Рефракція, розсіювання і поглинання радіохвиль в тропосфері. Відбивання радіохвиль від іоносфери. Загородній В. В

Радіохвилі є одним з діапазонів електромагнітних хвиль, тому поширення радіохвиль підкоряється загальним законам розповсюдження електромагнітних коливань (так само, як і світлових хвиль). Поширення радіохвиль в умовах Землі має деякі суттєві відмінності від поширення радіохвиль у вільному просторі. Поверхневі шари Землі і навколоземного простору представляють собою середовища з різними характеристиками для поширення електромагнітного поля. Так само, як і для оптичних хвиль, на межі середовищ з різними електричними характеристиками (наприклад, земля - ​​навколоземний простір) можливе відображення і заломлення радіохвиль. У той же час і сама поверхня Землі і навколоземний простір представляють собою неоднорідні середовища з різними електричними параметрами (електропровідністю, діелектричною проникністю і т.д.). Тому при розповсюдженні електромагнітних хвиль в неоднорідних середовищах можуть змінюватися напрямок поширення, з»явиться інші джерела згасання та втрат.

Суттєвою особливістю розповсюдження радіохвиль в земних умовах є залежність характеристик розповсюдження від довжини хвилі. Поширення радіохвиль уздовж земної поверхні залежить від її рельєфу і фізичних властивостей. Найбільш важливими електричними параметрами грунту є її електропровідність і діелектрична проникність. Ці характеристики визначають параметри вбитих та заломлених хвиль на межі розділу двох середовищ. Електропровідність грунту визначає також втрати енергії при поширенні хвиль. Втрати енергії при розповсюдженні радіохвиль відсутні, якщо поверхня Землі можна вважати ідеальним провідником або ідеальним діелектриком. У реальних умовах поширюються над поверхнею землі електромагнітні коливання наводять у грунті індукційні струми. При протіканні цих струмів в грунті виділяється тепло. У кінцевому підсумку це викликає безповоротні втрати розповсюджується електромагнітної хвилі. Ці втрати зростають зі зростанням частоти.

Провідність ~ 1/f²

Розглянемо як впливає поверхня землі на поширення так званої земної хвилі:

, , r›› h₁,h₂

,

Поле, яке створює антена 1: ,

а антена 2: мінус з’явився за рахунок відбиття від поверхні й зміні фази на π.

- наявність землі погіршує передачу енергії.Sin ≠0, бо діаграма направленостей не може бути вузькою, а постійно присутній мінімальний азимут.

Для того, щоб забезпечити усю поверхню зв’язком необхідно поставити 10⁵ антен висотою 100м.

Тепер перейдемо до розгляду тропосфери. Тропосфера представляє собою нижній шар атмосфери, розташований від поверхні Землі до висот близько 10 - 20 км. Властивості тропосфери визначаються сумішшю газів (азот, кисень і т.д.) і водяної пари. З висотою температура і тиск повітря, а також зміст водяної пари в тропосфері знижується. Таким чином, тропосфера неоднорідна за своїм електричним властивостям. Крім того, зміна метеоумов призводить до утворення повітряних течій, що викликають інтенсивні перемішування шарів тропосфери. Оскільки показник заломлення тропосфери менший за показник заломлення сухого повітря, то можна спостерігати явище рефракції, тобто відхилення від прямолінійного поширення радіохвиль.

За рахунок загинання дальність бачення антени збільшується на 10-20%. Якщо показник заломлення між землею та повітрям дуже великий то рефракція допомогає поширеню. Й таким чинм можна передавати сигнал на великі відстані. Тобто сигнал буде багата разово відбиватись від землі та заломлюватись в тропосфері. Таке явище називають тропосферним хвилеводом. Але таке явище дуже не стійке, воно дуже чутливе до погодних умов, тому його не можна використовувати постійно, його часто використовують лише у певні пори року.

Експериментальним шляхом було встановлено, що й розсіювання на неоднорідностях у атмосфері допомагає поширенню. Також допомагає поширенню й турболетність атмосферних мас, найефективніший нижні тропосферний шар.

Для розрахунку відстаней між антенами при використанні розсіювання на неоднорідностях використовують формулу: . В середньому дальність дії 500-700 км, при збільшені відстані напруженість поля різко спадає.

Використання розсіювання дуже популярне у війсковій галузі, бо вона є автономними. А недоліком є сезонність.

Також тропосфера полинає сигнал, інколи поглинання досягає Дб/км.Також в атмосфері відбуваються резонансні розсіювання, котре характерне для міліметрового та субміліметрового діапазонів.. Поглинання не однакове на всіх довжинах хвилі. Біля λ=3мм існує прозоре вікно, тому більшість приладів працює у цьому діапазоні.

Велику роль відіграє іоносфера. Саме в іоносфері Марконі у 1901 році здійснив міжконтинентальний зв’язок, використавши явище рефракції. Іонізовані шари розділаються на інші шари, котрі в залежності від пори року й періоду доби змінюють висоту й розщепляються. Чіткої межі в іонізаційних шарах не існую, ра рис пердставлений приблизний розподіл.

E λ=1000-2000A (e+A₂⁺ → A+A)

F λ=100-1000A (A+hν ↔ e+A⁺)

D λ=50-100A (e+A₂ → A₂^-)

За рахунок того, що в іоносфері шари мають різні показники заломлення, то радіохвиля може поширюватись в іоносфері на далекі відстані. Адже ми знаємо, що при зміні показника заломлення хвиля має властивість відбиватись. Поширення залежить від висоти, від показника заломлення від частоти, а що саме головне від кута під яким радіосигнал досягає іоносфери. Кут будемо відраховувати від вертикалі до площини землі. Якщо нам необхідно послати сигнал у космос (космічний сигнал) то кут має бути малим, якщо потрібно, щоб сигнал рухався в іоносфері треба подати під меншим кутом, але таким чином, щоб він пройшов через нижній шар іоносфери.

Граничний кут:

Якщо кут 72 то дальність дії близько 4000км

Поиск по сайту: