Распространение радиоволн. Основные вопросы, краткое содержание и ключевые слова.

Основные вопросы, краткое содержание и ключевые слова.

Основные свойства электромагнитных волн:

- прямолинейность распространения,

- постоянство скорости,

- отражение от земной и других поверхностей (объектов),

- эффект сдвига частот принимаемых сигналов относительно излучаемых, возникающий при взаимном перемещении источника и приемника радиоволн (эффект Доплера).

Рис. 9.1. Основные элементы электромагнитных колебаний.

Движение радиоволны характеризуется направлением, которое распространяется прямолинейно в однородной среде и характеризуется вектором Р(вектор Умова - Понйтинга ) расположенным перпендикулярно к векторам напряженности электрического Ě и магнитного Ĥ полей.

Точки пространства, имеющие одинаковую фазу электрического поля радиоволны образуют поверхность, называемой фронтом волны.

Вектор Р расположен перпендикулярно фронту волны в каждой точке.

При распространении радиоволны в свободном пространстве её фронт имеет сферическую форму на относительно небольших расстояниях.

На больших удалениях от передатчика, фронт волны можно считать плоским.

Ориентацию вектора электрического поля относительно плоскости распространения характеризуютполяризацией.

Различают линейную и эллиптическую поляризацию радиоволны.

Линейная поляризация бывает – нормальной и аномальной.

Нормальная или вертикальная поляризация это поляризация при которой электрическое поле расположено вертикально.

Аномальная поляризация - при которой вектор электрического поля Ệ составляет определенный угол с вертикальной плоскостью (частный случай –горизонтальная поляризация)

Характерной особенностью линейной поляризацией является то, что электрическое поле можно разложить на две составляющие: вертикальную и горизонтальную, совпадающие по фазе.

Если же между вертикальной и горизонтальной составляющими электрического поля имеется фазовый сдвиг, создается эллиптически поляризованное поле.

Конец вектора напряженности электрического поля за период высокой частоты описывает эллипс.

Частный случай эллиптической поляризации – круговая, когда вертикальная и горизонтальная составляющие равны друг другу, а фазовый сдвиг равен 90^о

Эллиптически поляризованную волну – можно представить как сумму двух линейно-поляризованных волн в плоскости распространения и перпендикулярного к ней.

Распространение радиоволн.

Самый простой случай - это распространение радиоволн в свободном пространстве. Уже на небольшом расстоянии от радиопередатчика его можно считать точкой. А если так, то фронт радиоволны можно считать сферическим. Если мы проведем мысленно несколько сфер, окружающих радиопередатчик, то ясно, что при отсутствии поглощения энергия, проходящая через сферы, будет оставаться неизменной. Ну, а поверхность сферы пропорциональна квадрату радиуса. Значит, интенсивность волны, т. е. энергия, приходящаяся на единицу площади в единицу времени, будет падать по мере удаления от источника обратно пропорционально квадрату расстояния.

Конечно, это важное правило применимо в том случае, если не приняты специальныe меры - для того, чтобы создать узконаправленный поток радиоволн.

Существуют различные технические приемы для создания направленных радиолучей. Один из способов решения этой задачи состоит в использовании правильной решетки антенн. Антенны должны быть расположены так, чтобы посылаемые ими волны отправлялись в нужном направлении "горб к горбу". Для этой же цели используются зеркала разной формы.

Радиоволны, путешествующие в космосе, будут отклоняться от прямолинейного направления - отражаться, рассеиваться, преломляться - в том случае, если на их пути встретятся препятствия, соизмеримые с длиной волны и даже несколько меньшие.

Наибольший интерес представляет для нас поведение волн, идущих вблизи с земной поверхности. В каждом отдельном случаи картина может быть весьма своеобразной, в зависимости от того, какова длина волны.

Кардинальную роль играют электрические свойства земли и атмосферы. Если поверхность способна проводить ток, то она "не отпускает" от себя радиоволны. Электрические силовые линии электромагнитного поля подходит к металлу (шире - к любому проводнику) под прямым углом.

Теперь представьте себе, что радиопередача происходит вблизи морской поверхности.

Морская вода содержит растворенныe соли, т. е. является электролитом. Морская вода превосходный проводник тока. Поэтому она "держит" радиоволну, заставляет ее двигаться вдоль поверхности моря.

Но и равнинная, а так же лесистая местности являются хорошими проводниками для токов не слишком высокой частоты. Иными словами, для длинных волн лес и равнина ведут себя как металл.

Поэтому длинныe волны удерживаются всей земной поверхностью и способны обогнуть земной шар. Кстати говоря, этим способом можно определить скорость радиоволн. Радиотехникам известно, что на то, чтобы обогнуть земной шар, радиоволна затрачивает 0.13 с. А как же горы?

Ну что же, для длинных волн они не столь уж высоки, и радиоволна длиной в километр более или менее способна обогнуть гору.

Что же касается коротких волн, то возможность дальнего радиоприема на этих волнах обязана наличию над Землей ионосферы. Солнечные лучи обладают способностью разрушать молекулы воздуха в верхних областях атмосферы. Молекулы превращаются в ионы и на расстояниях 100-300 км от земли образуют несколько заряженных слоев. Так что для коротких волн пространство, в котором движется волна, - это слой диэлектрика, зажатого между двумя проводящими поверхностями.

Поскольку равнинная и лесистая поверхности не являются хорошими проводниками для коротких волн то они не способны их удержать. Короткие волны отправляются в свободное путешествие, но натыкаются на ионосферу, отражающую их, как поверхность металла.

Ионизация ионосферы неоднородна и, конечно, различна днем и ночью. По этому пути коротких радиоволн могут быть самыми различными.. Они могут добраться до вашего радиоприемника и после многократных отражений с Землей и ионосферой. Судьба короткой волны зависит от того, под каким углом попадает она на ионосферный слой. Если этот угол близок к прямому, то отражение не произойдет и волна уйдет в мировое пространство. Но чаще имеет место полное отражение и волна возвращается на Землю.

Для ультракоротких волн ионосфера прозрачна. Поэтому на этих длинах волн возможен радиоприем в пределах прямой видимости или с помощью спутников. Направляя волну на спутник, мы можем ловить отраженныe от него сигналы на огромных расстояниях.

Интересные возможности предоставляет передача на сантиметровых, миллиметровых и субмиллиметровых волнах. Волны этой длины могут поглощаться атмосферой. Но, оказывается, имеются "окна", и, подобрав нужным образом длину волны, можно использовать волны, залезающие в оптический диапазон. Ну, а достоинства этих волн нам известны: в малый волновой интервал можно "вложить" огромное число не перекрывающихся передач.