Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Распространение радиоволн в земных условиях

Излучение радиоволн

Любой колеблющийся электрический заряд является источником переменного электромагнитного поля, излучающего в окружающее пространство. Излучение зарядом электромагнитной волны можно пояснить следующим образом. Рассмотрим два проводящих шара, находящихся на расстоянии L друг от друга (рис. 1.3) [1]. Такая сис­тема называется электрическим диполем. После выключения гене­ратора шары будут заряжаться и разряжаться. При этом по проводу L протекают токи зарядки и разрядки емкости, образованной шара­ми. Емкость шаров много больше емкости отрезков ab и cd провода L, поэтому током смещения между отрезками провода можно пре­небречь. Можно считать, что ток проводимости, протекающий в проводе L, замыкается только через ток смещения, протекающий в пространстве между шарами. В этом случае амплитуда тока I вдоль провода L остается постоянной. Такой электрический диполь называют диполем Герца.

На рис. 1.3 графически изображено распределение амплитуды тока вдоль провода диполя. На этом же рисунке показаны силовые линии электрического поля диполя для момента времени, когда ша­ры заряжены.

Рис. 1.3. Схема возникновения электромагнитной волны, излучаемой диполем Герца.

Линии тока смещения расположены в пространстве так же, как и линии электрического поля. При работе генератора переменный ток смещения вызывает появление переменного-маг­нитного поля, силовые линии которого окружают линии тока смеще­ния. В свою очередь переменное магнитное поле по закону элек­тромагнитной индукции вызывает в окружающем пространстве по­явление переменного электрического поля и соответствующего тока смещения и т.д. Рассмотренный процесс распространяется в окру­жающей среде самоподдерживаясь. Если, например, выключить генератор, питающий диполь, то в окружающей среде продолжает распространяться возникшая электромагнитная волна - ток смеще­ния вызывает переменное магнитное поле, которое, в свою оче­редь, создает переменное электрическое поле и ток смещения в соседних областях пространства. Если генератор, возбуждающий диполь, генерирует напряжение, изменяющееся по гармоническому закону U= Um sinωt, то и электромагнитное поле изменяется во вре­мени по гармоническому закону с той же частотой ω.

Скорость распространения фазы электромагнитной волны назы­вают фазовой скоростью. Фазовая скорость электромагнитной вол­ны в диэлектрике равна

где µ - магнитная проницаемость среды; ε- диэлектрическая про­ницаемость среды.

В свободном пространстве ε= ε0= 8,85·10-12 Ф/м, µ = µ0 = 4π ·10-7 Гн/м и \/ф 3·10-8 м/с, т.е. равна скорости света.

Расстояние, которое проходит определенная фаза волны за время одного периода колебаний Т, называется длиной волны:

.

Поверхность, на которой фаза волны одинакова, называется фронтом волны. На больших расстояниях r от диполя при выполне­нии условия r > L фаза волны одинакова на поверхности сферы. Такая волна называется сферической.

Диполь Герца обычно в качестве антенны не применяют. Однако любую проволочную антенну можно представить состоящей из эле­ментарных отрезков провода, в пределах каждого из которых амплитуда тока может считаться неизменной. Такой отрезок назы­вают элементарным электрическим вибратором, аналогичным ди­полю Герца.

Строение атмосферы Земли

В земных условиях радиоволны распространяются в атмосфере. Атмосферу разделяют по высоте на три области: тропосферу, стра­тосферу и ионосферу. Нижняя область - тропосфера простирается до высоты 7... 10 км в полярных районах и до 16... 18 км над эквато­ром. Тропосфера переходит в стратосферу, верхняя граница кото­рой находится на высоте около 50...60 км. Стратосфера отличается от тропосферы почти полным отсутствием водяного пара, осадки образуются только в тропосфере. Тропосфера и стратосфера влияют только на распространение УКВ.

На высоте более 60 км воздух находится в ионизированном со­стоянии. Эту область называют ионосферой. Ионосфера в той или иной степени влияет на распространение радиоволн всех диапазо­нов, так как радиоволны вызывают в ней движение свободных заря­дов. Главной причиной ионизации воздуха и образования ионосфе­ры является излучение Солнца. Установлено, что ионизацию атмо­сферы могут вызвать только ультрафиолетовые лучи, имеющие длину волны меньше 0,1 мкм. Ионизация атмосферы вызывается также потоком частиц (корпускул), испускаемых Солнцем. Коротко­волновые ультрафиолетовые лучи и корпускулы не достигают тро­посферы, и воздух в ней практически не ионизирован. Ионизация становится заметной на высотах более 50...60 км.

Эксперименты показали, что в ионосфере имеется несколько слоев, от которых происходит отражение радиоволн, т.е. существу­ют несколько максимумов электронной концентрации.

Рис. 1.4. Зависимость электронной концентрации в ионосфере от высоты.

 

На рис. 1.4 изображена типичная зависимость электронной кон­центрации N от высоты h для дневного времени летом, когда в ионосфере наблюдается наибольшее число слоев.

Рассмотрим особенности ионосферных слоев. Слой D образует­ся в области, где сравнительно велика плотность газа и рекомбина­ция свободных зарядов происходит быстро. Поэтому этот слой существует только днем и очень быстро исчезает после захода Солнца, когда прекращается ионизирующее воздействие. Летом критическая частота слоя D, под которой понимается наибольшая частота радиоволны, отражающейся при вертикальном падении на ионосферу, больше, чем зимой. Слой отражает мириаметровые, километровые и частично гектометровые волны, более короткие волны проходят через него, частично в нем поглощаясь.

Слой Е существует круглые сутки, но его электронная концен­трация днем намного больше, чем ночью, и изменяется в соответ­ствии с высотой Солнца над горизонтом. Слой Е днем, особенно летом, способен отражать дека метровые волны. Ночью декаметровые волны от слоя Е не отражаются. Гектометровые и более длин­ные волны отражаются от слоя в любое время года и суток.

Зимой выше слоя Е существует только один максимум электрон­ной концентрации - слой F. Его концентрация достигает максимума после полудня и минимума - утром. Летом слой F расщепляется на два слоя – F1 и F2. Электронная концентрация в слое F2 изменяется в течение суток менее сильно, чем в слое F зимой. Слой F отражает декаметровые и иногда длинные метровые волны.

Помимо изменений состояния ионосферы, связанных с време­нем года и суток, существуют также регулярные изменения, обу­словленные цикличностью солнечной активности. В годы максиму­ма солнечной активности критические частоты слоя F возрастают в 2-3 раза по сравнению с годами минимума.

Последнее изменение этой страницы: 2016-03-17; Просмотров: 84; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2017 год. Все права принадлежат их авторам! (0.086 с.) Главная | Обратная связь