Главная >  Очерк развития радиотехнологии 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 [ 120 ] 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204

поверхности земли, а другая часть их направлена под различ1ны-ми углами к горизонту. Как будет подробно выяснено ниже, существует ионизированная область атмосферы, называемая ионосферой, которая способна отражгть или преломлять падающие на неё радиоволны. Таким образом, распространение излучаемых антенной передатчика радиоволн происходит в пространстве, находящемся между земной поверхностью и ионизированной областью атмосферы.

Электромагнитное поле в пункте расположения приёмной антенны определяется в общем случае двумя волнами (рис. 18.IX): 1) волной, распространяющейся в нижнем слое атмосферы вдоль земной поверхности - так называемой поверхностной или земной волной (луч АВ) и 2) волной, приходящей в пункт приёма после отражения в верхних слоях атмосферы - так называемой пространственной или отражённой волной (луч АСД).

g Плотность энергии радио-

...глгЛ -:--д;* - волны уменьшается по мере

\ удаления от передающей антен-

\. ны - из-за увеличения прост-

.. ,j ранства, которое охватывается ~~ радиоволнами (лучи от антен-


енебзтчч ено, . ны направляются расходящим-

п ,о rv гт . ся пучком). Кроме того, рас-

Рис. 18. IX. Лучи поверхностной и про- / , f

странственной волн простраяение поверяностнои

волны сопровождается потерями в поверхностном слое земли. Поэтому с увеличением расстояния от передатчика напряжённость поля волны уменьшается.

Потери в земле зависят от длины волны и свойств почвы. Последняя на одних волнах ведёт себя как проводник, а на других - как диэлектрик. Например, морская вода для волн метровых и воля большей длины ведёт себя как проводник; влажная почва для волн длиннее 100 м может считаться проводником, а для волн метровых и короче - диэлектриком, для волн в диапазоне от 100 м до метровых - полупроводником.

Поглощение энергии почвой увели<1ивается с увеличением частоты и увеличением сопротивления почвы, поэтому, например, сухая песчаная почва вызывает большие потери, чем влажная луговая почва. При работе поверхностной волной поглощение энергии на коротких волнах значительно больше, чем на длинных.

Напряжённость поля пространственной волны, достигающей пункта приёма после отражения её от ионосферы, определяется не только напряжённостью поля этой волны до её отражения, но и состоянием ионосферы, сильно зависящим от времени суток, года, длины волны, угла падения волны на ионосферу и других причин.

Необходимо отметить, что волны, отражённые ионосферой к земной поверхности, отражаются, в свою очередь, последней и, 362



следовательно, а приёмную антенну воздействуют волны, непосредственно отражённые ионосферой, и волны, отражённые от поверхности земли в пункте приёма (амплитуды и фазы которых изменяются при отражении). Отсюда становится понятной та сложность картины электромагнитного поля около приёмной антенны, которая в действительности имеет место. Если пункта приёма достигает ещё и поверхностная волна, то эта картина электромагнитного поля приёмной антенны ещё больше усложняется.

Линию радиосвязи образуют передающая радиостанция, слой атмосферы между поверхностью земли и ионосферой, в котором происходит распространение радиоволя, и приёмная радиосглн-ция. В то время как конструирование и изготовление аппаратуры передатчика и приёмника передающей и приёмной антенны находится в руках инженера и техника, создание подходящих условий распространения радиоволн в земной атмосфере или изменение условий их распространения лежит вне их возможностей. Но если знать свойства среды, в которой происходит распространение радиоволя, характер и причины изменений, происходящих в этой среде, если изучить явления, происходящие при распространении радиоволн разной длины, то весь этот комплекс знаний о процессе распространения радиоволн в концентрическом слое между поверхностью земли и ионосферой можно использовать для выбора надлежащих условий работы данной линии радиосвязи за счёт правильного выбора длины рабочей волны, угла возвышения излучения над горизонтом и т. д.

К настоящему времени в результате большой теоретической и экспериментальной работы, проделанной в области изучения процесса распространения радиоволн, выяснена физическая сущность всех основных явлений, наблюдаемых при распространении радиоволн, и получены количественные соотношения, необходимые для практического расчёта линий радиосвязи.

Основное влияние на распространение волн оказывает среда, в которой они распространяются. Так как этой средой йвляется окружающая земной шар газовая среда, называемая земной атмосферой, то прежде всего необходимо ознакомиться со строением земной атмосферы.

Строение земной атмосферы

Непосредственные измерения данных атмосферы (состав воздуха, давление, плотность, температура) произведены до высоты 22 км. При помощи шаров - зондов, снабжённых автоматически регистрирующими приборами, измерения удалось прот13-вести до высоты 40 км. Изучение более высоких слоев производится путём наблюдения и изучения таких явлений в атмосфере, как сумерки (т. е. рассеяние солнечных лучей в верхних слоях атмосферы после захода солнца), светящиеся облака, падающие



звёзды, северное сияние и др. Могучим средством исследования верхних слоев атмосферы являются наблюдения за распространением коротких волн и измерения, производимые на так называемых ионосферных станциях. В последнее время для уточнения данных о земной атмосфере производятся измерения с помощью соответствующей аппаратуры искусственных спутников земли.

Хотя большая работа, проделаеная по изучению земной атмосферы, в настоящее время ещё не даёт точных данных о ней, например, о распределении в атмосфере температуры по высоте, о составе атмосферы на разных высотах, но основные данные (приведённые ниже), характеризующие атмосферу, подтверждаются практикой.

Атмосферу принято делить а тропосферу - нижний слой атмосферы высотой порядка 9 -17 /сж и на стратосферу - верхние слои выше тропосферы.

Тропосфера - наиболее подвижная часть земной атмосферы; для неё характерно интенсивное вертикальное перемешивание, резко выраженные вихревые движения, значительные колебания температуры и влажности. В нижнем слое тропосферы происходят так называемые метеорологические явления, т. е. процессы, связанные с изменением давления водяного пара, образованием тумана, облаков, происходят перемещения облаков, выпадают осадки. Высота тропосферы (или нижняя граница стратосферы) над экватором достигает 15-17 км, над полюсами 9-ь-11 км. Кроме того, она зависит от сезона года: летом она больше, чем зимой.

Состав атмосферы в более высоких слоях может быть предположен только на основании экстраполяционных ориентировочных расчётов и косвенных экспериментальных данных. Они дают основание предположить, что до высот порядка 100-130 км, а может быть ,и выше составные части атмосферы перемешаны, слоистое строение маловероятно. Давление атмосферы на протяжении первых 10 км падает быстро, а затем замедляется. Это объясняется тем, что температура по мере удаления от земной поверхности сначала равномерно падает на 5-6° на 1 км и достигает-50°С на высоте Юн-14 км. На этой высоте падение температуры прекращается (за верхнюю границу тропосферы принято считать высоту, на которой прекращается падение температуры), далее температура остаётся почти неизменной до высоты, примерно равной 25 км. Затем температура возрастает, принимая наибольшее значение порядка 75н- 80°, на высоте 50н-60 км. Дальше снова происходит уменьшение температуры до 40°С на высоте примерно 80 км, а затем снова происходит повышение температуры, которая на больших высотах становится очень большой - большей 300°С. В соответствии с неравномерным изменением давления количество молекул в 1 сж как всей атмосферы, так и составляющих её отдельных газов сначала уменьшается резко, а затем более медленно. У земли (при давле-364



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 [ 120 ] 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204