В табл. 10.1 используется понятие прямой волны (волны, распро страняющейся по прямолинейной траектории). Теоретически такая волна имеет место только при распространении радиоволн в одно родной изотропной среде.
Дециметровые, сантиметровые и миллиметровые волны иногда называют радиоволнами сверхвысоких частот (СВЧ), а волны в диапазоне длин от 1 до 0,1 мм — субмиллиметровыми волнами. В последнее время для целей радиосвязи и радиолокации начали использовать волны инфракрасного и видимого диапазонов. Длину
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
волны |
этих |
диапазонов |
выражают наряду |
с |
микрометрами |
(1 |
|
m k m = \ Q ~ 6 |
м = |
ІО-3 |
мм) |
также в |
ангстремах |
(1 А =10-10 |
м = |
|
|
|
(Ггц) |
|
|
|
|
|
|
— |
ІО-7 |
мм |
=10-4 |
мкм), |
а частоту в мегагерцах |
Мгц |
) |
или в гига |
|
|
|
|
|
( |
|
герцах |
|
|
и |
терагерцах |
(Тгц) |
(1 |
Мгц = |
10® |
гц, |
1 |
Г г ц = |
10® |
гц |
, |
1 |
Тгц = |
ІО12 |
гц). |
|
|
|
рассматривается влияние |
поверхности |
|
|
В последующих главах |
Земли и атмосферы на распространение радиоволн различных диа пазонов.
Вопросы для самопроверки
1.Каковы области применения свободно распространяющихся радиоволн?
2.Что такое радиолиния и какие существуют разновидности радиолиний?
3.Какой физический смысл имеют величины, входящие в выражение для на пряженности поля в свободном пространстве?
4.Выведите формулу (10.7) идеальной радиосвязи.
5.Каким образом влияют атмосфера и поверхность земли на распростране ние радиоволн?
6.Как можно классифицировать радиоволны?
Г л а в а 11
ВЛИЯНИЕ ЗЕМЛИ НА РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН ПРИ ПОДНЯТЫХ ИЗЛУЧАТЕЛЯХ
§11.1. ЭЛ ЕК ТРИ ЧЕСКИ Е ПАРАМ ЕТРЫ В ЕРХН И Х СЛ ОЕВ ЗЕМ ЛИ
ИКОЭФФ ИЦИЕНТЫ ОТРАЖ ЕНИЯ ЗЕМ НОЙ ПОВЕРХНОСТИ
Верхние слои Земли (почва, вода и т. и.) в общем случае пред ставляют собой среду с конечной проводимостью. Для нее, как и для окружающей атмосферы, обычно |іа = Цо. Электрические пара метры (е и уэ) различных участков верхнего слоя Земли зависят от их структуры (в том числе от наличия растительности), влажности, температуры, а также от длины волны. Ориентировочные значения электрических параметров почв и воды при отсутствии дисперсии (длина волны более 0,5 м) приведены в табл. 11.1,
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 11.1 |
|
Среда |
|
Е ' |
|
Тэ , |
сим]Я |
|
О Т |
О Т |
до |
|
ДО |
|
|
Пресная вода................................ |
80 |
— |
10-3 |
|
5-10-3 |
|
Морская в о д а .......................... |
80 |
6 |
0,66 |
|
6,6 |
|
Сухая п о ч в а ................................ |
2 |
10-4 |
|
4-10-3 |
|
Влажная п о ч в а .......................... |
5 |
20 |
Ю -з |
|
10-2 |
В диапазоне сантиметровых волн начинает сказываться дис персия, проявляющаяся в том, что электрические параметры среды изменяются с изменением частоты (длины) радиоволны. Значения указанных параметров для четырех длин волн сантиметрового диа пазона приведены в табл. 11.2.
|
|
С ред а |
AQ , СМ |
ег |
Т а б л и ц а 11.2 |
Пресная |
вода |
7 Э са м;м |
при |
20° С .......................... |
10 |
79 |
2,06 |
Пресная |
вода |
при |
20° С .......................... |
3 |
64 |
18,4 |
Морская вода при 20ч-28° С . . . . |
10 |
69 |
6,5 |
Морская |
вода при 204-28° С . . . . |
3,2 |
6 5 |
16,0 |
Сухой песчаный г р у н т ................................ |
9 |
2 |
0,03 |
Влажный песчаный |
грунт.......................... |
9 |
24 |
0,6 |
Следует иметь в виду, что Д)= с//> т. е. представляет собой длину волны в вакууме. Из табл. 11.2, в частности, видно, что при длине волны 3 см и короче электрические свойства пресной воды прибли жаются к свойствам морской воды.
Явление дисперсии наиболее полно изучено для воды. В [60] представлены данные по электрическим параметрам воды (е' и е") в сантиметровом ^миллимет
ровом диапазонах радиоволн при температуре воды |
от 0 до 75° С (е = е '— |
je"). |
В качестве примера на рис. 11.1 приведены кривые |
е' и |
е" |
в зависимости от |
Хй |
(0,1-1-14 |
см) |
для температуры 20° С. На |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
помним, что е" = 60Я0уэ.
При температуре ниже 0° С вода пре вращается в лед и диэлектрическая про ницаемость ее резко уменьшается. При этом даже в сантиметровом диапазоне
волн мнимая часть s составляет весьма малую долю по сравнению с веществен ной:
|
п = |
= Ѵ*'- |
й 3,15 иj 0 , |
0024. |
1,78— |
Для снежного покрова средние зна чения указанных параметров ориен тировочно будут равны: е'=1,4 уэ = = 10~3 сим/м.
В § 2.5 указывалось, что отношение модуля мнимой части комплексной
|
диэлектрической проницаемости к |
ее |
действительной |
части |
|
£ а |
Т э |
|
проводимости |
|
= бОкДо--------е имеет физическим смысл |
отношения |
плотности токов |
|
к плотности токов смещения. |
Для |
морской воды с |
параметрами |
е=80 |
и уэ = |
|
= 4 сим/м |
плотности |
токов проводимости становятся равными плотности токов |
|
смещения |
|
I/бОтДо-------- = |
1.I\ при длине волны |
: 0,33 М. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10= |
60ь |
|
80 |
|
|
|
|
|
В0 |
|
|
|
|
|
60-4 |
сим/м) |
указанное равенство |
будет |
|
случае влажной земли (s=10, уэ = 10-2 |
|
|
при A. « |
17 |
м. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
образом, |
морскую |
воду |
можно рассматривать |
как |
диэлектрик |
|
Таким |
|
IV“ еа |
4/ |
1)j |
■ для радиоволн сантиметрового и более коротких диапазонов, |
тогда |
|
|
|
как влажная почва обладает свойствами диэлектрика, начиная уже с метровых волн. Диэлектрические свойства почвы и воды существенно влияют на фазу волн и связанные с ней величины.
Так, |
исходя из неравенства |
Т э |
< 1 |
и выражений (7.19а), (7.22), (7.23), |
------“ |
находим |
|
Еа |
|
|
|
|
|
|
У |
V t = k, Пйт Ѵ г , |
Ѵ |
г |
X |
~ |
Г |
, |
|
ß ~ <■> Р-а^а = “ А0 |
|
|
Ѵ |
7 |
|
фс ~ 0 , (11.1) |
|
Иф « — |
, |
|
|
где X — длина волны в рассматриваемой среде.
Проводящие свойства почвы и воды существенно влияют на амплитуду рас пространяющихся в них волн, т. е. обусловливают затухание радиоволн. Коэффи-
циент затухания находим из формулы (7.196), применяя к внутреннему радикалу формулу бинома Ньютона:
|
|
а |
бОяуэ |
|
( 11. 2) |
Если среда по |
своим |
свойствам |
ѵт |
|
------> 1), |
приближается к проводнику |
то исходя из (7.28) |
и (7.23) можно написать: a « ß » 2 ji |
,УГ зотэ' |
|
*0 |
|
Ѵф«4|/"- к я » |
У 3 0 f 3 x 0 |
|
|
(11.3) |
Для характеристики затухания радиоволн во влажной почве и морской воде были определены для трех частот расстояния, начиная с которых прбисходит практически полное затухание волны в этих средах (уменьшение напряженности поля в ІО6 раз, или уменьшение энергии на 120 дб). Результаты расчетов приве дены в табл. 11.3, из которой следует, что для осуществления радиосвязи через почву или воду применимы только длинные и сверхдлинные волны.
|
|
Предельное расстояние |
Т а б л и ц а |
м |
11.3 |
/, Мгц |
х0 ?м |
распространения, |
|
|
влажная почва |
морская вода, |
м |
0,01 |
30 000 |
700 |
35 |
|
|
1,00 |
300 |
70 |
3,5 |
|
|
100,00 |
3 |
23,2 |
0,37 |
|
|
' Перейдем к рассмотрению коэффициентов отражения радиоволн от земной поверхности. Так как верхние слои Земли в общем случае обладают электрической проводимостью, то для нахождения отра женной волны следует определять модуль Ко и аргумент ф0 коэф
фициента отражения Ко- При вертикальной поляризации напряженность поля отражен
ной волны
Е огр^ А Г озЕ с О Э Н - Ѵ І - Ф ов)-
В [7] для горизонтально- и вертикально-поляризованных волн при ведены кривые коэффициентов отражения Ко и углов сдвига фазы при отражении фо в зависимости от угла скольжения Ѳ = я/2—ср при
различных значениях |
е' |
и |
е//=60ЯоУэ- |
В |
качестве примера |
на |
рис. 11.2 приведены кривые |
коэффициентов |
отражения |
Ког |
и |
Ков |
|
|
соответственно для горизонтально- и, вертикально-поляризованных волн, а на рис. 11.3 — углы сдвига фаз при отражении (относитель
ная диэлектрическая постоянная е/ = |
80) |
для различных значе |
|
ний е" = 60^оУэ, которые указаны на наклонной оси, пересекающей рисунок. По верхней горизонтальной оси отложены значения угла Ѳ, а по нижней — значения sin Ѳ в логарифмическом масштабе.
