Баскаков С.И. Электродинамика и распространение радиоволн (1992) (977984), страница 55
Текст из файла (страница 55)
Особенности распространения радиоволн различных диапазонов В данном параграфе кратко обсуждаются особенности построения радиолиний различных диапазонов, связанные со специфическими условиями распространения радиоволн различных частот. Более подробно эти вопросы изложены в книгах, специально посвященных проблемам распространения радиоволн (7, 8). Распространение сверхдлинных волн.
Как отмечалось ранее, сверхдлинные (мириаметровые) волны имеют частоты менее ЗО кГц. В этом диапазоне практически любые природные среды, образующие подстилающую поверхность, хорошо отражают радио- Уравнение идеальной радиосвязи (14.14) можно разрешить относительно искомой длины трассы г и получить ( Рпо — н2 г=— Подставляя сюда соответствующие числовые значения параметров, находим, что г=4.38 10' км. Таким образом, рассматриваемая радиолиния способна обеспечить передачу телевизионных изображений в пределах орбиты Луны. Глава 14. Распространение радиоволн в венных условиях 300 волны, приближаясь по своим свойствам к идеальному проводнику.
С другой стороны, сравнительно низкая частота колебаний обусловливает практически полное отражение сверхдлинных волн даже от самых нижних, наименее плотных ионосферных слоев Р н Е. В результате эти волны распространяются в сферическом приземном «волноводе» Земля — ионосфера. При современной технике генерирования и приема радиоволн дальность сверхдлинноволновых раднолиннй может составлять несколько тысяч километров. Распространение сверхдлинных волн выгодно отличается постоянством уровня сигнала в разное время суток и в различные сезоны года.
Из-за весьма большой длины волны глубина поверхностного слоя в почве и в морской воде составляет десятки метров, что позволяет создавать системы подземной н подводной радиосвязи. Однако передающие антенны рассматриваемого диана. зона получаются громоздкими, и, что самое главное, нз-за низкого значения несущей частоты здесь не удается осуществить модуляцию достаточно высокими частотами. Как следствие, подобные радиоканалы имеют очень малую скорость передачи информации и пригодны в основном для работы в телеграфном режиме. Основная область применения сверхдлинных волн — создание систем устойчивой дальней навигации для вождения кораблей и самолетов.
Распространение длинных волн. Условия распространения длинных (километровых) волн приближаются к тем, которые были описаны выше применительно к сверхдлинным волнам. Сравнительно низкая частота длинных волн приводит к тому, что они хорошо отражаются ионосферой как в дневные, так и в ночные часы. С этим обстоятельством связана высокая устойчивость работы длинноволновых радиоканалов. Структура электромагнитного поля длннноволнового диапазона в приземном пространстве на расстояниях в несколько сотен километров от передатчика оказывается весьма сложной, так как одновременно существуют земная (поверхностная) и ионосферная (пространственная) волны, которые складываются друг с другом.
Распространение длинных волн сопровождается потерями за счет конечной проводимости подстилающей поверхности, а также за счет дифракции. Для расчета напряженности поля в длинноволновом диапазоне пользуются эмпирической формулой Остина, согласно которой множитель ослабления, входящий в выражение (14.15), имеет вид (14.17) 14Х Распространение радиоволн различных диапазонов 301 где ра стояние г и длина волны Х выражены в километрах.
Данная фо мула была получена еще в 20-х годах на основе статистической обработки данных о работе радиовещательных каналов длинно олнового диапазона. Добавочное ослабление поля порой оказыв ется значительным. Так, если с=5000 км и 1=2 км, то Р=О.ОО~. Основные области применения длинных волн — радиовещание, служебн1ая телеграфная связь и навигация. Большой недостаток длннновблнового диапазона — его относительная узкополосность.
Здесь полная ширина всего диапазона частот не превышает 270 кГц'. Это обстоятельство ограничивает число радиоканалов, способных одновременно работать в длинноволновом диапазоне без взаимных помех. Распространение средних волн. Условия распространения средних (гектометровых) волн оказываются различными в дневные н в ночные часы. Дело в том, что днем эти радиоволны сильно поглощаются в низколежащем слое Р ионосферы. Поэтому они могут распространяться лишь в форме земных волн на сравнительно короткие расстояния до 1000 км.
Ночью слой Р исчезает, и средние волны могут распространяться на несколько тысяч километров за счет отражения от ионосферных слоев Е н Р. Средние волны используют в основном для создания радиовещательных каналов. Работа средневолновых радиоканалов осложняется так называемыми замираниями. Сущность этого явления заключается в следующем. Ионосферные слои всегда неоднородны, т. е. представляют собой хаотические чередования пространственных областей с повышенной и пониженной электронной концентрацией. Эти области перемещаются под действием сильных ветров, постоянно присутствующих на больших высотах. Если передающая антенна имеет невысокую направленность и излучает волны в широком интервале углов, то возможна ситуация, когда в точку приема одновременно приходят несколько лучей, отраженных от разных неоднородностей. Фазы приходящих сигналов случайны, поэтому при сложении колебаний возникают беспорядочные изменения амплитуды напряжения на входе приемника с характерным временным интервалом в десятки секунд.
Глубина замираний может быть весьма значительной. Частично ликвидировать замирания удается в том случае, если приемник имеет достаточный запас усиления до детектора и снабжен системой автоматической регулировки усиления (АРУ). Радикальным способом борьбы с замираниями слу>кит прием на несколько одинаковых антенн, разнесенных в пространстве на несколько длин волн, с последующим сложением сигналов.
Глава /4. Распространение радиоволн в земных ~/словиях 302 Распространение коротких волн. Широкое применение ротких волн в практике радиосвязи и радиовещания обусловлен режде всего тем, что в этом диапазоне удается создать передаю не антенны приемлемых габаритов с достаточно высокой на авленностью излучения. Это позволяет в полной мере использ ать отражающие свойства ионосферного слоя Земли и осущест ять достаточно надежные радиоканалы протяженностью в песке(лько тысяч и даже десятков тысяч километров прн весьма огра)зиченной мощности передатчика, порой составляю1цей лишь 11есколько ватт, Влияние земныз) волн в ср коротковолновом диапазоне, а как правило, незначительно.
л во в Проектирование радиолинии КВ-диапазона требует сведений о характере распреРис. 14.В. Рвлиолиния КБ-нивназона деления электронной концен(размеры указаны н километрах) трацни в ионосфере применительно к конкретному времени суток и к известным географическим координатам точек размещения передатчика и приемника Пусть, например, требуется создать радиолинню между пунктами А и В, удаленными друг от друга на 1200 км.
Так как длина трассы невелика по сравнению с длиной земного экватора, поверхность Земли в данном случае можно приближенно рассматривать как плоскость (рис. 14.8). Связь осуществляется в ночные часы. В качестве отражателя используется ионосферный слой Е с электронной концентрацией №=5 10' м — ', располагающийся на высоте 6=110 км.
Из чертежа следует, что точка отражения от ионосферы размещается посередине трассы. /1уч передатчика должен быть направлен под углом а=агс1п (110/600) =10' по отношению к горизонту; прн этом угол падения волны на слой р=80'. Волны будут отражаться от ионосферы на частотах, не превышающих некоторого значения /,„. Эта частота, называемая максимально применимой частотой (МП44), в соответствии с (14.8) должна удовлетворять уравнению з)п о=)т'1 — (У"ех/Г )', откуда /',„= /'„,/соз р. (14.18) В данном случае /„,=0.635 МГц и, значит, /„,„=3.52 МГц.
Фактически рабочая частота должна быть несколько ниже и составлять примерно 80 % от максимально применимой частоты. 14 д. еироегранение радиоволн различных диалазонов 303 С зь между теми же самыми пунктами Л и В можно осущест ть, используя отражение от более высокого и более плотного сяоя Е, который существует как днем, так и ночью. Для этого придет(я несколько увеличить угол а, под которым волна излучается 1на передающем конце линии, а также взять ббльшую рабочую астоту, чтобы расположенный ниже слой Е оказался прозрачны для радиоволн.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
