Никольский В.В., Никольская Т.И. Электродинамика и распространение радиоволн (3-е изд., 1989) (1152088), страница 85
Текст из файла (страница 85)
Общие представления (А) 15ЛЛ. Радиоволны, Говоря об электромагнитных волнах, исполь зуемых в радиотехнике, употребляют термин радиоволны. В широком смысле радиоволнами являются всевозможные волновые процессы в аппаратуре (например, в волноводных устройствах, интегральных схемах СВЧ и пр.), в линиях передачи и, наконец, в природных условиях, в среде, разделяющей приемную и передающую антенны. Прпех!ник и передатчик, можно сказать, соединены внеаппаратурпой линией передачи, радиолинивй. В узком смысле слова под радиоволнами понимают электромагнитные волновые процессы на таких радиолиниях, которые называют также естественными радиотрассами, радиотрактами и пр.
В то же время радиолинией иногда называют и всю совокупность средств передачи информации в радиосистеме. Различают следующие основные диапазоны радиоволн: сверхдлинные волны (СДВ): Л = 10 —: 100 км (1 = 3 —: 3 10 кГц); длинные волны (ДВ): Л = 1-: 10 км (1 = 3 ° 10 —: 3 ° 101 кГц); средние волны (СВ): Л= 100 м —: 1 км (1= 3 10'-: 3. 10' кГц); короткие волны (КВ): Л = 10 =' 100 м (1= 3 —: 3 10 МГц); ультракороткие волны (УКВ): Л = 0,1 >ш — '- 10 и (1= = 3 . 10 МГц — ' 3 10' ГГц) . Разумеется, мыслимы как более длинные, так п более короткие радиоволны. Освоение все более коротких воли происходило по мере развития средств генерации соответствугощих электромагнитных колебаний. Уже более четверти века назад в результате изобретения оптических квантовых генераторов, лазеров, стали доступны когерентные ж>ектромагнитные колебания, соответствующие оптическому спектру.
Техника располагает, такци образом, радиоволнами оптического диапазона, в котором разсц>чают следующие поддиапа зоны: инфракрасная область: Л=7,5.10 4 —:10-' хш ((= — 3 10' —: —: 4 10ь ГГц); видимый свет: Л=4 ° 10 4 —: 7,5.10 4 ии (1=4 . 101 —: —: 7,5 ° 104 ГГц); ультрафиолетовая область: Л= 10 4 —:4 10 ' мм (1= 7,5 10' —: —: 3 104 ГГц). В дополнение к этому приведем также сведения о классификации радиоволн в соответствии с международным Регламентом радиосвязи, установленным МККР (Международный консультативный комитет по радио).
Ниже в табл. 15.1 приведены соответствующие полосы частот (си., например, (Е.4]). Таким образом, полосам 4, 5, б, 7 отвеча>от СДВ, ДВ, СВ и КВ, а полосам 8 —: 19 — УКВ. 30* ГЛ. 1э. РЛСПРОСТРАНЕНПЕ РАДИОВОЛН 403 1 1б.1. ОБ|дне пРБдстАВ;|ения |л) Таблица 131 Полосы частот ио номенклатуре МНКР Соотеетствэчогггее имгиеновьгреввиы частот гэ Обозначение частот Наждому диапазону радиоволн свойственны характерные особенности распространения в природных условиях, о чем будет говориться ниже. 15.1.2. Роль антенн. При рассмотрении радиолнпнй| необходимо учитывать свойства антенн.
В простейшем идеализированном случае приемную и переда|ощую антенны можно считать точечными объектамп, которые расположены в свободном пространстве. Если бы передающая антенна излучала равномерно во всех направлениях, то создаваемый ею на расстоян|ш г поток энергии должен был бы иметь плотность Пб (г) = Рл(йто', (15.1) так как в этом случае РА = ПоЯ, где Я вЂ” сферическая поверхногль, пз центра которой происходит излучение. Реалыгые антенны излучают неравномерно, что можно учесть, введя так называемый ьогэффггг)ивнт наггравлвг|ности действ||я В(0, а) в соответствии с апре;|слепнем (9.33).
Поэтому вместо (15,1) пмосм; П (т, 6, а) =- ВА(0, а) Р„)йягт, (15.2) где имеется в виду плотность потока энергии в некоторой точке с координатами г, О, а. Локально воле излучения моя|по рассматривать как плоскую волну и, следовательно (см. п. 5.5.1), П (г, 6, а) =-. Ев (г, О, а)/2йт. (15.3) Из (15.2) и (15.3) получаем формулу, выражающую напряженность электрического поля в рассматриваемой точке: 1 э |эл 1|) 1") РАН 1 Е (г, О, а) =- — ~( ',, = — и 60ВА(0, а)РА (15.4) (для свободного пространства И'= 120н,г)м, (4.29) ). Передко фор- 4 0 т 3 0 10 11 13 ОНЧ (очем низкие) НЧ (низкие) СЧ (средние) ВЧ (выс, ие) ОВЧ (очень высою|е) УВЧ (улг.травысокие) СВЧ (сверхвысокие) НВЧ (крайне высокие) 3 —:30 кГц 30 —:ЗОО к!'ц 300 —:3000 кГц З=.ЗО МГц 30 —:300 Мгц 300 —:3000 Мтц 3-:зо гг„ 30-:300 ГГц Н)Π—:, ЗООО ГГц Мирваыетровые Нилоыетровые Гектоиетровые Декаиотровые Метр овыо ))ециметровые Сантииетровые Миллииетровые дециииллииотровые мулу (15.4) записывают относительно эффективного значения напряженности, которое меньше амплитудного в 72 раз.
Теперь мы можем говорить о раднолинии в целом, полагая, что Л и  — точки локализации передагощей и, соответственно, приемной антенн (рис. 15.1). Напряженность электрического поля в точке приема В определяется по формуле (15.4). Но можно перейти п к мощности, отбираемой приемной антенной, которую обозначим Р,. ге'Ю 'В Локально плоская волна падает на приемную антеппу в направлении, которое в ее системе координат характериауется угламп 0', а (рпс. 15.1). Плотность потока энергии есть П(г, Ю, а) (15.2) . Запишем: и Рв = П (г, Юэ а) Яв (О'э а') (15.5) Рис. 133 (линия, соединяющая точни Л н В, |п|еет угловые координаты |г, а в одной системе п 6, а — в другой).
Ноэффициент Яв(Ю, а ), зависящий только от типа антеш|ы (при данных О, а и заданной поляризации волны), называется эффективной нове)эх|гость|о |грпемной антенны. В курсах антенн доказывается (см., например, (В.5]), что эффективная поверхность антенны Я и ее коэффициент направленности действпя 1) связаны соотношением: 1) = йно,'),е (15.6) (аналогичная формула (10.23) была получена в связи с представленнел| об идеальной поверхностной антенне).
Подставляя (15.2) в (15.5) п заменяя Я,(0', а') в соответствии с (15.6) на А,10(0', а') гйн, получаем следующую формулу — 1) (О, и) И. (О', а') Ь (15.7) (4нт)в которая характеризует передачу энергии для радиолинии в свободном пространстве; такую радиолинию условно будем называть идеальной. Формула (15.7) имеет весьма ограниченное применение; опа, например, пригодна в случае не слишком протяженных радиолиний космос — космос.
Но нередко используют формулу: Л, <О, а) )) „(О', и') ).а 1В-. 1' (г) в 1А. (1 5.8) (ьнт)в гл 15. РАОПРООТРАпенпе РАдпОБОлн 47О 471 $15.1. ОБщие пРедстАВления (А) Функция Б(г), квадрат которой фигурирует в (15.8), называется множителем ослабления. Так 5 аким путем формально учитываются потери энергии в различных реальных радиолпнпях. В инясенерной практике формулу (15.8) обычно логарифмируют, выражая все величины в дБ.
15.1.3. О ..3. Основные факторы распространения радиоволн. Ввиду разнообразия, ело)кностп п изменчивости природных условий анализ распространения радиоволн порождает трудные задачи. Радиоволны излучаются и принимаются аптеннаыи в относительной близости Земли, реже одна или обе антенны радиолипии находятся в космосе.
Околоземное пространство неоднородно. Поверхность Земли и атмосфера оказывают решающее влияние па формирование элек оагпитных волновых процессов. Представим себе спачаза, что в си- трлу направленности действия передающей антенны А (рис. 15.2а) ианвесрера А 'с) Рнс. 15.2 излучение происходит под ыалыми углами к горизонту. В этом случае характер волнового процесса существенно определяется свойствами почвы (или морской поверхности), В результате поглощения, вызываемого действием материальной среды п , поле уоывает с расстоянием гораздо быстрее, чем в свободном пространстве. Но особенности строения атмосферы в данном случае могут и не сказываться, и передача энергии происходцт так, как если бы атыосфера вообще отсутствовала.
Такого рода волновой процесс называют земной волной. быть Но радиопередача из А в В прн определенных условиях монс с выгодой осуществлена иным путем, посредствоы так называе- ет ыой ионосферной волны. Ионосферой называют область атмосферы, нижняя граница которой лежит на высоте около 60 км. Разреженный газ этой области ионизован, причем степень ионизация ионо- так называемои сферпой плазмы сначала возрастает с высотой (в так н п.
14.2.1, внутренней ионосфере) и затем убывает, а как ве ( .. п..-. ), с ростоы концентрации свободных электронов Л' меньшается диэлектрическая проницаемость среды; о существовании потерь пока можно пе говорить. Такнм образом, вп т еппяя ионосфера — среда с вертикально падасосцпы коэффициентом прелоылепия. Излучение антенны А, представляющее собой вблизи пиясней границы ионосферы локально плоску1о волну, можно охарактеризовать прп помощи луча, приходящего под некоторым углом О« (рис.
15.2). Луч этот претерпевает рефракцию (см. и. 5.5.3) и может вернуться к Зеыле, как показало на рис. 15.26, причем рефракция в ионосфере может несколько раз чередоваться с отражением от земной поверхности. Характер искривления луча нетрудно понять, походя из формулы (5.120), учитывая, что во внутренней ионосфере дп/йг(0. При ыногократном переотражении от ионосферы и Земли радиоволны распространяются на огромные расстояния при сравнительно малоы поглощении. Роль ионосферы весьма значительна: она образует нечто вроде природного зеркала. Но для достаточно коротких воля (именно для диапазона УКВ) ионосфера уже пе играет роли отражателя.
Из формул (14.39) видно, что при данной конце)прации Ж с ростом частоты диэлектрическая проницаемость плазмы все ближе к единице. Если луч «не успевает» искривиться во внутренней ионосфере настолько, чтобы повернуть к Земле, то он уходит во внешнюю ионосферу (рис. 15.2в), где концентрация Л постепенно падает.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
