| 8406202 9216 1210 912 1иоволны могут достигать пункта приёма, распространяясь по прямолинейным траекториям, огибая выпуклую поверхность Земли, отражаясь от ионосферы, и т. д. Способы Р. р. существенно зависят от длины волны А, от освещённости земной атмосферы Солнцем и от ряда др. факторов (см. ниже).
Прямые волны. В однородных средах радиоволны распространяются прямолинейно с постоянной скоростью, подобно световым лучам (радиолучи). Такое Р. р. называется свободным. Условия Р. р. в космич. пространстве при радиосвязи между наземной станцией и космич. объектом, между двумя космич. объектами, при радиоастрономич. наблюдениях, при радиосвязи наземной станции с самолётом или между самолётами близки к свободному.
Волну, излучённую антенной, на больших расстояниях от неё можно считать плоской (см. Излучение и приём радиоволн). Плотность потока электромагнитной энергии, пропорциональная квадрату напряжённости поля волны, убывает с увеличением расстояния r от источника обратно пропорционально r2, что приводит к ограничению расстояния, на к-ром может быть принят сигнал передающей станции. Дальность действия радиостанции (при отсутствии поглощения) равна:
[21342-1.jpg]
где Рс - мощность сигнала на входе приёмника, Рш - мощность шумов, G1, G2 - коэфф. направленного действия передающей и приёмной антенн. Скорость Р. р. в свободном пространстве равна скорости света в вакууме: с = 300 000 км/сек.
При распространении волны в материальной среде (напр., в земной атмосфере, в толще Земли, в морской воде и т. п.) происходят изменение её фазовой скорости и поглощение энергии. Это объясняется возбуждением колебаний электронов и ионов в атомах и молекулах среды под действием электрического поля волны и переизлучением ими вторичных волн. Если напряжённость поля волны мала по сравнению с напряжённостью поля, действующего на электрон в атоме, то колебания электрона под действием поля волны происходят по гармонич. закону с частотой пришедшей волны. Поэтому электроны излучают радиоволны той же частоты, но с разными амплитудами и фазами. Сдвиг фаз между первичной и переизлучённой волнами приводит к изменению фазовой скорости. Потери энергии при взаимодействии волны с атомами являются причиной поглощения радиоволи. Поглощение и изменение фазовой скорости в среде характеризуются показателем поглощения и и показателем преломления п, к-рые, в свою очередь, зависят от диэлектрической проницаемости Е и проводимости а среды, а также от длины волны Л:
[21342-2.jpg]
Коэфф. поглощения В = 2 Пи и/Л, фазовая скорость v = с/п. В этом случае rД определяется не только характеристиками передатчика, приёмника и длиной волны, но и свойствами среды (е, а). В земных условиях Р. р. обычно отличается от свободного. На Р. р. оказывают влияние поверхность Земли, земная атмосфера, структура ионосферы и т. д. Влияние тех или иных факторов зависит от длины волны.
Влияние поверхности Земли на распространение радиоволн зависит от расположения радиотрассы относительно её поверхности.
Р. р.- пространственный процесс, захватывающий большую область. Но наиболее существенную роль в этом процессе играет часть пространства, ограниченная поверхностью, имеющей форму эллипсоида вращения, в фокусах к-рого А и В расположены передатчик и приёмник (рис. 1). Большая ось эллипсоида практически равна расстоянию R между передатчиком и приёмником, а малая ось ~ корень квадратный из ЛR. Чем меньше Л, тем уже эллипсоид, в оптич. диапазоне он вырождается в прямую линию (световой луч). Если высоты Z1 и Z2, на к-рых расположены антенны передатчика и приёмника относительно поверхности Земли, велики по сравнению с Л, то эллипсоид не касается поверхности Земли (рис. 1, а). Поверхность Земли не оказывает в этом случае влияния на Р. р. (свободное распространение). При понижении обеих или одной из конечных точек радиотрассы эллипсоид коснётся поверхности Земли (рис. 1, б) и на прямую волну, идущую от передатчика к приёмнику, належится поле отражённой волны. Если при этом Z1 >> Л и Z2 >>Л, то это поле можно рассматривать как луч, отражённый земной поверхностью по законам геометрической оптики. Поле в точке приёма определяется интерференцией прямого и отражённого лучей. Интерференционные максимумы и минимумы обусловливают лепестковую структуру поля (рис. 2). Условие Z1 и 2>>Л практически может выполняться только для метровых и более коротких волн, поэтому лепестковая структура поля характерна для ультракоротких волн (УКВ).
[21342-3.jpg]
Рис. 1. Область, существенная при распространении радиоволн: Л - передающая антенна; В - приёмная; Z1 и Z2 - их высоты над поверхностью Земли.
[21342-4.jpg]
Рис. 2. Лепестковая структура поля в точке приёма.
При увеличении Л существенная область расширяется и пересекает поверхность Земли. В этом случае уже нельзя представлять волновое поле как результат интерференции прямой и отражённой волн. Влияние Земли на Р. р. в этом случае обусловлено неск. факторами: земля обладает значит. электропроводностью, поэтому Р. р. вдоль поверхности Земли приводит к тепловым потерям и ослаблению волны. Потери энергии в земле увеличиваются с уменьшением Л.
Помимо ослабления, происходит также изменение структуры поля волны. Если антенна у поверхности Земли излучает поперечную линейно-поляризованную волну (см. Поляризация волн), у к-рой напряжённость электрического поля Е перпендикулярна поверхности Земли, то на больших расстояниях от излучателя волна становится эллиптически поляризованной (рис. 3). Величина горизонтальной компоненты Ех значительно меньше вертикальной Еz и убывает с увеличением проводимости а земной поверхности. Возникновение горизонтальной компоненты позволяет вести приём земных волн на т. н. земные антенны (2 проводника, расположенные на поверхности Земли или на небольшой высоте). Если антенна излучает горизонтально-поляризованную волну (Е параллельно поверхности Земли), то поверхность Земли ослабляет поле тем больше, чем больше а, и создаёт вертикальную составляющую. Уже на небольших расстояниях от горизонтального излучателя вертикальная компонента поля становится больше горизонтальной. При распространении вдоль Земли фазовая скорость земных волн меняется с расстоянием, однако уже на расстоянии ~ неск. X от излучателя она становится равной скорости света, независимо от электрич. свойств почвы.
[21342-5.jpg]
Рис. 4. Высота шарового сегмента h, характеризующая выпуклость Земли.
[21342-6.jpg]
Выпуклость Земли является своеобразным "препятствием" на пути радиоволн, к-рые, дифрагируя, огибают Землю и проникают в "область тени". Т. к. дифракция волн заметно проявляется тогда, когда размеры препятствия соизмеримы или меньше Л, а размер выпуклости Земли можно охарактеризовать высотой шарового сегмента h (рис. 4), отсекаемого ослабления, который определяется отношением напряжённости поля в реальных условиях распространения к величине напряжённости поля при распространении в свободном пространстве.
[21342-7.jpg]
Рис. 5. График изменения напряжённости поля с расстоянием r (в км). По вертикальной оси отложена величина множителя
плоскостью, к-рая проходит через хорду, соединяющую точки расположения приёмника и передатчика (см. табл.), то условие h=<Л выполняется для метровых и более длинных волн. Если учесть, что с уменьшением X увеличиваются потери энергии в Земле, то практически только километровые и более длинные волны могут проникать глубоко в область тени (рис. 5).
[21342-8.jpg]
Рис. 6. Изменение напряжённости Е поля волны при пересечении береговой линии.
Земная поверхность неоднородна, наиболее существенное влияние на Р. р. оказывают электрич. свойства участков трассы, примыкающих к передатчику и приёмнику. Если радиотрасса пересекает линию берега, т. е. проходит над сушей, а затем над морем (о -> бесконечности), то при пересечении береговой линии резко изменится напряжённость поля (рис. 6), т. е. амплитуда и направление распространения волны (береговая рефракция). Однако береговая рефракция является местным возмущением поля радиоволны, уменьшающимся по мере удаления от береговой линии.
Высота шарового сегмента h для различных расстояний между передатчиком и приёмником
Расстояние, км
1
5
10
| 50
100
500
1000
5000
h, м
0,03
0,78
3,1
78
310
7800
3,1х104
3,75х105
Рельеф земной поверхности также влияет на Р. р. Это влияние зависит от соотношения между высотой неровностей поверхности /г, горизонтальной протяжённостью l, Л и углом падения 9 волны на поверхность (рис. 7). Если выполняются условия:
[21342-10.jpg]
то неровности считаются малыми и пологими. В этом случае они мало влияют на Р. р. При увеличении б условия (2) могут нарушаться. При этом энергия волны рассеивается, и напряжённость поля в направлении отражённого |
