Атмосферные волноводы появляются нерегулярно и поэтому обеспечить устойчивую радиосвязь на больших расстояниях на волноводном распространении УКВ нельзя. Но это явление может служить причиной создания взаимных помех станциями, работающими в сантиметровом диапазоне волн и даже разнесенными на большие расстояния. Кроме того, появление атмосферного волновода может создавать помехи для работы радиолокационных станций обнаружения самолетов. Например, самолет, находящийся выше атмосферного волновода, может быть не обнаружен из-за того, что радиоволны отразятся от стенки волновода.
Рассеяние УКВ на неоднородностях тропосферы. Неоднородности тропосферы представляют собой области, в которых диэлектрическая проницаемость отличается от среднего значения для окружающей тропосферы. Под действием поля проходящей волны в каждой неоднородности тропосферы наводятся токи поляризации и создается электрический момент. В результате неоднородности действуют как вторичные излучатели. Вторичное излучение совокупности неоднородностей можно характеризовать некоторой диаграммой направленности с максимумом излучения в сторону первоначального движения волны.
Рис. 5.8. Распространение УКВ в условиях атмосферного волновода
Рис. 5.9. Схема линии радиосвязи, использующей тропосферное рассеяние
Поле, созданное вблизи земной поверхности, есть результат интерференции полей, переизлученных большим числом неоднородностей. Вследствие изменения структуры и местоположения неоднородностей поле непрерывно флуктуирует и является случайной функцией времени. Характер распределения мгновенных значений уровня сигнала зависит от среднего уровня сигнала. Чем уровень меньше, тем ближе закон распределения к рэлеевскому. При больших уровнях сигнала мгновенные значения его амплитуды распределены по обобщенному закону Рэлея, что свидетельствует о наличии в месте приема помимо быстро меняющейся компоненты сигнала медленно меняющейся регулярной компоненты, полученной путем отражения от слоистых неоднородностей тропосферы.
Работу линии связи, использующей рассеяние радиоволн на неоднородностях тропосферы, можно объяснить следующим. В результате пересечения в пространстве диаграмм направленности передающей и приемной антенн, условно ограниченных прямыми AD—AС1 и BD—BC (рис. 5.9), образуется объем атмосферы CDС1D1, называемый рассеивающим объемом. Он и участвует в передаче радиоволн от пункта А к пункту В. Для увеличения напряженности электрического поля в месте приема стремятся к уменьшению угла между направлением первоначального движения волны и направлением в точку приема (угол q на рис. 5.9).
Характерной особенностью рассматриваемых линий связи является их узкополосность. Максимальная ширина полосы частот, которая может быть передана без искажений, определяется временем запаздывания луча АСВ относительно луча AC1B, т. е. шириной диаграмм направленности антенн. Практически с допустимыми искажениями можно передать полосу частот в 1—2 МГц.
Расчет мощности на входе приемной антенны на линии связи, использующей тропосферное рассеяние, разработан советскими учеными под руководством Б. А. Введенского и М. А. Колосова [7].
Для борьбы с замираниями прием производится на разнесенные (две или четыре) антенны. Сигналы, принятые на эти антенны, складываются после детектирования.
Используется также разнесение по частоте, когда одна и та же информация одновременно передается на частоте 1 и частоте 2 = 1 + D, причем D / = (25)10-3. Замирания на этих двух частотах не коррелированны. Ведут прием либо наиболее сильного из двух сигналов, либо сигналы складываются после детектирования.
Рассеяние и отражение метровых волн в ионосфере. Ионизированные слои характеризуются большой неоднородностью. Наличие местных объемных неоднородностей ионосферы приводит к рассеянию УКВ, которое происходит аналогично рассеянию на неоднородностях тропосферы.
Рассеяние радиоволн происходит на высоте 70—90 км, что ограничивает максимальную протяженность линии радиосвязи расстоянием в 2000—2300 км. Основная часть энергии волны, падающей на ионосферу, рассеивается в направлении первоначального движения волны. Чем больше угол, составляемый направлением на приемную антенну с направлением первоначального движения волны, тем меньше уровень мощности рассеянного сигнала. Поэтому прием возможен только на расстояниях более 800—1000 км. Напряженность поля рассеянного сигнала убывает с повышением рабочей частоты и применимыми для связи оказываются волны частотой 30—60 МГц. Сигналы при этом виде радиосвязи на метровых волнах подвержены быстрым и глубоким замираниям.
Большими преимуществами радиосвязи путем ионосферного рассеяния метровых волн по сравнению с линиями связи на KB являются возможность круглосуточной работы на одной рабочей частоте и отсутствие нарушений связи. На этих линиях достигается большая надежность радиотелеграфной связи в приполярных областях. Однако связь на метровых волнах требует применения передатчиков мощностью порядка 10 кВт и антенн с коэффициентом усиления 20—30 дБ.
5.5. Особенности распространения ультракоротких волн в космическом пространстве
наземная радиосвязи и ретрансляция радиовещательных и телевизионных программ через ретрансляторы, расположенные на искусственных спутниках Земли;
радиосвязь пилотируемых космических кораблей с Землей и между собой;
радионаблюдение за полетом и управление полетом космических кораблей;
передача с космического корабля радиотелеметрической информации (результатов измерений режима работы аппаратуры, параметров полета, данных научных наблюдений) ;
изучение космоса, сбор метеорологических и геодезических данных.
К космической радиосвязи относится также распространение радиоволн на трассах Земля — планета, между двумя планетами, между двумя корреспондентами, находящимися на планете.
Искусственные спутники Земли (ИСЗ) имеют траектории с тремя характерными участками. На начальном, стартовом участке траектории
спутник с ракетой-носителем при работающих двигателях движется в сравнительно плотных слоях атмосферы. Здесь происходит отделение отработавших ступеней ракеты. На втором участке траектории скорость движения спутника несколько превышает первую космическую скорость и движение вокруг Земли происходит по эллиптической орбите в сильно разреженной атмосфере. Третий участок траектории соответствует возвращению спутника, вхождению его в плотные слои атмосферы. У невозвращаемых спутников третий участок траектории отсутствует.
Особенности радиосвязи на первом и третьем участках траектории обусловлены тем, что вблизи спутника образуется скопление ионизированного газа большой электронной плотности (на несколько порядков больше электронной плотности ионосферы). Причиной образования ионизации на первом участке траектории является раскаленный отработанный газ двигателя, а на третьем участке - термодинамический нагрев воздуха при движении спутника в плотных слоях атмосферы (на высотах менее 100 км) со сверхзвуковой скоростью.
На первом и на третьем участках траектории расстояния от наземных станций до спутника невелики и распространение радиоволн осуществляется в пределах прямой видимости.
На втором участке в зависимости от высоты нахождения спутника и от длины рабочей волны радиосвязь возможна как в пределах прямой видимости, так и за ее пределами. На условия распространения радиоволн оказывают влияние тропосфера и ионизированные слои атмосферы Земли.
Космические корабли имеют траекторию, которая может быть также разбита на три участка, причем условия радиосвязи на первом и третьем участках для спутников и космических кораблей совпадают. На втором участке траектории скорость корабля превышает вторую космическую скорость, корабль выходит из поля тяготения Земли и движется в межпланетном пространстве. Протяженность радиолинии космический корабль — Земля может достигать сотен миллионов километров.
Атмосфера Земли и в этом случае оказывает влияние на условия радиосвязи.
Если космический корабль направлен на одну из планет, то при вхождении корабля в атмосферу планеты условия радиосвязи изменяются в зависимости от радиофизических свойств атмосферы планеты.
Характеристики межпланетной среды. В межпланетном пространстве электронная концентрация равна протонной и в целом плазма квазинейтральна. На расстояниях более 30км от Солнца скорость перемещения плазмы можно считать постоянной и равной 500 км/с. На этих расстояниях электронная концентрация Nэ см-3 вследствие постоянства потока частиц в единичном телесном угле зависит от расстояния до Солнца r (км) по закону
На расстоянии 150106 км от Солнца, электронная концентрация Nэ = 2 – 20 см -3. Межпланетная плазма является статистически неоднородной средой со средним размером неоднородностей около 200 км. Помимо этого существуют крупномасштабные неоднородности с размерами (0,1 — 1)106 км. Напряженность постоянного магнитного поля на расстоянии 150106 км от Солнца составляет = 410-3 А/м. После солнечных вспышек электронная концентрация и скорость потока плазмы, а также напряженность постоянного магнитного поля увеличиваются в несколько раз. Экспериментальное исследование прохождения радиоволн в космическом пространстве от источника, излучающего белый спектр (созвездие Тельца) или монохроматические колебания (передатчики, установленные на космических объектах), показали, что поток энергии УКВ в том и другом случае практически не поглощается межпланетной средой. Однако установлено, что межпланетная среда вызывает замирания радиоволн, связанные с движением неоднородностей плазмы.
Так как неоднородности межпланетной среды различны в различных областях межпланетного и околосолнечного пространства, то флуктуации фаз, амплитуд и изменение спектра радиоволны зависят от расположения трассы относительно Солнца.
Особенности УКВ радиолинии Земля — космос. Потери энергии. На радиолинии Земля— космос межпланетная плазма оказывает слабое поглощающее или рассеивающее действие на радиоволны. Определяющим является ослабление сигнала из-за большой протяженности трассы и поглощения в атмосфере Земли.
Диапазон радиочастот, пригодный для радиосвязи с космическим кораблем, ограничен поглощающими и отражающими свойствами земной атмосферы. Радиоволны длиннее 10 м отражаются от ионосферы и поэтому непригодны для связи с объектами, находящимися за ее пределами. Поглощение радиоволн в ионосфере с повышением рабочей частоты убывает по квадратичному закону. При прохождении всей толщи ионосферы волнами с частотами выше 100 МГц поглощение не превышает 0,1 дБ. Во время вспышек поглощения потери на волне с частотой 100 МГц возрастают до 1 дБ и условия прохождения метровых волн ухудшаются. Верхняя граница частот, применимых для космической радиосвязи, определяется поглощением радиоволн в тропосфере и равна примерно 10 ГГц. При расположении наземного корреспондента на высоте около 5 км верхняя граница рабочих частот может быть повышена до 40 ГГц.
Для радиосвязи с ИСЗ, траектория которых проходит ниже основного максимума электронной плотности ионосферы — слоя F2, применимы короткие волны. Отражение и поглощение KB в этом случае подчиняется тем же законам, что и на наземных коротковолновых радиолиниях. Резкое увеличение уровня сигнала, принимаемого со спутника, наблюдается, когда спутник проходит над пунктом приема и над точкой антипода (эффект антипода).
Поворот плоскости поляризации. При распространении радиоволн в ионосфере в присутствии постоянного магнитного поля Земли происходит поворот плоскости поляризации радиоволны.
Максимальное значение угла поворота плоскости поляризации волны (в градусах) определяется выражением, получаемым из (4.14) в предположении, что волна проходит всю толщу ионосферы при наибольшей электронной плотности (днем, летом):
где - рабочая частота, МГц; - истинный зенитный угол спутника (рис.5.10). Значения yмакс для частот 500 МГц, 1 ГГц, 3 ГГц, при = , составляют соответственно ; ; .
Поворот плоскости поляризации в ионосфере проявляется на весьма высоких частотах и изменяется при движении спутника по небосводу из-за изменения угла и флуктуации электронной плотности ионосферы. При приеме на антенну с линейной поляризацией возникают замирания. Для устранения замираний применяют передающие и приемные антенны с круговой поляризацией. При этом нужно учесть, что только в центральной части диаграммы получается поле с круговой поляризацией, а по краям диаграммы — поле с эллиптической поляризацией. Это вызывает потери из-за несоответствия поляризации, которые составляют примерно 0,5 дБ. Если бортовая антенна имеет линейную поляризацию, то возникают потери до 3 дБ [7].
Замирания радиоволн. Рассеяние энергии радиоволн неоднородностями ионосферы и интерференция прямых и рассеянных волн приводят к флуктуациям амплитуды радиосигналов, прошедших через ионосферу. Для обеспечения непрерывного приема таких сигналов их рассчитанную интенсивность следует выбрать больше на величину . Значения , для частот 300 МГц, 1 ГГц, 3 ГГц, составляют соответственно 1,6; 0,5; 0,1 дБ, и показывают, что влияние рассеяния падает с частотой.
Разница в значениях принятой и переданной частот D называется
доплеровским смещением частоты:
Рис. 5.10. Схема радиолинии Земля - космос:
А – наземная антенна; С - спутник
Например, при , r=8103 м/c доплеровское смещение частоты = 0,020,2 МГц.
При прохождении радиоволн, излученных движущимся источником, через неоднородную среду, которой меняется случайным образом во времени и пространстве, также меняется случайным образом. Так, при прохождении радиоволн, излученных с космического корабля, в неоднородных тропосфере, ионосфере и космическом пространстве изменение носит статистический характер.
Для уменьшения вредного влияния смещения несущей частоты при космической радиосвязи в приемниках используют автоматическую подстройку частоты или изменяют частоту передатчика, если заранее известна траектория движения излучателя. Кроме того, под влиянием эффекта Доплера деформируется частотный спектр сигнала из-за того, что каждая составляющая спектра получает свое смещение.
Доплеровский сдвиг частоты используют как положительное явление, которое позволяет определять скорость движущегося источника или отражателя, если известны свойства среды. Решают и обратную задачу: измеряя сдвиг частоты и зная скорость движения излучателя, определяют электрические параметры среды.
Поправки при определении координат космических объектов радиотехническими методами. Прохождение радиоволн в тропосфере и ионосфере сопровождается рефракцией и изменением фазовой и групповой скоростей распространения волны. Эти факторы являются причиной ошибок, которые необходимо учитывать при определении координат космических объектов радиотехническими методами. Устранение возникающих ошибок производится путем введения соответствующих поправок [7].
5.6. Особенности распространения волн оптического и инфракрасного диапазонов
Общие положения. К оптическому диапазону относятся электромагнитные колебания с длиной волны 0,39—0,75 мкм. К инфракрасному (ИК) диапазону относятся волны длиной 0,75— 1000 мкм, занимающие промежуточное положение между оптическими и миллиметровыми волнами. Инфракрасный диапазон делят на три области: ближнее инфракрасное излучение— от 0,75 до 1,5 мкм, среднее — от 1,5 до 5,6 мкм и дальнее — от 5,6 до 1000 мкм. Границы спектров оптических, инфракрасных и миллиметровых радиоволн взаимно перекрываются.
Оптические и ИК волны могут фокусироваться линзами и зеркалами, менять свое направление при отражении и преломлении, разлагаться в спектр призмами. ИК волны, подобно радиоволнам, могут проходить сквозь некоторые материалы, непрозрачные для оптических волн. ИК волны нашли широкое применение в различных отраслях промышленности.
Главным преимуществом многих ИК систем является то, что можно использовать излучение от целей, которые или сами являются источниками ИК излучения или отражают излучение естественных ИК источников. Такие системы называются пассивными. Активные ИК системы имеют мощный источник, излучение которого, отфильтрованное в узком участке спектра, концентрируется с помощью оптической системы и направляется в виде узкого пучка на цель.
ИК системы обладают высокой разрешающей способностью.
Ослабление оптических и инфракрасных волн в атмосфере. Полное ослабление оптических и ИК волн в атмосфере обусловлено несколькими факторами. Различают ослабление света в атмосфере, свободной от облаков и тумана, и ослабление света в тумане.
Ослабление в свободной атмосфере складывается из рассеяния света на молекулах газа и водяного пара и селективного поглощения. Мощность, которую несут световые и инфракрасные волны, прошедшие в атмосфере некоторое расстояние r, вычисляется аналогично мощности радиоволны:
где Г — суммарный коэффициент поглощения в дБ/км, равный:
Г=Гг+Гп+Гсел+Гт .
Здесь Гг и Гп — коэффициенты ослабления из-за рассеяния на молекулах газа и пара; Гсел — коэффициент селективного поглощения; Гт — коэффициент поглощения в тумане.
Коэффициент ослабления из-за рассеяния волн на молекулах газа Гг (дБ/км) при давлении воздуха р (МПа), температуре Т (К), и длине волны l (мкм) определяется следующим выражением:
Гг = 25p/Tl4.
Этот вид ослабления значительно меньше проявляется в инфракрасном диапазоне, чем в оптическом.
В свободной от облаков и тумана атмосфере содержатся частицы примесей — паров воды и пыли, на которых также рассеиваются оптические и ИК волны. Для характеристики пространственной картины рассеяния света каждой частицей пользуются понятием индикатрисы рассеяния (угловой функции рассеяния), определяемой как отношение мощности, рассеянной частицей в данном направлении, к потоку энергии, рассеянному во все стороны (понятие, аналогичное диаграмме направленности антенны). Индикатрисы рассеяния определены расчетным путем для сферических частиц различного радиуса а, имеющих разные коэффициенты преломления n. Малые частицы с а/l<<1 и n1 имеют индикатрису, описываемую законом синуса с максимумами в направлении прямого и обратного движения волны. При n → ∞ малые частицы рассеивают назад больше энергии, чем вперед. По мере роста а/l индикатриса рассеяния прозрачных частиц становится все более вытянутой вперед (эффект Ми).
Размер частиц пыли и пара во много раз превышает длину волны, а число частиц не остается постоянным, что затрудняет расчеты коэффициента ослабления. Поэтому предпочитают пользоваться экспериментальными данными для определения ослабления из-за рассеяния на этих частицах. Опытным путем найдено, что коэффициент ослабления пропорционален l-1,75. Потери этого вида имеют наибольшую величину в городах, на ИК волнах они меньше, чем на волнах оптического диапазона.
Селективное поглощение особенно характерно для ИК диапазона. На рис. 5.11 представлено распределение энергии в солнечном спектре, измеренном вблизи Земли для диапазона волн 0,3—2,2 мкм. Если бы не было селективного поглощения, то кривая имела плавный ход, обозначенный пунктирной линией. В видимой части спектра на волнах 0,4—0,75 мкм поглощение незначительно, при длине волны 0,76 мкм наблюдается поглощение в кислороде. Участки сильного поглощения имеются вблизи волн длиной 0,94; 1,10; 1,38 и 1,87 мкм. Это поглощение обусловлено наличием водяных паров в атмосфере, и прозрачность атмосферы для инфракрасных лучей сильно зависит от влажности атмосферы.
Рис. 5.11. Распределение энергии в солнечном спектре вблизи Земли
Рис. 5.12. Спектр излучения чистого неба
Поглощающее действие оказывают углекислый газ (на волнах 2 ,7; 4, 3 и 1220 мкм) и озон (на волнах 4,7 и 9,6 мкм), но основное поглощающее действие оказывает водяной пар, поскольку его содержание намного превышает содержание углекислого газа и озона.
Измерения показали, что сравнительно, хорошей прозрачностью для инфракрасных лучей атмосфера обладает на следующих волнах: 0,95—1,05; 1,2—1,3; 1,5—1,8; 2, 1—2, 4; 3,3—4 ,0; 8, 0—12,0 мкм. В указанных пределах поглощением можно пренебречь, тогда как на промежуточных волнах и волнах длиннее 13,0 мкм происходит практически полное поглощение.
В каплях тумана происходят тепловые потери и рассеяние, как это имеет место в диапазоне миллиметровых и сантиметровых радиоволн. Потери тем больше, чем больше размер капель.
Рефракция оптических и инфракрасных волн в атмосфере. Различают астрономическую рефракцию — преломление лучей, идущих от небесного светила или другого источника, находящегося на небольшой высоте, к наблюдателю, и земную рефракцию — преломление лучей, идущих от земных объектов.
Оптические и ближние ИК волны рефрагируют меньше, чем радиоволны. Коэффициент преломления тропосферы для ИК и оптических волн записывается в следующем виде (см. 3.1):
где — парциальное давление сухого воздуха (Па).
В случае астрономической рефракции, когда луч проходит всю толщу атмосферы, показатель преломления которой возрастает с приближением к поверхности Земли, траектория волны всегда обращена выпуклостью к зениту (положительная рефракция). Как и в случае радиоволн, явление рефракции приводит к ошибке в определении угла места.
Земная рефракция может быть как положительной, так и отрицательной. В условиях нормальной рефракции дальность прямой видимости в оптическом и ИК диапазонах оказывается несколько меньше, чем в радиодиапазоне. Формула (3.5) принимает следующий вид:
Радиус кривизны траектории оптической волны составляет примерно 50 000 км. В оптическом и ИК диапазонах явление сверхфракции наблюдается реже, чем в радиодиапазоне. Со сверхрефракцией связано явление миража.
Распространение излучения оптических квантовых генераторов в атмосфере. Когерентность, высокая степень монохроматичности, большая направленность и мощность излучений оптических квантовых генераторов (ОКГ) вызывают соответствующие особенности распространения этих излучений в атмосфере. Ширина спектра многих ОКГ меньше ширины линий селективного поглощения атмосферных газов. Поэтому для количественной оценки поглощения излучения ОКГ необходимо иметь данные о селективном поглощении для фиксированных частот. Получение таких данных затруднено ограниченной разрешающей способностью измерительной аппаратуры. Измерение селективного поглощения в диапазоне l = 0,693340,6694 мкм, в который попадает излучение ОКГ на рубине, показали, что при изменении длины волны менее чем на 10-4 мкм поглощение изменяется от 0 до 80%.
Установлено, что при распространении пространственно ограниченных пучков в атмосфере рассеяние на частицах изменяет распределение мощности по сечению пучка излучения. Это распределение зависит от оптической толщины слоя, геометрии пучка, свойств среды.
Турбулентные неоднородности тропосферы вызывают серьезное ухудшение условий работы ИК радиолиний. Особенно существенно их влияние сказывается на распространении когерентного излучения. Турбулентности тропосферы нарушают стабильность фазового фронта когерентного луча, что приводит к его расширению и отклонению и вызывает флуктуации амплитуды.
Флуктуации амплитуды сигнала подчиняются нормально-логарифмическому закону распределения. Флуктуации углов прихода пучка излучения характеризуются нормальным законом.
Получены некоторые данные, позволяющие судить о возможном расширении пучков излучения ОКГ. При измерениях на расстояниях 15 и 145 км наблюдалось увеличение расходимости пучка на 8" и 13" соответственно.
Вследствие этого не представляется возможным создать диаграммы направленности ИК антенн шириной менее одной угловой секунды.
Помехи в оптическом и инфракрасном диапазонах волн. Источник излучения, не являющийся целью, должен рассматриваться как излучение фона, мешающего работе оптической или ИК системы. Излучение фона проявляется как вредный шум, с которым следует бороться. Качественный вид спектральных характеристик излучения чистого неба днем 1 и ночью 2 представлен на рис.5.12.
Яркость неба зависит от атмосферного давления и зенитного угла, возрастая к горизонту. Облака создают неравномерность в излучении неба как днем, так и ночью, особенно на волнах короче 3 мкм. Наиболее серьезные помехи создают яркие края облаков, которые представляют собой ложные цели в ИК диапазоне.
Земля создает больший фон в ИК области спектра, чем чистое безоблачное небо, отражая коротковолновое излучение складывающееся с собственным тепловым излучение при больших длинах волн. Фон, создаваемый Землей, усложняет обнаружение наземных целей.
5.7. Электромагнитная безопасность
Рассмотрим важный вопросе который хотя и не связан непосредственно с распространением радиоволн, но приобрел в наши дни особое значение. Дело в том, что технологическое развитие общества сопровождается непрерывным возрастанием интенсивности электромагнитных полей искусственного происхождения, которые окружают человека на производстве и в быту. Как следствие, актуальной становится защита здоровья человека от вредного влияния мощных полей, длительно воздействующих на организм.
Упомянутая здесь проблема относится к компетенции радиационной биологии, которая среди прочего занимается комплексным изучением влияния электромагнитного поля на живое существо. Установлено, что наиболее опасными для человека оказываются ионизирующие излучения, энергия квантов которых достаточна для отрыва электронов от атома. Такими свойствами обладают ультрафиолетовая радиация и все другие более коротковолновые излучения, например электромагнитные волны рентгеновского диапазона.
Биологический эффект поглощенного ионизирующего излучения выражают в особых единицах — грэях (Гр). Одному грэю соответствует поглощение энергии в 1 Дж на 1 кг массы.
Важнейшее средство защиты человека — ограничение дозы поглощенного излучения. По нормам, принятым в США, для лиц, подвергающихся облучению на производстве, предельно допустимая годовая доза составляет 50 мГр. Индивидуальная доза для остального населения не должна превышать 50 мГр за 30 лет без учета естественного радиационного фона .
На радиочастотах энергия квантов (фотонов) недостаточна для ионизации атомов вещества. Падающее электромагнитное поле переводит атомы или молекулы в возбужденное состояние. Вслед за этим атомы или молекулы возвращаются в исходное состояние, излучая новые кванты той же самой частоты. В конечном итоге вся энергия радиоволн, поглощаемая организмом, переходит в теплоту. Этим часто пользуются в медицине для прогревания внутренних органов. Однако длительное воздействие на человека СВЧ-полей с плотностью потока мощности в несколько мВт/ приводит к болезненным явлениям, прежде всего к помутнению хрусталика глаза. Не исключается возможность генетических изменений в организме. Поэтому при эксплуатации соответствующего оборудования следует неукоснительно соблюдать научно обоснованные нормы радиочастотного облучения персонала [3].
5.8. Вопросы для самопроверки
1. Укажите основные особенности распространения сверхдлинных и длинных волн.
2. Каковы достоинства и недостатки радиосвязи на СДВ и ДВ ?
3. Каковы характеристики сферического волновода Земля-ионосфера ?
4. Укажите основные особенности распространения средних волн.
5. Как изменяются условия распространения СВ в течении суток ?
6. Какова природа замираний сигнала на СВ ?
7. Как определяется напряженность электрического поля в диапазоне СВ ?
8. Укажите основные особенности распространения коротких волн.
9. Исходя из какого условия выбирают максимально применимую частоту ?
10. От каких факторов зависит наименьшая применимая частота?
11. Что такое зона молчания ?
12. Каковы причины замираний КВ ?
13. Какое явление называется эффектом Кабанова ?
14. В каких районах земного шара связь на КВ затруднительна ?
15. В какое время суток можно работать на более высоких частотах в пределах коротковолнового диапазона ?
16. Укажите основные особенности распространения ультракоротких волн в приземном пространстве.
17. Укажите особенности распространения УКВ в пределах прямой видимости.
18. Каким образом влияют отражения от неровной земной поверхности на распространение УКВ ?
19. Укажите особенности распространения УКВ над пересеченной местностью и в городах.
20. В чем заключается явление, называемое усиление препятствием?
21. Укажите особенности распространения УКВ в пределах большого города.
22. Укажите особенности распространения УКВ на большие расстояния в условиях сверхрефракции.
23. Поясните процесс рассеяния УКВ на неоднородностях тропосферы.
24. К чему приводит рассеяние и отражение метровых волн в ионосфере?
25. Какие методы приема используются для борьбы с замираниями УКВ?
26. Укажите основные особенности распространения УКВ в космическом пространстве.
27. Приведите основные характеристики межпланетной среды.
28. Поясните особенности УКВ радиолиний Земля-космос: потери энергии; поворот плоскости поляризации; замирания.
29. Укажите основные особенности распространения волн оптического и ИК диапазонов.
30. В чем заключаются причины ослабления оптических и ИK волн в атмосфере?
31. Каковы особенности рефракции оптических и ИK волн?
32. Каково влияние атмосферы на распространение излучения оптических квантовых генераторов?
33. Что является источником помех в диапазонах оптических и ИK волн?
34. В чем заключается проблема электромагнитной безопасности?
ЛИТЕРАТУРА
1. Яманов Д.Н. Основы электродинамики и распространение радиоволн. Часть 1. Основы электродинамики: Тексты лекций. - М: МГТУ ГА, 2002. – 80 с.
2. Яманов Д.Н. Основы электродинамики и распространение радиоволн. Часть 2. Основы электродинамики. Тексты лекций.- М: МГТУ ГА, 2005. – 100 с.
3. Баскаков С.И. Электродинамика и распространение радиоволн: Учеб. пособие для вузов. – М: Высш. шк., 1992. – 416 с.
4. Никольский В.В., Никольская Т.Н. Электродинамика и распространение радиоволн: Учеб. пособие для вузов. – М: Наука., 1989. – 544 с.
5. Марков Г.Т., Петров Б.М., Грудинская Г.П. Электродинамика и распространение радиоволн: Учеб. пособие для вузов. – М: Сов. радио, 1979. – 376 с.
6. Грудинская Г.П. Распространение радиоволн: Учеб. пособие для вузов. – М: Высш. шк., 1975. – 280 с.
7. Справочник по теоретическим основам радиоэлектроники: Том 1./Под ред. Б.Х. Кривицкого, В.Н. Дулина. – М: 1977. – 504 с.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………….. 3
1. РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН В СВОБОДНОМ ПРОСТРАНСТВЕ …4
1.1. Формула идеальной радиопередачи ………………………………………. 7
1.2. Область пространства, существенная при распространении радиоволн. Метод зон Френеля …………………………………………………………. .10
1.3. Вопросы для самопроверки ……………………………………………….... 12
2. ВЛИЯНИЕ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ НА РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН ……………………………………………………………………..13
2.1. Поглощение радиоволн различными видами земной поверхности ……….13
2.2. Отражение плоских радиоволн на границе воздух – гладкая поверхность Земли ………………………………………………………….17
2.3. Отражение радиоволн от шероховатой поверхности …………………….19
2.4. Классификация случаев распространения земных радиоволн ……………22
2.5. Поле излучателя, поднятого над плоской земной поверхностью…………22
2.6. Поле излучателя, расположенного вблизи плоской земной
поверхности …………………………………………………………………..25
2.7. Дифракция радиоволн вокруг сферической земной поверхности ……….. 28
2.8 Вопросы для самопроверки ………………………………………………… 29
3. ТРОПОСФЕРА И ЕЕ ВЛИЯНИЕ НА РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН ..30
3.1. Состав и строение тропосферы …………………………………………….. 30
3.2. Диэлектрическая проницаемость и показатель
преломления тропосферы …………………………………………………... 31
3.3. Рефракция радиоволн в тропосфере ……………………………………….. 33
3.4. Поглощение радиоволн в тропосфере ……………………………………... 37
3.5. Вопросы для самопроверки ………………………………………………… 39
4. ИОНОСФЕРА И ЕЕ ВЛИЯНИЕ НА РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН …39
4.1. Ионизация и рекомбинация газа в ионосфере …………………………….. 39
4.2. Строение ионосферы ……………………………………………………….. 41
4.3. Диэлектрическая проницаемость и проводимость ионизированного
газа (плазмы)………………………………………………………………….. 44
4.4. Скорость распространения радиоволн в ионизированном газе (плазме) ...46
4.5. Поглощение радиоволн в ионизированном газе …………………………...47
4.6. Преломление и отражение радиоволн в ионосфере ………………………. 49
4.7. Влияние постоянного магнитного поля на электрические
параметры ионизированного газа…………………...……………………… 50
4.8 Вопросы для самопроверки ………………………………………………… 52
5. ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН РАЗЛИЧНЫХ ДИАПАЗОНОВ ………………………………………………………………….. 53
5.1. Особенности распространения сверхдлинных и длинных волн …………. 53
5.2. Особенности распространения средних волн …………………………….. 57
5.3. Особенности распространения коротких волн .……………………………58
5.4. Особенности распространения ультракоротких волн в приземном пространстве ………………………………………………………………… 62
5.5. Особенности распространения ультракоротких волн в космическом пространстве ………………………………………………………………… 71
5.6. Особенности распространения волн оптического и инфракрасного диапазонов …………………………………………………………………... 77
5.7. Электромагнитная безопасность …………………………………………... 83
5.8. Вопросы для самопроверки ………………………………………………... 84
ЛИТЕРАТУРА …………………………………………………………………… 86
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
