При наклонном падении волны на ионосферу происходит рефия, как в тропосфере. В нижней части ионосферы фазовая скоь увеличивается с высотой (вместе с увеличенисм электронной ' нцентрации Щ Поэтому траектория лучр отклоняется по направ"нию к Земле.
Радиоволна, падающая на ионосферу под углом до, рорачивает к Земле на высоте и, для которой выполнено условие = в„р, Максимальная частота волны, отражающейся от ионосфепри падении под углом сро, называется максимально примени02кр "Ой частотой й) = . > о2,Р. Волны с со< о2„, отражаясь от з1п ~ро ''носферы, возвращаются на Землю. Этот эффект используется я дальней радиосвязи и загоризонтной радиолокации. Вслед' ие сферичности Земли величина угла до ограничена и даль- сть связи при однократном отражении от ионосферы не пресходит 3500...4000 км. Связь на большие расстояния осуществется за счет нескольких последовательных отражений от ионос"" ры и Земли (скачков). Возможны и более сложные волноводе траектории„возникающие за счет горизонтального градиента или рассеяния на неоднородностях ионосферы при распростра' нии радиоволн с частотой в > а .
В результате рассеяния угол " ения луча на слой Р2 оказывается больше, чем при обычном спространении. Луч испытывает ряд последовательных отражеот слоя Г~, пока не попадет в область с таким градиентом Ф, торый вызовет отражение части энергии назад к Земле. ::: Влияние магнитного поля Земли с напряженностью Н~. Оно свося к тому, что на электрон, движущийся со скоростью о, дей- ует сила Лоренца Р = -о Но, под влиянием которой он врае с 85 щается по окружности в плоскости, перпендикулярной Но с гироскопической частотой вн. Траектория каждой заряженной частицы — винтовая линия с осью вдоль Но Действие силы Лоренца приводит к изменению характера вынужденных колебаний электронов под действием электрического поля волны, а следовательно, к изменению электрических свойств среды. В результате электрические свойства ионосферы становятся зависимыми от направления распространения радиоволн и описываются не скалярной величиной е, а тензором диэлектрической проницаемости е;,.
Падающая на такую среду волна испытывает двойное лучепреломление, т.е. расщепляется на две волны, отличающиеся скоростью и направлением распространения, поглощением и поляризацией. Если направление распространения радиоволн перпендикулярно Но, то падающую волну можно представить себе в виде суммы двух линейно поляризованных волн с Е~ Но и Е ~ ~ Н,. Для первой «необыкновенной» волны характер вынужденного движения электронов под действием поля волны изменяется (появляется компонента ускорения, перпендикулярная Е) и поэтому изменяется л. Для второй «обыкновенной» волны вынужденное движение остается таким же, как и без поля Но.
Основная часть энергии низкочастотных (НЧ) и очень низкочастотных (ОНЧ) радиоволн практически не проникает в ионосферу. Волны отражаются от ее нижней границы (днем — вследствие сильной рефракции в О-слое, ночью — от Е-слоя, как от границы двух сред с разными электрическими свойствами).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
