🗊Презентация Свойства атмосферы и земной поверхности, влияющие на распространение радиоволн

СВОЙСТВА АТМОСФЕРЫ И ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ, ВЛИЯЮЩИЕ НА РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН. Хасанов.Р 14ТОРРТ-2

Воздействие радиоволн на приемное устройство, находящееся на некотором расстоянии от излучателя, удобно оценивать величиной напряженности электрического поля E, которую имеют радиоволны в пункте приема. Напряженность поля обратно пропорциональна расстоянию r между излучателем и приемным устройством. В случае изотропного излучателя напряженность поля вычисляется из соотношения Воздействие радиоволн на приемное устройство, находящееся на некотором расстоянии от излучателя, удобно оценивать величиной напряженности электрического поля E, которую имеют радиоволны в пункте приема. Напряженность поля обратно пропорциональна расстоянию r между излучателем и приемным устройством. В случае изотропного излучателя напряженность поля вычисляется из соотношения

Здесь E - действующее значение напряженности электрического поля волн, выражаемое в вольтах на метр (в/м);  - мощность излучения в ваттах; r - расстояние в метрах. На значительных расстояниях от излучателя поле получается слабым и его напряженность удобнее выражать в микровольтах на метр (мкв/м). Здесь E - действующее значение напряженности электрического поля волн, выражаемое в вольтах на метр (в/м);  - мощность излучения в ваттах; r - расстояние в метрах. На значительных расстояниях от излучателя поле получается слабым и его напряженность удобнее выражать в микровольтах на метр (мкв/м). В качестве примера определим напряженность поля изотропного излучателя при мощности излучения 10 кВт на расстоянии 5000 км в свободном пространстве:

Чтобы оценить эту напряженность поля с точки зрения возможностей радиоприема, нужно, строго говоря, сопоставить ее с напряженностью поля помех в том же пункте приема. Практически можно указать, что радиослушатели ведут прием художественного вещания при напряженностях поля в сотни и тысячи микровольт на метр, тогда как для радиоприема в профессиональной связи иногда удовлетворительной оказывается напряженность поля в единицы и десятки микровольт на метр. Чтобы оценить эту напряженность поля с точки зрения возможностей радиоприема, нужно, строго говоря, сопоставить ее с напряженностью поля помех в том же пункте приема. Практически можно указать, что радиослушатели ведут прием художественного вещания при напряженностях поля в сотни и тысячи микровольт на метр, тогда как для радиоприема в профессиональной связи иногда удовлетворительной оказывается напряженность поля в единицы и десятки микровольт на метр. Но создать строго изотропное излучение радиоволн практически невозможно, да и не нужно. Реальные антенны имеют направленное излучение; оно характеризуется коэффициентом направленного действия D, который показывает, во сколько раз поток мощности в направлении максимального излучения больше, чем средний поток мощности. Для свободного пространства напряженность поля в направлении максимального излучения реальной антенны

Следовательно, эффект направленности излучения антенны равноценен увеличению мощности излучения в D раз, т.е. благоприятен для связи по направлению максимального излучения. Следовательно, эффект направленности излучения антенны равноценен увеличению мощности излучения в D раз, т.е. благоприятен для связи по направлению максимального излучения. Если излучатель находится над идеально проводящей плоскостью (в свободном "полупространстве"), то волны, падающие на эту плоскость, отражаются в верхнее полупространство и мощность распространяющихся волн удваивается. В этих идеальных условиях напряженность

Все три приведенные формулы называются формулами идеальной радиопередачи. Характерно то, что в этих условиях напряженность поля не зависит от длины волны! Однако нам уже известно, что сопротивление излучения при данной длине антенны уменьшается с удлинением волны. Следовательно, и мощность излучения зависит от длины волны. Все три приведенные формулы называются формулами идеальной радиопередачи. Характерно то, что в этих условиях напряженность поля не зависит от длины волны! Однако нам уже известно, что сопротивление излучения при данной длине антенны уменьшается с удлинением волны. Следовательно, и мощность излучения зависит от длины волны.

От длины волны зависят не только условия излучения, но и условия распространения радиоволн. Во-первых, при наземной радиосвязи распространение радиоволн происходит в земной атмосфере, свойства которой могут существенно отличаться от свойств свободного пространства. Во-вторых, радиоволны распространяются над земной поверхностью, которая не является плоской и не обладает идеальной проводимостью. И атмосфера, и земная поверхность оказывают большое влияние на законы распространения радиоволн и создают сложную зависимость напряженности поля от длины волны в пунктах приема. Следовательно, даже при заданных величинах мощности излучения и коэффициента направленности антенны напряженность поля в каком-то пункте будет для волн разной длины существенно различной. Разделение радиоволн на диапазоны в значительной мере определяется особенностями их распространения. Более того, особенности распространения радиоволн разных диапазонов учитываются при выборе назначений или областей применения этих диапазонов. От длины волны зависят не только условия излучения, но и условия распространения радиоволн. Во-первых, при наземной радиосвязи распространение радиоволн происходит в земной атмосфере, свойства которой могут существенно отличаться от свойств свободного пространства. Во-вторых, радиоволны распространяются над земной поверхностью, которая не является плоской и не обладает идеальной проводимостью. И атмосфера, и земная поверхность оказывают большое влияние на законы распространения радиоволн и создают сложную зависимость напряженности поля от длины волны в пунктах приема. Следовательно, даже при заданных величинах мощности излучения и коэффициента направленности антенны напряженность поля в каком-то пункте будет для волн разной длины существенно различной. Разделение радиоволн на диапазоны в значительной мере определяется особенностями их распространения. Более того, особенности распространения радиоволн разных диапазонов учитываются при выборе назначений или областей применения этих диапазонов.

Разделение всей шкалы радиочастот (радиоволн) на диапазоны и наиболее характерные области применения их показаны в табл.7-1. Разделение всей шкалы радиочастот (радиоволн) на диапазоны и наиболее характерные области применения их показаны в табл.7-1.

Путь от передающей антенны к приемной радиоволны совершают в атмосфере Земли. Атмосфера довольно капризна. Движение облаков, дожди и снегопады, грозы и штормы, изменения, происходящие в атмосфере при переходе от дня к ночи и от лета к зиме, и другие атмосферные явления влияют на распространение радиоволн. Изучение распространения радиоволн - важный раздел радиофизики. Путь от передающей антенны к приемной радиоволны совершают в атмосфере Земли. Атмосфера довольно капризна. Движение облаков, дожди и снегопады, грозы и штормы, изменения, происходящие в атмосфере при переходе от дня к ночи и от лета к зиме, и другие атмосферные явления влияют на распространение радиоволн. Изучение распространения радиоволн - важный раздел радиофизики. Для радиофизика наибольший интерес представляют тропосфера, т. е. нижний слой атмосферы (высота верхней границы тропосферы 8-12 км), и ионосфера (расположена между высотами 80 и 800 км) -область, где атмосферные газы частично ионизованы действием солнечного излучения.

Рис. 15. Строение ионосферы и ее воздействие на радиоволны различных диапазонов. Рис. 15. Строение ионосферы и ее воздействие на радиоволны различных диапазонов.

Ионосфера изменчива, она состоит из нескольких слоев, обозначаемых буквами D, Е, F1 и F2 (рис. 15), причем нижний слой Dсуществует только днем, пока светит Солнце. Меняется в зависимости от времени суток и степень ионизации (т. е. концентрация заряженных частиц - электронов и ионов) других слоев ионосферы. Поэтому и условия радиосвязи днем и ночью различны. Например, короткие волны делятся на "ночные" и "дневные". Ночью связь на большие расстояния в коротковолновом диапазоне легче установить на волнах от 50 до 100 м, а днем - от 10 до 50 м. Ионосфера изменчива, она состоит из нескольких слоев, обозначаемых буквами D, Е, F1 и F2 (рис. 15), причем нижний слой Dсуществует только днем, пока светит Солнце. Меняется в зависимости от времени суток и степень ионизации (т. е. концентрация заряженных частиц - электронов и ионов) других слоев ионосферы. Поэтому и условия радиосвязи днем и ночью различны. Например, короткие волны делятся на "ночные" и "дневные". Ночью связь на большие расстояния в коротковолновом диапазоне легче установить на волнах от 50 до 100 м, а днем - от 10 до 50 м. Состояние ионосферы зависит не только от времени суток, но и от времени года, географического положения, активности Солнца... В разных точках земного шара работают специальные станции, которые следят за ионосферой. По данным этих станций можно предсказать состояние ионосферы и составить прогноз распространения радиоволн на несколько месяцев вперед. Такие прогнозы издаются в нашей стране и в других странах и помогают выбрать наилучшие условия для радиосвязи.

Длинные волны хорошо отражаются от Земли и нижнего слоя ионосферы, которые являются для волн этого диапазона как бы двумя стенками волновода. По волноводу Земля - ионосфера длинные волны могут распространяться на расстояния в несколько тысяч километров. Длинные волны хорошо отражаются от Земли и нижнего слоя ионосферы, которые являются для волн этого диапазона как бы двумя стенками волновода. По волноводу Земля - ионосфера длинные волны могут распространяться на расстояния в несколько тысяч километров. Длинноволновые радиостанции работают на длинах волн, не превышающих 20—25 км. Однако в природе есть источник сверхдлинных волн — до 35—100 км и более. Этот источник — разряды молний. Возбуждаемые молниями радиосигналы называютсяатмосфериками. В любой точке земного шара можно в любую минуту зарегистрировать несколько таких сигналов. Изучение атмосфериков дает дополнительные сведения о свойствах ионосферы. Средние волны днем сильно поглощаются нижним слоем Dионосферы и могут распространяться только вдоль земной поверхности, огибая земной шар за счет дифракции. После захода Солнца слой Dисчезает, а следующий слой Е ионосферы отражает средние волны, поэтому ночью к прямой волне, распространяющейся вдоль поверхности Земли, добавляются волны, отраженные от ионосферы. Благодаря отраженным волнам связь на средних волнах возможна ночью на более далекие расстояния. Однако из-за интерференции отраженных волн с прямой и друг с другом принимаемый сигнал временами ослабевает. Это явление называют федингом или замиранием сигнала.

Рис. 16. Благодаря отражениям от ионосферы и от поверхности Земли сигналы коротковолновой радиостанции могут приниматься в удаленных точках Земли. Рис. 16. Благодаря отражениям от ионосферы и от поверхности Земли сигналы коротковолновой радиостанции могут приниматься в удаленных точках Земли.

Связь на длинных и средних волнах довольно устойчива и мало подвержена влиянию атмосферных помех. Но эти волны постепенно затухают по мере удаления от передающей радиостанции, поэтому для связи на большие расстояния (более 1000 км) нужны очень мощные радиостанции. А вот на коротких волнах даже сигнал маленькой радиолюбительской станции при благоприятных условиях можно принять в любой точке земного шара. Короткие волны могут многократно отражаться от ионосферы и поверхности Земли и огибать нашу планету (рис. 16). Но поскольку короткие волны отражаются в основном от верхнего слоя ионосферы F2, они наиболее чувствительны к всевозможным изменениям, происходящим в ионосфере. Показанная на рисунке 15 структура ионосферы нестабильна и под действием вспышек солнечного излучения может временно нарушаться. Это приводит к внезапным ухудшениям условий радиосвязи на коротких волнах. Бывает даже, что радиосвязь на коротких волнах днем полностью исчезает на время от нескольких минут до нескольких часов. Связь на длинных и средних волнах довольно устойчива и мало подвержена влиянию атмосферных помех. Но эти волны постепенно затухают по мере удаления от передающей радиостанции, поэтому для связи на большие расстояния (более 1000 км) нужны очень мощные радиостанции. А вот на коротких волнах даже сигнал маленькой радиолюбительской станции при благоприятных условиях можно принять в любой точке земного шара. Короткие волны могут многократно отражаться от ионосферы и поверхности Земли и огибать нашу планету (рис. 16). Но поскольку короткие волны отражаются в основном от верхнего слоя ионосферы F2, они наиболее чувствительны к всевозможным изменениям, происходящим в ионосфере. Показанная на рисунке 15 структура ионосферы нестабильна и под действием вспышек солнечного излучения может временно нарушаться. Это приводит к внезапным ухудшениям условий радиосвязи на коротких волнах. Бывает даже, что радиосвязь на коротких волнах днем полностью исчезает на время от нескольких минут до нескольких часов. Ультракороткие волны — короче 5—7 м. — и СВЧ волны свободно проходят сквозь атмосферу. Именно на этих волнах осуществляется связь с космическими кораблями. В этом же диапазоне длин волн работает и радиоастрономия, изучающая радиоизлучение небесных тел (см. т. 2 ДЭ, ст. "Как работают астрономы"). Среди излучений небесных тел встречаются электромагнитные волны любых диапазонов - и длинные, и СВЧ, и субмиллиметровые, и световые, и ультрафиолетовые, и даже рентгеновские. Это обнаружено приборами, установленными на искусственных спутниках Земли. Атмосфера же не пропускает большую часть этих волн к Земле. В атмосфере есть всего два "окна": в области видимого света и в области УКВ и СВЧ. Первым "окном" люди пользуются уже тысячи лет, глядя на звезды в телескопы, подзорные трубы или просто невооруженным глазом. А вот "радиоокно" было обнаружено лишь в XX в. благодаря применению в астрономии радиофизических методов.

Рис. 17. Сверхдальнее распространение ультракоротких воли в приземном слое воздуха — атмосферном волноводе. Рис. 17. Сверхдальнее распространение ультракоротких воли в приземном слое воздуха — атмосферном волноводе.

При наземной связи УКВ и СВЧ волны распространяются в тропосфере лишь в зоне прямой видимости, поэтому телевизионные антенны стараются поднять как можно выше. Но иногда и эти волны могут приниматься далеко за линией горизонта. При некоторых значениях температуры и влажности они распространяются в приземном слое воздуха толщиной несколько сотен метров, не выходя за пределы этого слоя, как в волноводе (рис. 17). Этот слой называютатмосферный волновод. При наземной связи УКВ и СВЧ волны распространяются в тропосфере лишь в зоне прямой видимости, поэтому телевизионные антенны стараются поднять как можно выше. Но иногда и эти волны могут приниматься далеко за линией горизонта. При некоторых значениях температуры и влажности они распространяются в приземном слое воздуха толщиной несколько сотен метров, не выходя за пределы этого слоя, как в волноводе (рис. 17). Этот слой называютатмосферный волновод. Поглощение и рассеяние радиоволн каплями дождя, снежинками, облаками и другими неоднородностями атмосферы помогают метеорологам изучать атмосферу и предсказывать погоду.

Спасибо за внимание.