A rádióhullámok terjedésének
Összefoglaló teljesül: SV Anikin
Far Eastern Állami Műszaki Egyetem (DVPI őket. Kuibyshev)
A törvények a rádióhullámok terjedésének szabad térben viszonylag egyszerű, de a legtöbb rádiós technológia nem foglalkozik a szabad hely, és terjedését a rádióhullámok felett a Föld felszínét. Hogyan mutatják, a tapasztalatok és az elmélet, a Föld felszínét erősen befolyásolja a rádióhullámok terjedésének, amely kihat mind a fizikai tulajdonságait a felület (pl a különbség tengeri és szárazföldi), és annak geometriai alakzat (teljes felület görbülete a világon, és néhány dudorok megkönnyebbülés - hegyek, szakadékok és m. o.). Ez a hatás eltérő a különböző hullámhosszú és a különböző távolságok között az adó és a vevő. Módszerek a rádióhullámok terjedésének nagyban függ a fény hullámhosszának a Föld légkörébe a nap és egyéb tényezők.
Szaporítása során, rádióhullámok szenvednek csillapítás kapcsolódó számos oka lehet. Mivel a távolság az adó energia terjed, hogy nagyobb mértékben, ezért az energia fluxus sűrűsége csökken. A környezet, amelyben a rádióhullámok terjedését, és arra késztetik őket, hogy gyengül. Ez annak köszönhető, hogy az abszorpciós hullám energia miatt hőveszteséget és csökkenti a térerősség a hullám kerekítés akadályokat formájában kiemelkedés vagy kiemelkedések világon.
Ábra. 1. Szerkezet az elektromágneses hullámok egy bizonyos idő.
Minden egyes pontot a térben, az elektromos mező vektort E merőleges a hullám vektor a mágneses mező H, és a két vektor merőleges a hullám terjedési irányát.
Radio terjedés ki van téve bizonyos általános szabályok:
Az egyenes vonalú terjedési a homogén közegben, azaz a közeg, amelynek tulajdonságait a minden ponton ugyanolyan.
Tükröződés és fénytörés az átmenet az egyik közegből a másikba. A beesési szög egyenlő a visszaverődési szöge.
Diffrakciós. Találkozó az úton egy átlátszatlan test, rádióhullámok kanyar körül. A diffrakció látható különböző mértékben arányától függően a geometriai méretei az akadályokat, és hullámhossz.
Fénytörés. A heterogén közegben, amelynek tulajdonságai nagyon simán az egyik pontból a másikba, rádióhullámok terjednek görbe vonalú pályákra. A élesebb a változás tulajdonságait a közeg, annál nagyobb a görbülete a pályáját.
Teljes visszaverődés. Ha az átmenet egy olyan optikailag sűrűbb közeg egy kevésbé sűrű, beesési szög meghaladja valamilyen kritikus értéket, a második sugár nem hatol át a közepes és teljesen tükröződik a felület. A kritikus beesési szög hívják a szög a teljes visszaverődés.
Interferenciát. Ezt a jelenséget, amikor hozzá a tér néhány hullámok. Különböző pontjain tér keletkezik növekedése vagy csökkenése a keletkező hullám amplitúdója függ a fázisviszony uralkodó hullámok.
Rádióhullámok szaporító a felszínen, és miatt diffrakciós, részlegesen borítékok a dudor világon nevezett felszíni hullámok. Szaporítása felületi hullámok erősen függ a tulajdonságait a föld felszínét.
A rádióhullámok terjednek, nagy magasságban a légkörben, és visszatér a földre miatt tükröződés a légköri inhomogenitása nevezik térbeli hullámok.
Nélkülözhetetlen régiók szaporítására a hullámok
Ha szaporítás homogén végtelen tér különböző területein a tér egyenlőtlenül érinti a folyamat alkotó területén ponton vétel. Hogy meghatározza a jelentős területe a tér, ami kritikus, viszont annak az elvnek a rádiófrekvenciás optika - Huygens-Fresnel-elv.
Tegyük fel, hogy az A pont a egy pont radiátor: szükség, hogy meghatározzuk az elektromos mező EB B pont R távköznyire a forrástól. Döntetlen mentálisan körül emitter tetszőleges zárt felület S (2. ábra).
Szerint a Huygens elv - Fresnel: minden egyes pont a felületen S lehet tekinteni egy forrás szekunder gömb hullámok (virtuális forrás), míg a mező B pont lehet eredményeként meghatározott vektor összegzése valamennyi olyan területeken, mint a másodlagos sugárzók felületén S. Mind a sugárzók van egy másodlagos sugárzási mintát, maximális sugárzási egybeesik a felületre merőleges S ezen a ponton.
Annak érdekében, hogy kövesse a kialakulását a mezőt a B pont, azt feltételezik, hogy a távolból R1 a B pontból merőleges a vonal AB egy képernyő átlátszatlan rádióhullámok végtelen méretű. A zárt felület pont körül S választani álló képernyő síkja és a félgömb végtelenbe magában foglaló pont és pihent a képernyőn. Ha a lyukak a képernyőn nincs jelen, mert az átlátszóságát a képernyő mezőt B pontnál egyenlő 0
2. ábra Szaporítás egységes végtelen tér
Ábra. 3. Formation rádióhullámok területén
Befolyásolja a Föld felszínén a szaporításra helyétől függ az átviteli út tekintetében a felületét. Rádió terjedés - térbeli folyamat, elfog egy nagy terület. De a legfontosabb szerepet ebben a folyamatban része által határolt térben egy felület, amelynek egy ellipszoid forgástest, amelyben A és B jelentése a gócok az adó és a vevő található (ábra. 4).
Ábra. 4. A nélkülözhetetlen régiók szaporítás: A - az adó antenna; B - vétel; Z1 és Z2 - a magassága a Föld felszínét.
Nagy tengelye a ellipszoid gyakorlatilag egyenlő a távolság R az adó és a vevő, valamint a kisebb tengelye
, A keskenyebb ellipszoid, ez degenerates egy egyenes vonal az optikai tartományban (fénysugár). Ha a magasságok a Z1 és Z2, amelyek található az antenna az adó és a vevő képest a föld felület nagy, mint a
, ellipszoid nem érinti a föld (4a.). A Föld felszínén nincs hatása ebben az esetben a terjedési (szabad áramlás). Csökkenő mindkettő vagy egyik végpont rádiós útvonalán ellipszoid érinti a Föld felszínét (4B.), Valamint a közvetlen hullám utazik az adótól a vevőhöz, a visszavert hullám területén nalezhitsya. Ha Z1 >>
, ezen a területen lehet tekinteni, mint egy nyaláb, mely visszaverődött a földfelszín törvényei szerint a geometriai optika. A mező a ponton a vételi határozza meg a beavatkozás a közvetlen és a visszavert sugarak. Interferencia maximumok és minimumok felelősek szirom mező struktúra (ábra. 5). Állapot Z1 és Z2 >>
gyakorlatilag ez végezhető csak a mérő és a rövidebb hullámhosszak, így a terelőelem-szerkezet a mező jellemző VHF (URH).
Ábra. 5. radar mező struktúra a ponton a vétel.
jelentős terület kitágul, és keresztezi a Föld felszínén. Ebben az esetben már nem lehetséges, hogy képviselje a hullám mezőt interferencia eredményeként a közvetlen és visszavert hullámok. Hatása a Föld a szaporítás ebben az esetben annak köszönhető, hogy több tényező: a föld egy jelentős elektromos vezetőképesség, ezért terjedés mentén a Föld felszínén vezet hőveszteség és gyengíti a hullám. Energiaveszteséget a föld csökkenésével növekszik
.
6. ábra. Radio terjedését.
Emellett csillapítás, variáció is előfordul hullám mező struktúra. Ha az antenna a felületen sugároz lineárisan polarizált transzverzális hullám, amely az elektromos mező E merőleges a Föld felszínén, nagy távolságra az emitter válik elliptikusan poláros hullám [1] (6.). Nagysága a vízszintes komponens Ex sokkal kevésbé függőleges és EZ növelésével csökken a vezetőképesség s föld felszínét. Az esemény a vízszintes alkatrész lehetővé teszi a a földfelszíni hullámok t. N. földi antenna (2 vezeték található, a földön vagy alacsony magasságban felület). Ha az antenna sugároz vízszintesen polarizált hullámot (E párhuzamos a Föld felszínén), a felszínen a Föld mezőgyengítés nagyobb a nagyobb s, és létrehoz egy függőleges összetevője. Már kis távolságokban emitter a vízszintes függőleges erőtér komponenst nagyobb lesz, mint a vízszintes. A terjedési fázissebesség mentén a Föld szárazföldi hullámok változik a távolság, de a parttól körülbelül több
Az adó, ez lesz egyenlő a fény sebessége, függetlenül attól, hogy az elektromos tulajdonságai, a talaj.
Ábra. 7. A magasság a gömbszelet, amely jellemzi a föld dudor
A dudor a Föld egyfajta „akadály”, ahogy a rádióhullámok, ami diffraktálóstruktúrák, körülveszik a földet, és behatolnak az „árnyékban”. Mivel az. Elhajlási hullámok méltóan jelentkeznek, ha a méret az akadályok hasonló, vagy kevésbé
, és a méret a konvexitás a Föld lehet jellemzi gömbszelet h magasság (ábra. 7) által levágott olyan síkban, amely átmegy a húrt összekötő a vevő és a helyét pontja az adó (lásd. táblázat. 1), a h feltétel<<
Ez végre vízmérő és hosszabb hullámhosszakon. Ha figyelembe vesszük, hogy a csökkenés
megnövekedett energia veszteség a világ, akkor gyakorlatilag csak a kilométer és a hosszabb hullámhosszak mélyen behatolnak az árnyék régió (ábra. 8).
8. ábra. Menetrend változás térerő a távolság r (km-ben). A függőleges tengely a nagyságát a csillapítási tényező, ami meghatározza a térerősség arány valós terjedési viszonyok nagyságának a térerősség szaporítása során a szabad térben.
A h magassága a gömbszelet különböző távolságok között az adó és a vevő
A Föld felszínén nem egyenletes, a legjelentősebb hatása a rádióhullámok terjedésének van elektromos tulajdonságait pályaszakaszok mellett az adó és vevő. Ha az átviteli út keresztezi a part mentén, azaz a. E. túlnyúlik a föld, majd a tenger, a kereszteződésekben a partvonal térerősség meredeken változik (9.), R. E. amplitúdó és irány a hullám terjedési (parti fénytörés). Azonban parthatás egy helyi perturbáció mező rádiófrekvenciás csökken, ahogy a távolság a partvonal.
Ábra. 9. A változás az elektromos mező határán a két közeg
Föld topográfia szintén befolyásolja a rádióhullámok terjedésének. Ez a hatás függ a kapcsolat a felületi érdesség h magassága, a vízszintes hossza L, és a beesési szög q hullámok a felszínen (ábra. 7). Ha az alábbi feltételek mellett:
A szabálytalanságok minősülnek kis- és lapos. Ebben az esetben, akkor kevés hatása van a rádióhullámok. A növekvő q a feltétel (1) sérülhetnek. Ebben a hullám energia elnyelődik, és a térerősség irányába a visszavert sugár csökken (diffúz reflexió fordul elő).
Magas dombok, hegyek, stb Továbbá, határozottan „felháborodott” mező, amely egy árnyékolt terület. A diffrakciós rádióhullámok a gerincek néha amplifikációjához vezet a hullám interferencia miatt a közvetlen és a visszavert hullámokat a Föld felszínét (ábra. 10).
Ábra. 10. megerősítése rádióhullámok diffrakció nonshallow szabálytalanságokat.
A földkéreg, valamint a víz a tengerek és óceánok vezetőképességet, és erősen elnyeli a rádióhullámok. Az üledékes kőzetek a felületi réteg kéreg vezetőképesség 10-3-10-2 ohm-1 m-1. Ezen kívül, a környezetben nagy vezetőképességű abszorpciós együttható frekvenciával nő. Ezért használják leginkább a hosszú és extra hosszú hullámok földalatti rádió. A víz alatti kommunikáció mellett nagyon hosszú hullámok optikai hullám tartományban.
Ábra. 11. Az elv a földalatti rádió.
A kommunikációs rendszerek közötti föld alatti vagy víz alatti részleges kiterjesztése pont mentén a föld felszínén vagy a tenger lehet használni. Függőlegesen polarizált hullámot gerjesztett földalatti adóantenna továbbterjed az a föld felszínén, megtörik közötti határfelületen a föld és a légkör, akkor szaporítjuk a felület mentén, majd kapott vevőantenna földalatti (ábra. 11). antennák merülési mélység eléri tíz méter. Az ilyen típusú rendszerek egy széles körű, akár több száz kilométer hosszú, és használnak például közötti kommunikáció földalatti bekezdések rakéta vezérlő elindítása. . Más típusú rendszerek, föld alatti használatra hullámvezetők - kéreg rétegeket, amelyeknek alacsony vezetőképességű, és így alacsony veszteséggel. Az ilyen fajok közé kősó, kálisó és mások. Ezek a kövek fordulnak elő mélységben akár több száz méter távolságra, és adjon terjedési legfeljebb néhány tíz kilométer. A további fejlesztése ez a tendencia a kemény kőzetek (gránit, gneisz, bazalt, és mások.) Ez a nagy mélységben, és van egy kis vezetőképességű (12.). Mélységben 3-7 km csökkenhet a vezetőképességet 10-11 ohm-1 m-1. A további növekedése mélységben miatt a hőmérséklet-emelkedés létrehozott ionizációs (szemben az ionoszféra), és a vezetőképesség nő. Földalatti rádiófrekvenciás kialakított több km vastag, ahol a lehetséges terjedési távolság néhány ezer. Km. Az egyik fő probléma a föld alatt, és a víz alatti kommunikáció - számítása kibocsátás és az energia transzfer az antenna található, a vezető közeg.
Ábra. 12. A változás a föld vezetőképessége s mélységet.
Az előnye, hogy a föld alatti kommunikációs rendszerek függetlenségük viharok és hurrikánok mesterséges kárt a föld felszínét. Továbbá, mivel az árnyékoló hatása vezető felső üledékes kőzetek a föld alatti kommunikációs rendszerek magas zavarérzé- ipari és légköri zaj.
Feinberg EL Szaporítás mentén a Föld felszínét, M. 1961
Alpert JL elektromágneses hullámok terjedését és ionoszféra, M. 1972
Gurevich AV Shvartsburg AB nemlineáris elmélete rádióhullámok terjedését az ionoszféra, M. 1973;
Brekhovskikh LM Hullámok Rakott Media, 2nd ed. M. 1973;
Tatar VI hullámterjedés turbulens légkörben, M. 1967
Chernov LA Hullámterjedés közegben véletlen inhomogenitások, M. 1958;
VL Ginzburg, elektromágneses hullámok terjedését a plazmában, M. 1967
Dolukhanov MP szaporítása, 4th ed. M. 1972
[1] A dőlésszög a hullámfront - ha a rádió hullámterjedési, amely általában egy cirkuláris polarizációs fölött félvezető föld, talaj miatt egyenlőtlen értékeket paraméterek az elektromos és mágneses komponens egy rádió hullám halad a cirkuláris polarizációs ellipszis. Minél nagyobb a vezetőképessége a talaj, annál nagyobb az excentricitás az ellipszis, és minél közelebb a polarizációs síkját.