Баскаков С.И. Электродинамика и распространение радиоволн (1992) (977984), страница 51
Текст из файла (страница 51)
е-те' (13.68) рог дг 2Л г Следует обратить внимание на то, что амплитуда проекции Н, уменьшается с ростом радиуса по закону 1/гз, т. е. гораздо быстрее, чем амплитуда проекции Н,.Поэтому можно обоснованно считать, что в дальней зоне магнитный вектор имеет лишь одну проекцию Н,. Электромагнитное поле, создаваемое рамочным излучателем, в дальней зоне представляет собой сферическую (локально-плоскую) волну, переносящую мощность в радиальном направлении. Глава И.
Неоднородные уравнения Максвелла 282 Поэтому на основании равенства (13.68) единственная отличная от нуля проекция электрического вектора лвувяер . е Ее=- — л.еое= з!и 8 2Л г (13.69) Сравнивая формулы (13.68) и (!3.69) с аналогичными выражениями (!3.60), найденными ранее для элементарного щелевого излучателя, убеждаемся в том, что рамка, малая по сравнению с длиной волны, может рассматриваться как элементарный магнитный излучатель, у которого воображаемый магнитный ток протекает перпендикулярно плоскости рамки.
Диаграмма направленности рамки описывается функцией ейп 9, и поэтому такой элемент не излучает (а значит, и не принимает) волн в осевом направлении. Не останавливаясь на подробностях вычислений, приведем окончательную формулу для сопротивления излучения рамки (Ом): Л вЂ” 2Р,д' 320яел не (13.70) Например, если 5е=10-е м', Х=30 м, то )с,=3.85 10 е Ом. Столь малое значение сопротивления излучения серьезно затрудняет создание эффективных рамочных антенн для работы в передающем режиме.
Действительно, в рассматриваемом случае при протекании тока с амплитудой 1е =2 А рамка излучает лишь мощность Ре=уееы)кя!2=7.7 1О-ч Вт. Чтобы увеличить сопротивление излучения, прибегают к многовитковым рамкам. Нетрудно показать, что их сопротивление излучения растет пропорционально множителю !че, где у — число витков. Рамочные антенны часто применяют в радиоприемной технике, например в радиокомпасах для пеленгации угла прихода волн.
В портативных приемниках повсеместно используют многовитковые рамочные антенны, намотанные на феррнтовых стержнях. Такие антенны выгодно отличаются малыми габаритами. здддчи 13.1. Вычислите проекции векторов электромагнитного поля, возбуждаемого в воздухе элементарным электрическим излучателем длиной 10 см на расстоянии 100 м в экваториальной плоскости (9=90'). Частота колебаний 100 МГц, амплитуда тока в антенне 2 А, 13.2.
Применительно к условиям, сформулированным в задаче 13.1, определите сопротивление излучения, а также излучаемую мощность. 13.3. Антенна передающей станции длинноволнового радиовещательного диапазона представляет собой вертикальную мачту 14Д. Общие характеристики диапазонов радиоволн 283 высотой 120 м. Предположив, что амплитуда неизменна в каждом сечении мачты, найдите ток в антенне, если излучаемая мощность равна 75 кВт. 13.4. Элементарный щелевой излучатель имеет двустороннее возбуждение и работает на частоте 600 МГц.
Длина излучателя 4 см. Известно, что в точке свободного пространства с координатами г=800 и, О/ 30 данный излучатель создает электрическое поле, имеющее азимутальную проекцию Е, =1О мкВ/м. Определите амплитуду напряжения между кромками щели. 13.5. Приемный электрический вибратор имеет длину, малую по сравнению с длиной волны принимаемых колебаний.
Ось вибратора ориентирована параллельно вектору напряженности электрического поля падающей плоской электромагнитной волны. Найдите мощность, поступающую во входные цепи радиоприемного устройства в согласованном режиме, если известно, что частота поля равна 40 МГц, а напряженность электрического поля падающей волны составляет 200 мкВ/м. 13.6. Одновитковый рамочный излучатель имеет диаметр 0.5 м и работает на частоте 25 МГц. По излучателю протекает переменный гармонический ток с амплитудой 0.3 А.
Найдите амплитуду вектора напряженности магнитного поля, создаваемого таким излучателем в экваториальной плоскости (6=90') на расстоянии 10 км от излучателя. Глава четырнадцатая РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН В ЗЕМНЫХ УСЛОВИЯХ В настоящей главе обсуждаются особенности работы реальных радиолиний, у которых приемная и передающая антенны располагаются в непосредственной близости от земной поверхности.
Показано, что условия распространения электромагнитных волн существенно зависят от физических параметров как земной поверхности, так и атмосферы, причем эти влияния оказываются различными в разных частотных диапазонах. 44.1. Общие характеристики диапазонов радиоволн Как правило, термин «радиоволны» обозначает электромагнитные волны, принадлежащие тому или иному диапазону частот, применяемому в радиотехнике. Специальным решением Междуна родного союза электросвязи (МСЭ) и Международной электротех- 284 Глава !4. Распространение радиоволн в земных условиях нической комиссии (МЭК) принято различать следующие диапазоны радиочастот и соответствующих длин радиоволн; Э очень низкие частоты (ОНЧ) — от 3 до 30 кГц, или мириаметровые волны (длина волны от 100 до 10 км); ° низкие частоты (НЧ) — от 30 до 300 кГц, или километровые волны (длина волны от 10 до 1 км); ° средние частоты (СЧ) — от 300 кГц до 3 МГц, или гектометровые волны (длина волны от 1 км до 100 м); ° высокие частоты (ВЧ) — от 3 до 30 МГц, или декаметровые волны (длина волны от 100 до 10 м); ° очень высокие частоты (ОВЧ) — от 30 до 300 МГц, или метровые волны (длина волны от 10 до 1 м); ° ультравысокие частоты (УВЧ) — от 300 МГц до 3 ГГц, или дециметровые волны (длина волны от 1 м до 10 см); ° сверхвысокие частоты (СВЧ) — от 3 до ЗО ГГц, или сантиметровые волны (длина волны от 10 до 1 см); ° крайне высокие частоты (КВЧ) — от ЗО до 300 ГГц, или миллиметровые волны (длина волны от 1 см до 1 мм).
Радиотехника исторически развивалась с неуклонной тенденцией к освоению все более высокочастотных диапазонов. Это было связано прежде всего с необходимостью создавать высокоэффективные антенные системы, концентрирующие энергию в пределах узких телесных углов. Дело в том, что антенна с узкой диаграммой направленности обязательно должна иметь поперечные размеры, существенно превышающие рабочую длину волны. Такое условие легко выполнить в метровом, а тем более в сантиметровом диапазоне, в то время как остронаправленная антенна для мириаметровых волн имела бы совершенно неприемлемые габариты.
Вторым фактором, определяющим ценные свойства высокочастотных диапазонов, служит то обстоятельство, что здесь удается реализовать большое число радиоканалов со взаимно не пересекающимися полосами частот. Это дает возможность, с одной стороны, широко использовать принцип частотного разделения каналов [2], а с другой — применять широкополосные системы модуляции, например частотную модуляцию. При определенных условиях такие системы модуляции способны обеспечить высокую помехоустойчивость работы радиоканала. В практике радиовещания и телевидения сложилась также несколько упрощенная классификация диапазонов радиоволн. Согласно ей, мирнаметровые волны называют сверхдлинными волнами (СДВ), километровые — длинными волнами (ДВ), гектометровые — средними волнами (СВ), декаметровые — короткими волнами (КВ), а все более высокочастотные колебания с длинами волн короче 10 м относят к ультракоротким волнам (УКВ).
Вол- 14,2, Свойс~ва земной поверхности и атмосферес Земли 285 ны сантиметрового н длинноволновой части миллиметрового диапазонов иногда называют также микроволнами (англ. гп!Сгочеачез). 14.2. Электродинамические свойства земной поверхности и атмосферы Земли Земной шар представляет собой тело почти сферической формы радиусом около 6370 км. В большинстве радиолипнй, исключая космические, приемные и передающие антенны пригюдняты над земной поверхностью на высоты, существенно меньшие радиуса Т а б л н ц а 14.!. Электродинамические параметры нодстнлаюнтих сред Среда а, См/и Морская вода Пресная вода Влажная почва Сухая почва Лед Снег Лес 75 80 20 — 30 3 — 5 4 — 5 1.2 1.04 1 †1О ' — 3.10-' 2 1Π— ' — 0.1 10 — а — 2 !О-' 10 а — 0.10 е-04 10 а 10 ' — 1О-а Земли. В то же время длина трассы„т. е. расстояние между передатчиком и приемником, измеренное вдоль земной поверхности„ может изменяться в очень широких пределах, колеблясь от нескольких километров (телевидение, ближняя радиосвязь) до нескольких тысяч километров (радиовещание, радионавигация).
По этой причине при расчете технических характеристик приземиых радиоканалов используются различные модели формы земной поверхности. В простейшем случае короткой трассы кривизной поверхности Земли обычно пренебрегают и считают, что граница раздела этой поверхности с атмосферой является плоской. Если же длина трассы сравнима с радиусом Земли, то приходится учитывать реальную форму границы раздела, поскольку прямая видимость между начальной и конечной точками трассы отсутствует.
Затеняющее действие земной поверхности приводит к известному из физики явлению дифракции радиоволн. Как следствие, принятая волна оказывается существенно ослабленной. Электродинамические параметры земной поверхности. В земных условиях волны распространяются над той или иной подстилающей поверхностью (почва, скальный грунт, лес, пресная илн морская вода, лед и т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
