Файл: Красюк Н.П. Электродинамика и распространение радиоволн учеб. пособие.pdf

Необходимо отметить, что из формулы (10.5) можно получить (10.2) если воспользоваться для £>„ выражением (6.28).

Для коротких и особенно ультракоротких радиоволн условия приема более рационально характеризовать мощностью, создавае­ мой на входе приемного устройства, так как чувствительность пос­ леднего принято выражать через мощность на входе, необходи­ мую для уверенного приема сигналов. Мощность на входе прием­ ной антенны равна произведению плотности потока энергии в единицу времени в месте расположения антенны на ее эффектив­ ную площадь Лэффі

Эффективная площадь антенны связана с ее коэффициентом на­ правленного действия соотношением (26]

Подставляя в (10.6) выражение для ЛЭфф, а также П из (10.3), находим

Выражения (10.5), (10.7) и вытекающие из них формулы для частных случаев (10.1), (10.2) справедливы для идеальной радио­ связи, так как при их выводе не учитывалось влияние атмосферы, поверхности Земли и т. д., дополнительно влияющее на процессы излучения и распространения радиоволн. Формулы (10.5) и (10.7) дают возможность также определить дальность действия линий радиосвязи в свободном пространстве.

При проектировании систем радиопередачи иногда пользуются понятием по­ терь при распространении радиоволн, понимая под этим отношение излучаемой мощности к принимаемой:

Lпот

При распространении радиоволн в свободном пространстве уменьшение мощ­ ности на входе приемного устройства с увеличением расстояния г происходит только вследствие естественного рассеяния радиоволн, т. е. связано с увеличением поверхности фронта волны. При этом на основании (10.7) потери L CB будут равны

/ 4пг \2 1

( 10. 8)

( “ Г ” ) D „ D „ p

Первый множитель в (10.8) характеризует основные потери при распростра­ нении радиоволн в свободном пространстве:

308

Выражение (10.9) можно получить из формулы (10.8), если положить

§ 10.3. ОБЩ И Е СВЕД ЕН И Я ОБ ОСО БЕН Н О СТЯ Х РАСП РОСТРАН ЕНИ Я РАД И О ВО Л Н НА РЕАЛ ЬН Ы Х ТРАССАХ .

КЛ АССИФ ИКАЦИ Я РАД И О ВО Л Н

Космическому пространству в первом приближении можно при­ писать свойства однородной изотропной среды с е=1. Поэтому можно считать, что распространение радиоволн в Космосе проис­ ходит так же, как и в свободном пространстве. На трассах, прохо­ дящих вблизи поверхности Земли, вследствие влияния этой поверх­ ности и окружающей атмосферы траектория распространения

ности поля в свободном пространстве.

Влияние поверхности Земли на распространение радиоволн обусловлено следующими четырьмя основными факторами:

1) отражением радиоволн от поверхности Земли (рис. 10.3, а) п связанным с ним явлением интерференции радиоволн;

Рис. 10.3

2)полупроводящими свойствами среды и связанными с этим потерями электромагнитной энергии в земле (воде);

3)сферичностью Земли (рис. 10.3, б) и связанным с ней явле­ нием дифракции радиоволн;

4)неровностями земной поверхности, вызывающими рассеяние радиоволн.

Влияние атмосферы Земли на распространение радиоволн обус­ ловлено особенностями электрофизических свойств земной атмос­ феры. По высоте над поверхностью Земли можно условно выделить три основных слоя атмосферы: слой в диапазоне высот от 0 до 60 км, включающий в себя, как увидим в дальнейшем, тропосферу (0-М2 км) и стратосферу (12-^60 км); слой на высоте от 60 до

309.

600Ч--1000 км, представляющий собой ионосферу; слой, расположен­ ный на высоте свыше 1000 км, где атмосфера обладает свойствами, близкими к свойствам космического пространства.

Влияние первого слоя атмосферы на распространение радиоволн обусловлено тремя основными факторами:

8)

Рис. 10.4

2. В тропосфере на локальных (местных) неоднородностях, образующихся вследствие турбулентного движения воздуха (на­ пример, в результате подъема воздуха вверх) происходит рассеяние ультракоротких волн (рис. 10.4, б). Это может быть причиной рас­ пространения радиоволн далеко за пределы прямой видимости. Ука­ занные явления в радиосвязи играют положительную роль, но в радиолокации они могут привести к ухудшению условий обнаруже­ ния объекта и к увеличению погрешностей в определении коорди­ нат его местоположения.

3. В тропосфере происходит поглощение энергии радиоволн с длиной Х = 3 см и ниже атмосферными газами и различными ат­ мосферными образованиями (осадками, облаками, туманом, пылью, поднятой с поверхности земли, и т. д.).

Как будет показано далее, ионосфера по-разному влияет на распространение радиоволн различных диапазонов. Например, ра­ диоволны длиннее 6ч-10 м от нее отражаются. В результате много­

310

кратных отражений от ионосферы и поверхности Земли (рис. 10.4,в) такие радиоволны могут распространяться на весьма большие рас­ стояния. Волны короче 6ч-10 м проходят через ионосферу. Как и в тропосфере, в ионосфере могут иметь место такие явления, как рефракция и рассеяние радиоволн.

Из изложенного следует, что для расчета реальных радиолиний в формулы идеальной радиосвязи должны быть введены множите­ ли, учитывающие рассмотренные факторы, а для учета некоторых из них должны быть получены более сложные формулы.

По способу распространения в околоземном пространстве радио­ волны классифицируются на три группы [7]:

1)земные, или поверхностные, волны;

2)тропосферные волны;

3)ионосферные, или пространственные, волны.

З е м н ы м и , или п о в е р х н о с т н ы м и , волнами называются радиоволны, распространяющиеся в непосредственной близости от поверхности Земли и частично огибающие ее выпуклость вследствие дифракции. Явлению дифракции на выпуклостях земного шара под­ вержены, главным образом, длинные и сверхдлинные волны, длина которых одного порядка с размерами указанных выпуклостей. На сверхдлинных волнах дальность дифракционного распространения

за счет рефракции и рассеяния в тропосфере, а также в результа­ те направляющего волноводного действия тропосферы. Рассеяние на неоднородностях тропосферы проявляется только на волнах ко­ роче 10 м, которые слабо дифрагируют вокруг земного шара и не распространяются за счет отражений от ионосферы. В тропосфер­ ных волноводах (см. § 15.9) практически могут распространяться волны короче 3 м.

И о н о с ф е р н ы м и , или пространственными, волнами называ­ ются радиоволны, распространяющиеся на большие расстояния и огибающие земной шар в результате однократного или многократ­ ного их отражения от ионосферы (в диапазоне волн длиннее 10 м), а также волны, рассеивающиеся на неоднородностях ионосферы и отражающиеся от ионизированных следов метеоров (в диапазоне метровых .волн).

Из предыдущего изложения следует, что характер влияния тех или иных факторов на распространение радиоволн существенно зависит от длины волны. В связи с этим радиоволны подразделя­ ют на 7 основных диапазонов. В табл. 10.1 приведена классифика­ ция радиоволн по пяти достаточно изученным диапазонам и спосо­ бы распространения волн этих диапазонов. Кроме указанных диапазонов, в последнее время, как отмечалось, введены в рассмо­

311