Распростарнение радиоволн
Методическое пособие - Радиоэлектроника
Другие методички по предмету Радиоэлектроника
? частотной зависимости коэффициента поглощения радиоволн в ионосфере ?
12. Укажите особенности преломления и отражения радиоволн в ионосфере.
13. Волна прошла в ионизированном газе некоторое расстояние в направление силовых линий постоянного магнитного поля. Какие изменения произошли в структуре поля волны ?
14. Какие составляющие электрического поля могут существовать в ионизированном газе, если направление распространения волны нормально к направлению силовых линий постоянного магнитного поля ?
5. ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН РАЗЛИЧНЫХ ДИАПАЗОНОВ
5.1.Особенности распространения сверхдлинных и длинных волн
К диапазону сверхдлинных волн (СДВ) относят волны длиной от
10 000 до 100 000 м ( = 303 кГц), а к длинным волнам (ДВ) волны от 1000 до 10 000 м (= 30030 кГц).
Токи проводимости для диапазонов СДВ и ДВ существенно преобладают над токами смещения для всех видов земной поверхности. Поэтому при распространении поверхностной волны происходит лишь незначительное проникновение ее энергии в глубь Земли. Сферичность Земли, служащая препятствием для прямолинейного распространения радиоволн, до расстояний 10002000 км остается соизмеримой с длиной волны, что способствует хорошему огибанию длинными волнами земного шара благодаря дифракции. Незначительные потери и огибание земной поверхности обусловили возможность ДВ и СДВ распространяться земной волной на расстояние до 3000 км. При этом для расстояния 500600 км напряженность электрического поля можно определять по (2.15), а для больших расстояний расчет ведется по законам дифракции.
Начиная с расстояния 300400 км помимо земной волны присутствует волна, отраженная от ионосферы. С увеличением расстояния напряженность электрического поля отраженной от ионосферы волны увеличивается, и на расстояниях 7001000 км поля земной и ионосферной волн становятся примерно равными. Суперпозиция этих двух волн дает интерференционную картину поля.
На расстоянии свыше 3000 км ДВ и СДВ распространяются только ионосферной волной. Для отражения длинных волн достаточно небольшой электронной плотности, так что днем отражение этих волн может происходить на нижней границе слоя D, а ночью на нижней границе слоя Е. Проводимость в этой области ионосферы для ДВ довольно значительна (но в тысячи раз меньше, чем проводимость сухой земной поверхности) и токи проводимости оказываются того же порядка, что и токи смещения. Следовательно, нижняя область ионосферы для ДВ обладает свойствами полупроводника.
На ДВ и особенно на СДВ электронная плотность слоев D и Е меняется резко на протяжении длины волны. Поэтому и отражение здесь происходит как на границе раздела воздух полупроводник, без проникновения радиоволны в толщу ионизированного газа. Этим обусловлено слабое поглощение ДВ и СДВ в ионосфере.
Расстояние от земной поверхности до нижней границы ионосферы составляет 60100 км, т. е. того же порядка, что и длина волн (ДВ и СДВ), так что волны распространяются между двумя близко расположенными полупроводящими концентрическими сферами, одной из которых является Земля, а другой ионосфера. Условия распространения при этом примерно такие же, как и в диэлектрическом волноводе (рис. 5.1).
Как и во всяком волноводе, можно отметить оптимальные волны волны, распространяющиеся с наименьшим затуханием, и критическую волну. Для волновода, образованного Землей и ионосферой, оптимальными являются волны длиной 2535 км, а критической волна длиной 100 км. Подобно законам распространения радиоволн в обычных волноводах, в сферическом ионосферном волноводе фазовая скорость радиоволн превышает скорость света в свободном пространстве. На частотах выше 10 кГц отличие фазовой скорости от скорости света невелико, примерно () - 1 = (15)10-3. Однако фазовая скорость изменяется с изменением расстояния от передатчика. Кроме того, она зависит от электронной плотности и числа столкновений электронов с молекулами в той области ионосферы, где происходит отражение радиоволн. Это приводит к нестабильности фазы волны, главным образом в утренние и вечерние часы, когда меняется высота отражения длинных волн, что необходимо учитывать при работе длинноволновых радионавигационных систем. Расчет напряженности электрического поля Еm (мВ/м) для ДВ и СДВ ведется по эмпирической формуле Остина:
где r расстояние по дуге большого круга Земли, км; q соответствующий этому расстоянию центральный угол; Р мощность передатчика, кВт; l длина волны, км.
Рис. 5.1. Распространение ДВ и СДВ в
волноводе Земля ионосфера
Рис. 5.2. Ближние и дальние замирания на средних волнах:
1 земная волна; 2 волна, отразившаяся от ионосферы один раз; 3 волна, отразившаяся от ионосферы дважды
Формула Остина применима для расстояний до 16 00018 000 км над морем и сушей, причем в последнем случае начиная с расстояний 20003000 км.
Длинные и особенно сверхдлинные волны мало поглощаются при прохождении в толщу суши или моря. Так, волны длиной 2030 км могут проникать в глубину моря н