Файл: Китайгородский А.И. Введение в физику учеб. пособие для студентов высш. техн. учеб. заведений.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 09.04.2024

Просмотров: 372

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

е = 8 0 и y = 1 0 1 0 . Отношение плотности тока проводимости к плотно­ сти тока смещения (на стр. 285 мы приводили нужные формулы) выражается формулой

/пр = і . Й =

о 7-

Ю - 1 0 ^ -

;

е е

 

С

/см

г> С •

 

 

9

(в системе СГС). Для длинных волн (возьмем, например, 2000 м) это отношение равно, для лесистой местности 77, а для поверхности моря 1600. Среду можно считать в обоих случаях хорошим провод­ ником, в особенности это касается распространения над морем. Для коротких волн (скажем, для 20 м) первая цифра падает до 0,77, а вторая — до 16. Это значит, что для коротких волн морская вода продолжает оставаться в основном проводящей средой, но ле­ систая местность ведет себя в значительной степени как диэлектрик.

При распространении волн над проводящей поверхностью по­ следняя «не отпускает» волны от себя. Электрические силовые линии подходят к Земле под прямым углом и перемещаются вдоль земной поверхности. Именно поэтому электромагнитная волна легко об­ ходит вокруг земного шара (на это требуется время 0,13 с; вполне возможно весьма точное определение этого времени и, таким обра­ зом, определение скорости распространения радиоволн). Это от­ носится к длинным волнам. Короткие волны будут удерживаться у поверхности только морем. В других же местах они могут вести себя, как совершенно свободные волны. При движении вдоль зем­ ной поверхности волна проникает в глубь Земли и поглощается ею и притом тем сильнее, чем выше частота колебаний.

Целый ряд замечательных особенностей в поведении радиоволн объясняется наличием в верхних слоях атмосферы слоя, содержа­ щего значительное число свободных ионов и электронов (ионосфера). Таким образом, грубо можно представить себе пространство, в ко­ тором движется электромагнитная Волна, в виде диэлектрического слоя, зажатого между двумя проводящими слоями.

Ионизация атмосферы не однородна, т. е. число свободных заря­ дов в единице объема меняется от слоя к слою. Как мы видели в §125, с увеличением числа зарядов коэффициент преломления па­ дает. Так как коэффициент преломления проводящей среды меньше единицы, то волна, поступившая из диэлектрической среды в ионо­ сферу под некоторым углом, будет отклоняться в сторону от нор­ мали. Ионизация растет, значит, отклонение будет возрастать от слоя к слою.

Далее, как показывает рис. 139, волна может либо выйти из ионосферы и уйти от Земли, либо, продолжая искривляться, вер­ нуться на Землю. Грубо говоря (если не учитывать неоднородности ионосферы), волна вернется на Землю, если она попадет на ионо­ сферу под углом, большим угла полного внутреннего отражения:

в противном случае волна уйдет в мировое пространство. Путем многократных отражений то от ионосферы, то от земной поверх­ ности короткая волна способна огибать земной шар со значительно меньшими энергетическими потерями, чем те, которые имеют место для длинных волн.

 

Так как УКВ пропускаются слоем свободных зарядов, то они

не

отражаются ионосферой. Это делает возможным радиоприем

на

УКВ лишь в пределах прямой видимости.

Рис. 139.

Мы сильно упростили картину атмосферы. Исследования пока­ зали, что распределение плотности свободных электрических за­ рядов в атмосфере характеризуется несколькими максимумами, так что ионосфера распадается на несколько слоев. Эти слои обладают разной устойчивостью в различные времена года. Интересно, что существование слоев связано с деятельностью Солнца, так как на­ блюдаются изменения состояния ионосферы в соответствии с 11-лет­ ним циклом солнечных пятен. Ионизация верхних слоев атмосферы несомненно связана с приходом к Земле космической радиации.

Из рассмотрения электрических свойств ионосферы и земной поверхности радиотехника делает ряд выводов о наиболее благо­ приятных условиях радиопередачи и приема на волнах различной длины. На этом мы останавливаться не будем.

§ 130. Радиолокация

Радиолокационная установка состоит из передающей и приемной частей. Передатчик посылает в пространство импульсы продолжи­

Рис. 140.

тельностью а (порядка микросекунды) через каждую десятитысяч­ ную долю секунды (к) (рис. 140). Если в телесном угле, «освещенном»

радиоволнами, имеется предмет, способный отражать

волну,

то

она отразится и вернется обратно к радиолокационной

установке,

которая примет отраженный сигнал через время x=2Rlc

после

от­

правления в пространство очередного импульса.

 

 

Это время измеряется при помощи электронного осциллографа. Развертка луча синхронизируется с отправлением в пространство импульсов передатчика. На вторую пару пластин осциллографа по­ дается напряжение, возникающее в гіриемнике в результате демоду­ ляции сигнала. Тогда на экране осциллографа возникнет «зубец», сдвинутый по отношению к точке начала развертки на расстояние, пропорциональное времени т. Если в поле зрения локатора попал неподвижный предмет, то и «зубец» на экране осциллографа дви­ гаться не будет; действительно, синхронизация заключается в том, что время развертки делается равным одной десятитысячной доле секунды, т. е. интервалу времени, через который следуют один за другим импульсы передатчика. Если предмет, «увиденный» лока­ тором, перемещается, то движется и зубец, видимый на экране ос­ циллографа.

От этой схемы техника современной локации ушла уже далеко вперед. Электронному лучу осциллографа дают возможность совер­ шать более сложное движение от центра экрана вдоль радиуса к краю экрана. Одновременно линия, описываемая электронным лу­ чом, медленно вращается вокруг центра экрана наподобие стрелки часов.

Это вращение синхронизировано с вращением антенны лока­ тора, так что светящаяся линия направлена в ту же сторону, что и радиолуч передатчика. Далее вносится следующее важное изме­ нение в работу осциллографа: если радиолуч не встречал препят­ ствия и, следовательно, приемник не поймал отраженного луча, то экран осциллографа остается темным. Напротив, если импульс принят, то на экране вспыхивает точка.

Таким образом, тело, встретившееся лучу при ощупывании им горизонта, даст о себе знать светящейся точкой на экране осцил­ лографа. При этом расстояние этой точки до центра экрана будет пропорционально расстоянию от локатора до предмета, а ее азиму­ тальный угол укажет направление, в котором расположен предмет.

Экраны осциллографа обладают послесвечением. Поэтому светя­ щаяся точка, возникшая один раз, не исчезнет и после того, как локатор, проделав обзор местности, вернется опять в то же поло­ жение.

Если светящаяся точка возникла благодаря отражению луча неподвижным предметом, то она даст неподвижное изображение на экране осциллографа. Если предмет движется, то на экране будет видно его движущееся изображение.

Благодаря разным коэффициентам отражения различных пред­ метов на экране локатора с круговым обзором видна своеобраз­ ная картина местности. Реки и озера представятся темными по-

зю

лосами (малое отражение), земля — более светлая, лес — еще светлее. Разумеется, весьма отчетливо «видны» металлические предметы.

Работая на различных длинах волн, можно изменять характер видимости. Так, на радиоволнах сантиметрового диапазона можно хорошо наблюдать за облаками. Более длинные волны не чувствуют облаков и дождя, и локаторы на таких волнах пригодны в любую погоду, если, наоборот, не ставится специальная задача наблюдения за облаками.

Применение принципов радиолокации в науке и технике много­ образно. Локаторы позволяют самолетам легко совершать ночные

Излучение <ЭГрием

Янтетый

 

 

к -

г*

Лнтеннищ

тммрюмср

 

1

к

 

 

 

Лередатчик

Приемник

ЇІЇередатпчш

Лршмнж

Синхронизатор

СЪнхротаатор

 

Рис.

141.

 

полеты и производить посадку на неосвещенные аэродромы. Суще­ ственное значение имеет радиолокация для метеорологии; кроме обнаружения на далеких расстояниях или в ночное время облаков и туч, что существенно при составлении прогнозов, радиолокаторы могут следить за шарами-зондами. Радиолокаторы, установленные на морских судах, значительно повышают безопасность движения, сводят на нет возможность случайных столкновений судна с пре­ пятствиями или другими судами. При помощи радиолокационных методов в астрономии находят расстояние до метеоров и определяют направление и скорость их полета. Волны отражаются в основном от «хвостов» метеоров, которые представляют собой ионизирован­ ные газы. Возможна радиолокация Луны, Солнца и планет. Радио­ локационная астрономия имеет большое практическое значение, так как позволяет создать навигационные приборы, при помощи которых в любую погоду и любое время суток будет возможно определить положение корабля по наблюдениям за небесными телами.

Проблемам радиолокации посвящена значительная литература. Поскольку вопросы радиолокации принадлежат радиотехнике, а не физике, то нам кажется достаточным освещение принципа этого замечательного метода.

На рис. 141 изображена блок-схема радиолокатора.

Смотрите также файлы