Никольский В.В., Никольская Т.И. Электродинамика и распространение радиоволн (3-е изд., 1989) (1152088), страница 91
Текст из файла (страница 91)
Согласно (15.48) коэффициент затухания Й' обратно пропорционален квадрату частоты и прямо пропорционален произведепшо т)с". Из рпс. 15.25 (Е.8] видно, что хотя злоктрояная концентрация 11" быстро растет с высотой во внутренней ионосфере, частота соударений т с еще больптей скоростью падает, что связано с умоныпеппем плотности среды. В результате произведение РЛ1, а с ним и Й", значительно уменьшается с высотой. Наиболее поглощающей являотся область )7. Возвращаясь к формулам (15.41), замечаем, что прн достаточно болыпнх т величина Й" с ростом т уменьшается.
Если тз » ыз, то пз (15.41) следует: где А то же, что и в (15АЗ). Прп небольших электронных концентрациях и низких частотах (ю„« т, о1 ~т) из (14А5) Фе Л ж 61'!ож (15.45) 6 !6.6, Осовеныостн РАспРОстРАнення РАдноволн 497 Если в то же время юр»юч, плазма проявляет себя как провод- ппк. Тогда ввиду (4.47) ",1=-:УФ В заклгочеппе подчеркнем, что все обсускдавшпеся результаты основываются на элементарной теории столкновений электронов як щб щ'с щ" гп1с плазмы с тяжелыми частицами (см.
п. 14.2.2). Преодоление допу- щенных упрощений требует уже значительного усложнения тео- рии (см., например, [Д.12)). ь 15.6. Дпапааонные особенности распространения радиоволн и работа радиолиний (Л) 15.6.1. Вводные замечания. Сверхдлпппые и длинные волны. Общно черты распространения радиоволн в природных условпях уже обсуждались в п.
15.1.3. Теперь — после поучения роли земной поверхности, тропосферы н ионосферы в 4 15.2 — 15.5 — можно сосредотсшить внимание па дпапазонвых особенностях распространения радиоволн н связанных с этим вопросах раооты радяолпппй. Для электромагнитных полей, соответствующих дшшазопам СДВ и ДВ, различные виды почв, а тем более все водные срезы выступают как проводники. Справедливость сделанного утверждения может нарушаться лишь вблизи границы диапазона СВ для сухих почв (си. табл, 1.2). Но, например, для сухой почвы с е =-4 и и =10 ' См1'и прп ) =10 ЕГц находим: 1я Л = 45, что ужо вполне отвечает критерию проводника.
Добавим, ыо па СДВ н СВ земная поверхность оценивается как кш1болоо гладкая. Поскольку это граница проводника, магнитное 32 в. з. нлкслссллз, т, и. плкслссксл ГЛ. 15. РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН 5 15.5. ОсОБеннОсти РАспРОстРАнениЯ РАДиОВОлн 501 в проводящие среды. 11оэтому СДВ имеют преимущество при реализации радиолиний под водой (связь с подводяыми лодками и пр.). Некоторые особенности распространении СДВ, связанные с действием земного магнетизма, будут затронуты в гл. 16. 15.6.2.
Средние волньс. По мере увеличения частоты условпн распространения радиоволн изменяются настолько, что для диапазона СВ характерными оказываются уже иные особенности. Иэ-за большего поглощения в почве радиолинии СВ, использующие земную волну, могут пметь протяженность лишь порядка 1000 км. Что касается ионогферной волны, то она способна отразиться лишь при электронной концентрации, свойственной слою Е. Поэтому днем, когда существует более низкий слой В, волна проходит через него и практически полностью поглощается. Ночью же поглощение соответственно гораадо меньше, и радиолиния может работать на ионосферной волне; ее протнженность при этом весьма значительно возрастает. Существенно, что ночью в точку приема В могут прийти одновременно земная и ионосферная волны (рис.
15.27а) или, яапример, две ионосферные волны (рис. 15.27б). Поскольку состоя..ние ионосферы подвержено постоянным изменениям (а участок Ркс. 15,27 трассы в ионосфере по сравнению с ДВ может быть значителен), фаза проходящей волны будет заметно изменяться со временем, Но этой причине в обоих отмеченных случаях интерференция волн приводит то к ослаб:1епню, то к усилению поля в месте приема. С этими залпсс опиями (другое пх название — федина) борсотся, стараясь умепьпшть излучение передающей а~теплы под большими углами к горизонту (малые Ое), чтобы подавить возбуждение ноносферпой волны.
Тогда увеличивается так называемая аопа уверенного приема (земной волны). Средние волны попользуются, главным образом, в радиовещании; имесотся н радионавигационные системы на СВ. Типичная дальность радиолппий соответствует примененисо земной волны. Приведем эмштрическусо формулу (Е.1) для напрнжонности полн в месте приема средневолновой радиолипии, полученную в результате длительных наблюдений в условиях европейского радиовещания: Е„=(10 233г 115)У2Р,У„ехр( — 8,94 . 10 сЛ з'5) (15.49) (обозначения те же, что и В (15.48)). 15.6.3. Короткие волны. Для коротких волн почва ведет себя мак несовершенный диэлектрик, и они глубоко проникают в ионосферу.
Первое приводит к сильному поглощению земной волны, которая оказывается пригодной для радиосвязи лишь на деснтки километров. Основной практический интерес представляют ионосферныо волны, причем типичные электронные концентрации, соответствующие повороту луча к Земле, лежат в области г'; области .0 н Е в основном обусловливают поглощение волны.
В и. 15.5.2 говорилось о зоне молчании, круговой области, внутри которой невозможен прием ионосферных радиоволн. В более точном смысле зоной молчания называют кольцевую область, внутренний радиус которой соответствует дальности приема земной волны в диапазоне 11В. Таким образом, это зона, в которой уже не принимается земная волна, но еще не моясет быть использована волна ионосфернан. Другим характерным эффектом, свойственным диапазону КВ, является кругосветное ако — наложение на принимаемый сигнал другого, который создается волной, обошедшей земной шар путем многократных отражений от ионосферы и Земли (в прямом или обратном направлении).
Время запаздывания при однократном обходе земного шара составляет около 0,13 с. На коротких волнах впервые в практике радиосвязи были реализованы остронаправленные антенны, позволяющие экономно расходовать энергию при двусторонней свнзи. Наличие таких антенн и относительная малость поглощения КВ при рефракции в ионосфере и отражении от Земли (в типичных условиях) делают короткие волны весьма подходяп1ими дл» дальней радиосвязи. Интересно, что значение коротких волн было понято под влиянием радиолюоптельской практики.
Основу понимания главных закопоперпостеп распрострапенпя КВ, определязяцих выбор рабочих частот, составляют простые соображения, рассматрпвавшиес» в и. 15.5.2. Со стороны высоких чссгтот ограппчеспсо этого диапазона прподпзптсльпо соответствует пргпрзщеппсо поворота иопосферпой во:шы к,'1епле в дневное время. Напоолее короткая волна, для которой такой поворот еще происходит, оценивается по формуле сстаа (Оа) 9 )' Итак~сов От (15.50) следуюп1ей пз (15.36).
В практике радиосвязи соответствующая частота называется максимально применимой частотой (МПЧ). Так называемая оптимальная рабочан частота (ОРЧ) лежит ниже МПЧ на 15 —: 30 %. Некоторое снижение частоты вызвано пеобходимостт,со стаоилизировать условие поворота луча. Поскольку затухание волны растет обратно пропорционально квадрату частоты (см.
и. 15.5.3), сниакение частоты нежелательно. Существует понятие паильзпьисей прилсенимой частоты (НПЧ), т. е. частоты, при которой для данной моп1ности передатчика напряженность полн в месте приема оказывается на грани требуемой нормы. При расчете ГЛ. 15. РАСПРОСТРАНЕН>ГЕ РАДИОВОЛН 502 5 !5.6, ОсОБеннОсти РАспРОстРАнения РАдиоВолн 5ОЗ 10 5 0 Рзс.
15.28 радиолиний диапазопа КВ ис>тользуются графики суточного изменения МПС! и ППЧ, составляемые при помощи различных полу- эмпирических правил на основании дапных измерений, осуществляемых так назь>ваемыми ионосферпыз>и стапциямп. Пример такого графика приведен па рис. 15.28 (В.2). Что касается ионосферпых станций, то производимой на пих стандартной операцией является вертикаль- МПЧ ное зондирование.
Присылая в зенит (6« = О) волну той или иной частоты, НПЧ устаиавливают, на какой высоте проис- ходит отражение. 0 10 1« 10 с"2 Напомним, что электронная копцек- 5 Местно« ,пемя грация в области Г, где при типичных условиях происходит поворот луча на КВ, существенно меняется от дня к ночи и сезонно, не говоря уже о раз>и>го рода несистематических возмущепиях. Днем — при более высокой электроппой копцентрации — МПС! повышается, ночью —. снижается. Поэтому существуют так называемые дневпые и почпые волны.
Зто поддиапааокы 10 —: 25 м и 35 —:100 м соответствеппо,. рекомендуемые для связи в зависимости от времепи суток. Относительно стабильный режим ионосферы, как уже отмечалось в и. 15.5.1, нарушается время от времени под нлияпием процессов па Солнце. Действие интенсивных корпускуляряых потоков, приходящих от Оолнца, приводит к сильному измепепшо структуры и паденшо электронной копцептрацип области Г, и ее «раэру>пгпшо»ч в результате чего рефракция коротких воли к Зем.п стаповптсп псвозможпой п ралполпппя перестает действовать.
Такие возмущения новос>)арь>, сопровождаемые маги»лпымп оурямп. Оапоолее сильны в полярных ОГ>ластпх, куда преимущественно понада>от корпус> улпрпые потокп. направляемые магпптпым полем Земли. Другоп впл нарупп >п>я коротково пимой гав>э - >пп >гппос погъ>щеппе и:>-эа ао>ппкновгппя позыппппой попк,шппп в области Й под >шпяппем хромогф>рных вспьппек па Оо,шце. Для диапазона КВ тппп шы пптерферепцпоппь>с заппраппя, вызываемые нало>кепием нескольких отпою>тольпо пеэан>симо распростр п»пощпхся волн.
песу>цпх принимаемый скгпал. Одна из прпчпп — нрпход в место ирке>ш во>ш, протерпевпшх разное число оцпш'еппй от атмосферы (см. выше и. 15.6.2). Мошко так ке говорить оо >гзх>епяюп>е>йся во времени фокусировко (дефокуспровке) п»ракспального пучка лучей в ионосфере в результате неравномерного изменения ее свойств. Другие причины мы обсудим после выяснения роли магпитного поля Земли в гл. 16.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
