Распростарнение радиоволн
Методическое пособие - Радиоэлектроника
Другие методички по предмету Радиоэлектроника
µ траектории земных радиоволн 1, называемое рефракцией. Распространение тропосферных радиоволн 2 возможно из-за рассеяния и отражения их от неоднородностей тропосферы. Радиоволны миллиметрового и сантиметрового диапазонов в тропосфере поглощаются.
Стратосфера простирается от тропопаузы до высот 5060 км. Стратосфера отличается от тропосферы существенно меньшей плотностью воздуха и законом распределения температуры по высоте: до высоты 3035 км температура постоянна, а далее до высоты 60 км резко повышается. На распространение радиоволн стратосфера оказывает то же влияние, что и тропосфера, но оно проявляется в меньшей степени из-за малой плотности воздуха.
Ионосферой называется область атмосферы на высоте 6010 000 км над земной поверхностью. На этих высотах плотность воздуха весьма мала и воздух ионизирован, т. е. имеется большое число свободных электронов. Присутствие свободных электронов существенно влияет на электрические свойства ионосферы и обусловливает возможность отражения от ионосферы радиоволн длиннее 10 м. Радиоволны, распространяющиеся путем отражении от ионосферы или рассеяния в ней, называют ионосферными волнами 3. На условия распространения ионосферных волн свойства земной поверхности и тропосферы влияют мало.
Условия распространения радиоволн 4,5 при космической радиосвязи обладают некоторыми специфическими особенностями, а на радиоволны
Рис. 1.1. Пути распространения радиоволн
Рис. 1.2. Диаграммы направленности антенны по
мощности:
1 изотропного излучателя; 2 направленной
антенны
4 основное влияние оказывает атмосфера Земли.
1.1. Формула идеальной радиопередачи
Свободное пространство можно рассматривать как однородную непоглощающую среду с ? =1. В действительности таких сред не существует, однако выражения, описывающие условия распространения радиоволн в этом простейшем случае, являются фундаментальными. Распространение радиоволн в более сложных случаях характеризуется теми же выражениями с внесением в них множителей, учитывающих влияние конкретных условий распространения.
Для проектирования различных радиосистем необходимо определять напряженность электрического поля радиоволны в месте приема или мощность на входе приемного устройства.
Для свободного пространства плотность энергии П (Вт/м2) на расстоянии r (м) от точечного источника, излучающего радиоволны равномерно во всех направлениях, связана с мощностью, излучаемой этим источником Ризл (Вт) следующей зависимостью:
,
где П модуль вектора Пойнтинга.
На практике антенна излучает энергию по разным направлениям неравномерно. Для учета степени неравномерности излучения вводят коэффициент направленного действия антенны.
Коэффициент направленного действия антенны D показывает, во сколько раз изменяется плотность мощности на данном расстоянии от излучателя при направленном излучателе по сравнению с ненаправленным (изотропным) излучателем.
При использовании направленного излучателя происходит пространственное перераспределение мощности, в результате чего в некоторых направлениях плотность мощности повышается, а в других снижается по сравнению со случаем использования изотропного излучателя. Применение направленных антенн позволяет получить в D раз большую плотность мощности в точке приема или в D раз снизить мощность передатчика.
Величина D является функцией углов наблюдения: в горизонтальной плоскости ? и в вертикальной q (рис 1.2). Обычно антенна создает максимальное излучение лишь в некотором направлении (?0 ?0), для которого D приобретает максимальное значение Dмакс=D(?0 ?0). Зависимость величин D от углов ? и ? называют диаграммой направленности антенны по мощности, а отношение F2(?,?)= D(? ?)/Dмакс
- нормированной диаграммой направленности по мощности (рис.1.2).
Плотность мощности на расстоянии r от направленной излучающей антенны
.
Амплитуда напряженности электрического поля радиоволны в свободном пространстве связана с плотностью энергии этой волны (через сопротивление свободного пространства Z0)
E2m cв =2Z0 П = 240p П,
откуда определяется амплитудное значение напряженности электрического поля в свободном пространстве Еm cв (В/м) на заданном расстоянии r (м) от излучателя:
(1.1)
Мощность на входе приемника, согласованного с антенной, находящейся на расстоянии r от излучателя,
, (1.2)
где
эффективная площадь приемной антенны, характеризующая площадь фронта волны, из которой антенна извлекает энергию.
Мощность Рпр.св удобно определять непосредственно через мощность Pизл и величину Dизл излучающей антенны:
.(1.3)
Это выражение называется формулой идеальной радиопередачи.
Ослабление мощности при распространении радиоволн в свободном пространстве, определяемое как отн