2017-12-14
14429
При создании конкретных радиолиний, радиоэлектронных средств или радиолокационных станций разработчик имеет возможность задавать параметры как передающей, так и приемной их части, но никакому управлению (кроме специальных случаев) не поддается среда, в которой свободно распространяются радиоволны. Между тем ее физические свойства подвержены непрерывному, часто случайному изменению из-за естественных явлений в природе. Для объяснения и учета этих явлений, оказывающих влияние на распространение радиоволн, необходимо иметь достаточно полные данные о физических свойствах земной атмосферы, поверхности суши, моря, знать, как изменяется среда, где распространяются радиоволны, в течение суток, времени года, солнечной активности.
Замечено, что радиоволны различных диапазонов распространяются по-разному. Именно длина волны определяет особенности распространения энергии радиоволн. Поэтому приведем их классификацию по диапазонам частот (табл. 5.1).
По рекомендациям Международного консультативного комитета по радио (МККР) диапазоны электромагнитных волн в герцах определяются выражением (0,3 – 3) 10 N, где N– порядковый номер диапазона.
В 1992 году МККР (CCIR:- Comiteconsultatifinternationalpourlaradio) был преобразован в InternationalTelecommunicationUnion – RadiocommunicationSector (ITU-R): Сектор радиосвязи Международного Союза Электросвязи (МСЭ).
Принято относить к радиоволнам электромагнитные колебания, длина которых лежит в диапазоне от 10000 км до 0,1 мм, что соответствует частотам колебаний от 30Гц до 3000 ГГц (табл. 5.1). Вплотную к крайне высокой части радиодиапазона примыкают инфракрасный и оптический диапазоны, в которых работают тепловизоры, системы наведения, оптические квантовые генераторы и приемники, инфракрасные и оптические локационные системы, нашедшиеширокое применение в ВМФ.
Таблица 5.1 – Классификация диапазонов частот электромагнитных волн
| Номер диапазона | Диапазон частот | Наименование, частота | Диапазон волн (длинаволны) | Наименованиеволн | Используемые термины | Область применения |
| РАДИОВОЛНЫ | ||||||
| 0,03 … 30 кГц | ОНЧ (VLF) Очень низкиечастоты | 10000... 10 км | Мириаметровые | Сверхдлинные волны | Радиосвязь с подводными лодками в подводном положении, радионавигация. | |
| 30 … 300 кГц | НЧ (LF) Низкие частоты | 10 … 1 км | Километровые | Длинные волны | Радионавигация, передача сигналов точного времени кораблям и судам в море, различного вида оповещений, включая навигационные. | |
| 300 …3000 кГц | СЧ (MF) Средние частоты | 1000 – 100 м | Гектометровые | Средние волны | Радионавигация, радиосвязь с судами, радиовещание, передача прогнозов погоды, навигационных оповещений. | |
| 3 … 30 МГц | ВЧ (HF) Высокие частоты | 100 … 10 м | Декаметровые | Короткие волны | Радиосвязь, загоризонтная радиолокация. | |
| 30 … 300 МГц | ОВЧ (VHF) Очень высокие частоты | 10 … 1 м | Метровые | Ультракороткиеволны | Радиосвязь, телевидение, радионавигация. | |
| 300 …3000 МГц | УВЧ (UHF) Ультравысокие частоты | 100 … 10 см | Дециметровые волны | Ультракороткиеволны | Радиосвязь, радиолокация, телевидение, спутниковая, тропосферная радиосвязь, сотовые системы связи. | |
| 3 …30 ГГц | СВЧ (SHF) Сверхвысокиечастоты | 10 … 1 см | Сантиметровые волны | Ультракороткие волны | Радиолокация, спутниковая и радиорелейная связь, спутниковое телевидение, промышленный нагрев материалов, медицина. | |
| 30 … 300 ГГц | КВЧ (EHF) Крайне высокие частоты | 10 … 1 мм | Миллиметровые волны | Ультракороткиеволны | Радиосвязь за пределами атмосферы,радиолокация, радиорелейная связь. | |
| 300 … 3000 ГГц | ГВЧ (HHF)Гипервысокие частоты | 1 … 0, 1 мм | Децимиллиметровые волны | Перспективный диапазон. |
| ИЗЛУЧЕНИЯ | |||||
| 31012..3,8 1014 Гц | Инфракрасное излучение | 100 … 0.78 мкм | Тепловое излучение | Пассивная локация, устройства самонаведения, волоконно-оптические системы связи, лазеры, охранные системы. | |
| 3,8 1014…7,8 1014Гц | Оптическое излучение | 0,78 … 0,38 мкм | Видимый свет | Оптическая локация, лазерные гироскопы и дальномеры, космические и лазерные системы связи, промышленная резка металла, медицинские лазеры, лазерное оружие, др. | |
| 7,8 1014…3 1016 Гц | Ультрафиолетовое излучение | 0,38 … 0,01 мкм | Ультрафиолетовое излучениесолнца | Охранные системы, медицина. | |
| 3 1016… 3 1019Гц | Рентгеновское излучение | 0,01 мкм … 0,00001 мкм | Рентгеновское излучение солнца, радиоактивных материалов | Приборы дефектовки металлов, медицина, рентгеновские приборы и др. |
В основу деления радиоволн на указанные диапазоны положен десятичный принцип, учитывающий в то же время различия в способах их генерации, приема и особенности распространения волн каждого диапазона.
В оптическом диапазоне по мере уменьшения длины волны все в большей степени проявляется квантовый характер электромагнитного излучения и все меньше его волновые свойства. Поэтому при наименовании диапазонов обычно говорят о сантиметровых, миллиметровых волнах, но об инфракрасном и оптическом излучении.
Вспомним, чем же характеризуются радиоволны?
Такие характеристики радиоволны, как амплитуда, Н м, Е м, ее длина λ видны из рисунка 5.2.
Рисунок 5.2 – Вид электромагнитной волны в среде без потерь
в фиксированный момент времени
Длина волны связана с ее частотой простым соотношением
(5.1)
где с=3∙108 м/с – скорость распространения электромагнитных волн в свободном пространстве;
f– частота радиоволны, Гц.
Иначе, длина волны - это путь, проходимый волной за период ее колебания. Скорость распространения радиоволны зависит от свойств среды, в которой распространяется волна, т. е. ее диэлектрической Ɛ и магнитной µ проницаемостей:
| .(5.2) |
Если распространение волны происходит в среде с потерями, то амплитуда ее убывает по закону
.
где z – путь, пройденный волной в среде с потерями;
α –икоэффициент затухания волны в конкретной среде.
Уравнение волны для среды с потерями запишется
. (5.3)
где к = 2π / λ – волновое число.
Другие параметры волны, например, ее поляризация, постоянная распространения, фаза, фронт и луч волны были подробно рассмотрены в части 1 главы 3 данного пособия.
Говоря о свободно распространяющихся радиоволнах, отметим, что распределение поля в пространстве определяется только диаграммами направленности антенн, параметрами суши или моря и атмосферы Земли.
Рисунок 5.3 – Способы (механизмы) распространения радиоволн
В большинстве практических случаев передающий и приемный пункты радиолинии располагаются либо на Земле, либо близко от ее поверхности. Электромагнитные волны, излучаемые передающей антенной, приходят в приемный пункт разными путями, т. е. Земля и окружающая ее атмосфера существенно влияют на характер распространения радиоволн.
Приведем классификацию способов (механизмов) распространения радиоволн в окружающем пространстве.
Волны, распространяющиеся между передающим и приемным пунктами по прямолинейной траектории, называются прямыми, а распространяющиеся в непосредственной близости от поверхности Земли и частично огибающие выпуклость земного шара вследствие явления дифракции получили название поверхностных или земных волн.
Например, радиосвязь между космическими объектами, высоколетящими самолетами, радиолокационное наблюдение за целями осуществляются прямыми радиоволнами (рис. 5.3, а). Распространение электромагнитной энергии прямыми волнами характерно для радиоволн всех диапазонов.
Поверхностные волны также имеют место при распространении радиоволн всех диапазонов. Однако практическое значение поверхностные волны приобретают для длинноволновой части радиодиапазона (рис. 5.3, б).
Радиоволны, распространяющиеся на большие расстояния (несколько тысяч километров) и способные огибать земной шар в результате отражений от ионизированных слоев атмосферы и поверхности Земли, называются пространственными волнами
( рис. 5.3, в).
Кроме того, к приемному пункту радиолинии могут приходить радиоволны (в диапазоне дециметровых, метровых волн) с расстояний примерно 1 000 км за счет рассеяния в нижнем слое атмосферы, называемом тропосферой. Такие волны получили название тропосферных волн (рис.5.3, г).
