Лекция №3. Понятие об излучении и распространении радиоволн



Радиосвязь осуществляется при помощи электромагнитных волн, распространяющихся в частично ограниченном (например, земной поверхностью) пространстве.

Следует сразу подчеркнуть различие между статистическим электрическим (или магнитным) полем и полем электромагнитной волны. Дело в том, что напряженность статического электрического поля, создаваемого системой заряженных тел (или статического магнитного поля, создаваемого системой проводов, обтекаемых токами) при больших расстояниях убывает с третьей степенью расстояния, или еще быстрее. В то же время напряженность как электрической, так и магнитной составляющей поля свободно распространяющейся электромагнитной волны убывает лишь с первой степенью расстояния. Этим и обусловлена возможность связи на больших расстояниях при помощи электромагнитных волн.

Процесс создания распространяющейся от источника электромагнитной волны, называется излучением.

Элементарные представления

Представим систему проводов, по которым протекает электрический ток. В окружающем пространстве существует статическое магнитное поле. Если постепенно уменьшить силу тока до нуля, то поле, также постепенно убывая, исчезнет. Содержащаяся в нем энергия будет возвращена источнику тока. Такая же картина будет наблюдаться и при питании системы переменным током низкой частоты: поле будет периодически возникать и исчезать. Образующееся в описанных условиях поле – это статическое магнитное поле.

Картина явлений совершенно изменится, если та же система проводов (назовем ее теперь антенной) будет питаться током высокой частоты. Качественное различие будет заключаться в том, что при высокой частоте решающую роль играет конечная скорость распространения электромагнитного поля. Описанное периодическое перемещение энергии от источника в окружающее поле и обратно будет происходить только в ограниченной области пространства, непосредственно примыкающей к антенне.

Из более удаленных областей электромагнитное поле не успеет перенести энергию обратно в антенну за требуемое короткое время (около четверти периода). В этих более удаленных областях энергия перемещается направлению от антенны в окружающее пространство. Существующее здесь электромагнитное поле и есть поле электромагнитной волны. В становившемся режиме источник все время отдает энергию и, следовательно, затрачивает мощность на поддержание поля. Эта энергия во все стороны расходящейся электромагнитной волной.

В настоящее время в радиосвязи применяются частоты примерно от 100 кГц до 105 МГц. Этот диапазон подразделяют на:

Наименование Длина волн Частоты, МГц
Длинные волны  более 3000 м менее 0,1
Средние волны 200 – 3000 м 0,1 – 1,5
Промежуточные волны 50 – 200 м 1,5 – 6
Короткие волны 10 – 50 м 6 – 30
Ультракороткие волны    
- метровые 1 – 10 м 30 – 300
- дециметровые 10 см – 1 м 300 – 3 103
- сантиметровые 1 – 10 см 3 103 – 3 104
- миллиметровые 1 – 10 мм 3 104 – 3 105

 

Диапазон миллиметровых волн вплотную подходит к диапазону инфракрасных световых волн.

Диапазон видимых световых волн составляет 0,4 – 0,7 мкм (частоты порядка 108 МГц).

Условия распространения радиоволн между передатчиком и приемником, расположенными на поверхности земли (или вблизи от нее) характеризуются, во-первых. Наличием земной или водной поверхности, обладающей конечной проводимостью, и, во-вторых, наличием ионосферы – верхних слоев атмосферы, разряженный газ которых ионизирован действием солнечных и космических лучей. Радиоволны преломляются и поглощаются в ионосфере в тем большей мере, чем больше степень ионизации и чем длиннее волна.

Этим обусловлены, с одной стороны, суточные и сезонные изменения условий распространения радиоволн, а с другой стороны, различия в условиях распространения волн различной длины.

Длинные и средние волны распространяются главным образом за счет огибания выпуклой земной поверхности, т.е. за счет дифракции.

Короткие волны достигает места приема главным образом за счет преломления в ионосфере. Упрощенно можно трактовать явление, как отражение от ионизированного слоя. Отражение происходит лишь при условии, что угол падения достаточно велик, другими словами, волны, распространяющиеся под большим углом к горизонту, проникают в ионосферу без отражения и назад не возвращаются. Поэтому вблизи передатчика образуется «ЗОНА МОЛЧАНИЯ», в которой приема нет; прием делается возможным лишь за пределами зоны молчания. Волна может попасть в точку приема и после многократного отражения попеременно от ионосферы и от земной поверхности; наблюдался прием коротких волн, обогнувших кругом земной шар.

Наконец, ультракороткие волны (УКВ) практически не отражаются от ионосферы. Поэтому надежная связь на УКВ возможна лишь в условиях прямой видимости, т.е. на расстоянии примерно до 50 км, или несколько больше, в зависимости от высоты подъема антенн над поверхностью земли.

Все рассказанное иллюстрируется на рисунке 3.1. На рис 3.1 а) показано распространение длиной волны. Рисунок 3.1 б) дает картину распространения короткой волны, пунктиром намечен путь волны с многократным отражением, а также пути волн уходящих в ионосферу. На рис 3.1 в) показано распространение УКВ.

 


Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 368;