Н.М. Изюмов, Д.П. Линде - Основы радиотехники (1083412), страница 40
Текст из файла (страница 40)
Даль~вне се я- 1'32 зн зе~мныын луча~ми практически осуществи~мы лишь на длин н ых волнах. Но здесь возникает еще одна особенность; если с~рого вертикально поляризованные волны нужно приншаать на вертикальную .п~риемяую антенну для создания в ией ~переменного тока, то на~наемное ~поле своей горизонтальной соста~вляющей может ~наводить ток и в горизонтальном приемном проводе, расположенном ~вдоль на~правления движения волн. Прием иа гауиэонтальный провод выгоден прн деобходнмости низ.
кой подвески антенн. От рассмотрения характеристик влияния земной поверхности на раопространение раниоводн обратимся к характвристика~м влияния эженой атмосферы. Допустим, что радиоволны из области нейтрального газа переходят в область нонизиуованного газа. Попеуечное (т. е, перпендикулярное лучу) электрическое поле приводит в движение свободные элект1роны нонизнрованной среды. Электромагнитное поле движущихся зарядов электронов суммируется с полем радиоволн, в результате чего изменяется нанра|вление их лучей. В физкке такое изменение направления лучей называется пу ело млением.
Коэффициент преломления ори переходе луча из нейтрального слоя в ионизированный определяется .известным из физики соотношением з(п йг я=в з!и бз где 81 — угол падения, а ба — угол пре. ломления (рис. 7.8), еоста~вляемые со. ф / Рис. 7.8. Закон преломления радиоволн ответственно падающим я преломленным лучами с ~перпендшгуляром к поверхности раздела слоев. Коэффициент преломления радио. волн пуопорцяонзлен квадратному корню .нз отношения диэлектрических про- ницаемастей второго н первого слоев. Если учесть, что для нейтрального газа проницаемюсть приблизительно 1равна единице, го можно написать з!п 6, = (/.„ (7.3) 5!п ба где е,, †относительн диэлектриче- ская .проницаемость 1ионизированного газа.
Если е,,(1; то 6,>бь а это озна- чает, что в ианизмраванноы слое лучи ралиоволн идут более .полого, нежели в нижних слоях атмосферы. Именно та- кой случай преломления показан на рис. 7.8. Но приходится напомнить, что все твердые, жидкие и газообразные вещее рва имеют диэлектрическую цро- ницаемость больше единицы; лишь для ва1куу1ма она снижается до единицы. Здесь же мы утверждаем, что для иани- энраванного газа ана «может быть м е,ныл е еди1нпцы. 31начит, нонизи. ронанный газ — своеобразный диэлект- рик.
Как это объяснить физичнжиу При прохождении рвдновол~н сквозь нонизировавную среду свободные элект- роны приводятся в движение полем воли. Пренебрежем пока воэможностью столнновелий элекпронав с молекулами н ионами газа. Можно утверждать сле- дующее: че1м выше ' плотность ианнз аци и (чнсло свободных элект- ронов в единице объема) н чем н,н- ж е ч а с т а т а,р а д н о в о л н (т. е. чем больше путь пробега элект«рона за вре- мя действия на жго полуволны), тем сильнее «электронный» ток «пода1вляет» обычный ток смешения, Результирующий ток уменьшается, что соответствует уменьшению днэлектричеокой ,проницае- мости ионосферы. Математически она выразится следуинцны соотношением: Ф е т! — 8! —.
я.г 1» (7.4) Здесь й« вЂ” число электронов в 1 см', а 1 — частота я«точилка волн в килогер- цах. Объели«няя формулы (7.4) и (7.3), напишем выражение для коэффициента преломления радиоволн; з(пбх т/ 61 и= .. = 1/ 1 — 81 —, (7,6) з1п бэ Этой формулой будем широко ноль- заваться для анализа процессов распро- странычия воли в ионосфере. Сейчас от- метим лишь важнейшие практические следствия этой формулы. Если ионизация исчезает из-за ~ре- комбинации элекч;ранов с ионами (й«-» -»О), то и преломление прекращается.
Длинные волны (малые частоты 1) преламлякггся сильнее, чем короткие, а для ультракоротких ,волн (очень высоких частот 1) преломление 1вообще отсутствует даже лри наибольшей практически наблюдаемой степени ионизации. Наконеп, при,некотором значении угла падения б, (прн достаточно пологом падении радиоволн на границу раздела слоев) угол преломления бз должен был бы стать равным 90. Это означает, что дуч, начиная с этого угла 61, уже не входит в иониэнраванную среду, а прк более пологам падении 1полнастью отражается вниз к Земле. Подводя итог оказанному, можно утверждать, что чем длиннее волны и выше степень ионязацин слоя, тем сильнее преломление и мруче угол падения, 1при котором волны отражаются к Земле.
Если взять случай вертикальною падения волн на ионизированиый слой (6,=0), то формула (76) примет следующий внд: Ф 0=1/ ) 81 —. 1* (7.6) Значение частоты 1, удовлетворяющее этому условию, называется кр ит ич ес1ко й частотой ионизированного слоя (1,р). Легка найти значение этой частоты из формулы (7.6): 1„» = 'з/81 У. (7.7) Следовательно, вместо числа влектранов 1в кубическом сантиметре в 1качестве характеристики ионизцраванного слоя можно указывать критическую частоту 1«р Найдем для примера критические частоты слоя г в дневные и ночные часы зимнего времени (см. $7.1).
Днем 1„р !/81 2.,10»~!3000 кГц=13 МГц. Ночью 1,р — — (/81 2 1О'=4000 кГц =4 МГц. Сколь существевно может изменяться критическая частота .в течение суток! Реальная область ионосферы имеет, конечно, неравномерную плотность ионизации, каи это н было показано на рис. 7.4. Плотность ионизация с высо. той возрастает, достигает мансимума н затем постепенно уменьшается. Можно представить себе, что ионизация возрастает скачками (рис.
7.9), так что ар> >Е«>Е,>Е«. Лун будет испытывать постепенное преломление, становясь все более н более пологим, и наконец подойдет к очередному скачку ианизации (ез) пад углом падения, способным дать отражение луча к Земле. Испыты- 133 Ионосфера Ионосфера --'Х вЂ”-- Иордание полни улашранороганио родны Рьс. 7.9.
Схема поворота луча к Земле вая обратное преломление, луч вернется к Земле под тем же углом 6, под которыи был излучеи. Вполие понятно, что поворот луча к Земле совершается до прохождения максимальной концентрации электронов данной области, Если же ионизация недостаточна для поворота луча, то он пфоходит в космическое пространстзо, испытывая, некоторый из. лом пути н ионосфере. На рис. 7.10 показаны наиболее характерные случаи расцроспранения ДВ Рнс 710. Характерные примеры в ионосфере (низкая радиочастота), КВ (высокая радиочастота) н УКВ (сверхвысокая радиочастота) радиоволн в ионосфере Читателю предлагается сопоставить эти рисунки с формулой (7 5) и обосновать следующие фзкты: ДВ отражаются от нижней границы ионосферы; КВ могут быть возвращены к Земле при достаточной плавности нон; УКВ проходит сквозь атмосферу в Космос, причем луч может испытывать некоторое смещение, ио практически сохраняет п~рямолипейность и в Космосе.
Отклонения от этих общих закономерностей будут указаны в следующих па~раграфах. В заключение скажем, что при колебаниях, вызываемых проходящими ра- 134 диоволнамн, электроны в ионосфере сталниваются с молекулами газа, расходуя на нагревапие газа часть энергии радиоволн. Это поглощение энергии является вредным свойством ионосферы, так как оно ослабляет напряженность воля радиоволн, Характерно следующее: поглощение тем сильнее, чем больше не только степень ионизации, ио и плотность сарамаго газа, таи как с увеличением плотлости газа возрастает число соударений электронов с молекулами за секунду. Поэтому область Е (и даже область О), имея меньшую концентрацию элекъронов й, иежели область К,но находясь под ббльшим давлением, поглощает энергию радиоволн сильнее.
Отсюда для КВ, например, область р оказывается отражающей, а области Е и () — поглощающими. Поглощение зависит на только от плотности газа, но и от частоты ( колебаний излучателя радиовол~и. Для волн короче примерно 300 и эта закономерность очень проста: с ростом частоты поглощоние энергии радиоволн уменьшается. Это можно пояснить физически. При,высокой частоте ( ~колеблющийся элекърон успевает несколько раз п|риобретать и переизлучать энергию, прежде прохождения ДВ, КВ и УКВ чем сталкивается с молекулой газа; приобретенная и в|новь излученная энергия возвращается полне («реактивная» энергия).
Значит, при соударенни с молекулой энергия, запасенная элекпроном за коротний период, мала и уменьшается с частотой. Ультракороткие волны, нанрнмер, имеют в ионосфере относительно малое затухание. Для волн длнннее 100 ,м имеется максимум затухания в ионосфере; он соответствует п~риблизительно СВ диапазону. Именно в этом диапазоне длин волн частота элвктромагннъных колебаний может оказаться фаиной числу столкновений электронов с молекулаыи за секунду. Получается явление овоеоб. 7.3.
РАСПРОСТРАНЕНИЕ ДЛИННЫХ ВОЛН гуонпсфера / / ! Рис. 7.11. Распространение ДВ и эффект антипода разного резонанса, которому соответствует максимум поглощения энергии. на «напрев» воздуха. На еще более длинных волнах затухание снова несколько уменьшается, та~к как здесь время пробега элекнрона между соудареинямн меньше периода электромагнитных колебаний, а потому за время пробега электрон получает лишь малую порцию энер- Свцрхдлинные н длинные волны (Х)1000 м, /(3 1О' Гц) обладают, как яам известно, наибольшей способностью огибать выпуклость земного шара.
Одна-. ко,првктическая воэможность держать на этих волнах связь даже с антиподом (на 20000 км) не может быть обьясиена только днфракцией. Условия их распространения оказываются благоприятными благодаря наличию ионосферы. Не толысо уровень Е, но я дневные часы даже уровень О имеют такую плотность нонизацни, прв которой ДВ способны отражаться,при любом угле падения, в том числе н ~при вертикальном падении. Действительно, если взять даже самую высокую из частот ДВ диапазона (/=3.10» кГц) и полста~вить ее значение в формулу (7.7), получим концентрацию электронов, необходимую для вертикального опраження этой волны: М=/'/81=9 104/81~10» электронов на ! см'.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
