Распространение радиоволн

2. Распространение волн коротковолнового диапазона

Как же могли короткие волны распространяться на расстояния в тысячи километров? Складывалась парадоксальная ситуация: на расстоянии 100 км установить связь было нельзя, а на 1000 км можно. Представьте, Вам надо поговорить с знакомым радиолюбителем, находящимся в Коломне. Для этого Вы устанавливаете связь с радиолюбителем из Юж

ной Америки, а он, в свою очередь, связывается с Коломной и передает от Вас привет. Парадокс, да? Но объяснение таких особенностей распространения коротких волн нашлось.

Еще в 1902 г. после осуществления Маркони радиосвязи между Англией и Северной Америкой Кеннели предположил, что электромагнитные волны могут огибать земной шар, отражаясь от электропроводящих слоев земной атмосферы. В том же 1902 г. Хевисайд, также в связи с осуществлением трансатлантической радиосвязи, указал на возможность существования в верхних слоях атмосферы проводящего слоя, от которого отражаются электромагнитные волны. В начале 20-х годов М.В.Шулейкин разработал теорию ионизации верхних слоев атмосферы и ионосферного распространения радиоволн.

Многие наблюдения, проводившиеся до 1925 г., косвенно указывали на наличие ионосферы, однако прямого доказательства ее существования не было. И только в 1926 – 1927 гг. Смит-Роз и Барфильд при облучении атмосферы обнаружили волны, падающие вниз, что указывало на наличие в атмосфере зоны, отражающей радиоволны. В 1926 г. Брайт и Тьюв, излучив вертикально вверх импульсы, получили отраженные от ионосферы волны и определили ее высоту. Это явилось прямым доказательством существования ионосферы. Таким образом, от впервые высказанной Кеннели и \Хевисайдом гипотезы о наличии отражающей области в верхних слоях атмосферы и до прямого доказательства наличия ионосферы прошло около двадцати лет.

В том же 1926 г. Эпплтон и Бернет впервые обнаружили две отражающие области. Нижнюю область они назвали слоем Е, а верхнюю – слоем F, очевидно предполагая, что могут быть обнаружены слои ниже слоя Е. Так и получилось. В 1927 и 1928 гг. Эпплтон, Хейсинг и Гольдштейн, независимо друг от друга, получили косвенные указания на существование ионизированного слоя, находящегося ниже слоя Е, который был назван слоем D. В 1932 – 1933 гг. М.А.Бонч-Бруевич, и в 1934 г. Силлитоу подтвердили наличие поглощающего слоя D.

В СССР исследования по распространению радиоволн коротковолнового диапазона велись в Нижегородской радиолаборатории под руководством М.А.Бонч-Бруевича. Накопленный опыт использовался для внедрения коротковолновой связи в Арктике. Инициатором здесь выступил известный полярный радист Э.Т.Кренкель. Первая его арктическая коротковолновая станция RDO стала средством для опытной связи осенью 1927 г. между Нижним Новгородом и Малой Землей. Надежность и регулярность этой связи способствовала быстрому внедрению в эксплуатацию коротковолновой связи в Арктике.

Одновременно с исследованием ионосферы началось практическое освоение коротковолнового диапазона. В результате во второй половине 20-х годов для радиосвязи на большие расстояния широко стали применяться короткие волны, которые постепенно заменили длинные, оказавшиеся по целому ряду технических показателей менее выгодными, - узкий частотный диапазон, очень большие антенны с малым коэффициентом полезного действия, высокий уровень атмосферных помех и пр. Интерес к очень длинным (сверхдлинным) волнам снова возрос в 40-х годах в связи с применением их для радионавигации, а также для радиосвязи с подводными лодками. В СССР такая система была построена в начале 60-х годов в белорусских лесах. Она действует до сих пор. Заключен договор с Белоруссией об ее использовании до 2017 г. Система обеспечивает радиосвязь с подводными лодками, находящимися на расстоянии до 10000 км и на глубине до 200 м. Мощность излучаемого сигнала 1 МВт. Высота антенны 200 м. На антенну израсходовано 900 т проводов.

В связи с увеличивающимся объемом информации, передаваемой по каналам связи и появлением новых областей применения радиоволн (телевидение, радиолокация и др.) осваивались все более короткие волны, что видно из приведенного ниже графика.

Остановимся теперь на особенностях распространения радиоволн различных частот. В настоящее время в соответствии с Регламентом радиосвязи радиоволны подразделяются на 9 диапазонов, как показано в приведенной ниже таблице.

Приведенную классификацию можно сопоставить с широко используемой в радиовещании и радиосвязи. Мириаметровым соответствуют сверхдлинные волны (СДВ), километровым – длинные (ДВ), гектометровым – средние (СВ), метровым – короткие (КВ), дециметровым – ультракороткие (УКВ), и все остальным – сверхвысокочастотные (СВЧ).

3. Общие свойства радиоволн.

Распространение радиоволн в земном пространстве зависит от свойств поверхности земли и свойств атмосферы. Условия распространения радиоволн вдоль поверхности земли в значительной мере зависят от рельефа местности, электрических параметров земной поверхности и длины волны. Подобно другим волнам радиоволнам свойственна дифракция, т.е. явление огибания препятствий. Наиболее сильно дифракция сказывается в случае, когда геометрические размеры препятствий соизмеримы с длиной волны. Радиоволны, распространяющиеся у поверхности земли и частично за счет дифракции огибающие выпуклость земного шара, называются земными, или поверхностными радиоволнами.

Атмосферу земли нельзя считать однородной средой. Давление, плотность, влажность, диэлектрическая проницаемость и другие параметры в разных объемах воздушного слоя имеют различные значения. По этим причинам скорости распространения в различных объемах неодинаковы и зависят от длины волны. Траектория радиоволн в атмосфере искривляется. Явление искривления или преломления волн при распространении их в неоднородной среде получило название рефракции. Радиоволны, распространяющиеся на большой высоте в атмосфере и возвращающиеся на землю вследствие искривления траектории, рассеяния или отражения от атмосферных неоднородностей, называются пространственными, или ионосферными.

В точку приема могут приходить как пространственная, так и земная волны от одного и того же источника. Если фазы колебаний этих волн совпадают, то амплитуда суммарного поля возрастает, и наоборот - при сдвиге фазы волн на 180° суммарное поле ослабляется и может стать равным нулю. Указанное явление взаимодействия волн называется интерференцией.

4. Распространение поверхностных (земных) радиоволн

Распространение поверхностных радиоволн определяется двумя факторами: дифракцией и влиянием земной поверхности.

Как известно, воздух не вызывает ослабления радиоволн практически во всех диапазонах частот и, казалось бы, поэтому земная волна должна распространяться без поглощения. Однако это верно лишь в том случае, если земная волна проходит высоко над поверхностью земли. Если же радиоволны проходят вблизи от поверхности земли, то на их распространении сказываются свойства земной поверхности.

 Скачать реферат