Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

текст лекций / 14. Распространение радиоволн, диапазоны испол. в АЭС

.docx
Скачиваний:
174
Добавлен:
14.12.2015
Размер:
407.76 Кб
Скачать

Как распространяются радиоволны

Характер распространения радиоволн в значительной степени зависит от частоты излучаемых . сигналов, подразделяемой на диапазоны(таблица)

Частота радиосигнала связана c Длинной волны (лам) соотношением

(4.1)

где c - скорость света, примерно равная 300 000 км/c.

Из формулы (4.1) следует:

На распространение радиоволн в зависимости от диапазона частот сильное влияние оказывают ионосфера, поверхность Земли и состояние Тропосферы. Ионосферой называются ионизированные слои атмосферы. И x возникновение обусловлено солнечной радиацией, под действием которой в разреженном газе появляются свободные электроны. В результате вокруг Земли на расстоянии 50...500 км появляются несколько сильно ионизированных слоев. Радиоволны в зависимости от их частоты могут пронизывать ионосферу, Отражаться от нее или поглощаться ею (рис. 4.1).

Для радиоволн c частотами выше 30... 40 МГц ионосфера практически «прозрачна»: радиоволны пронизывают ее и проникают в космическое пространство.

Для радиоволн c частотами 3 ... 30 МГц (диапазон коротких волн согласно табл. 4. l) ионосфера является своеобразным экраном, отражающим радиоизлучение. Уровень этого отражения имеет неустойчивый, переменчивый характер зависящий от года в 12-летнем цикле солнечной активности, сезона года, времени суток, частоты и угла прихода радиоволн.

Таблица 4.1

Диапазоны радиоволн

Частоты

Примеры использования

Название

Длина волны

Название

Диапазон

Общие

Авиация

Мириаметровый (МРМВ) (сверхдлинные волны)

100… 10 км

Очень низкие (ОНЧ)

3… 30 кГц

Дальняя радионавигация

Международные РТС дальней навигации «Омега»

Километровый (КМВ) (длинные волны)

10… 1 км

Низкие (НЧ)

30… 300 кГц

Радиовещание

Радиокомпасы АРК-15, АРК-22, АРК-85

Гектометровый (ГМВ) (средние волны)

1000… 100 м

Средние (СЧ)

0,3… 3 МГц

Радиовещание

Радиокомпасы АРК-15, АРК-22, АРК-85

Декаметровый (ДКМВ) (короткие волны)

100… 10 м

Высокие (ВЧ)

3… 30 МГц

Радиовещание, мобильная радиосвязь, любительская радиосвязь (диапазон 27 МГц)

Средства дальней радиосвязи, бортовые радиостанции «Ядро», «Микрон»

Метровый (МВ) (ультракороткие волны)

10… 1 м

Очень высокие (ОВЧ)

30…300 МГц

УКВ ЧМ вещание, телевизионное вещание, мобильная радиосвязь, самолетная радиосвязь

Средства воздушной радиосвязи, бортовые радиостанции «Баклан», «Бриз», «Орлан», «Ландыш», РТС посадки СП-75, СП-80, ILS, наземные автоматические радиопеленгаторы АРП-75, АРП-80, всенаправленные радиомаяки VOR, радиокомпасы АРК-У2, международная система поиска и спасения КОМПАС-САРСАТ

Дециметровый (ДМВ) (L-, S- диапазон)

1… 0,1 м

Ультравысокие (УВЧ)

0,3… 3 ГГц

Телевизионное, вещание, космическая радиосвязь и радионавигация, сотовая радиосвязь, радиолокация

РТС ближней навигации РСБН, самолетные радиодальномеры СД-67, СД-75, обзорные и диспетчерские РЛС УВД, вторичные РЛС УВД, спутниковые системы навигации, международная система поиска и спасения КОМПАСС-САРСАТ, бортовые системы предотвращения столкновений БПРС, радиовысотомеры

Сантиметровый (СМВ) (C-, X-, K- диапазон)

10… 1 см

Сверхвысокие (СВЧ)

3… 30 ГГц

Космическая радиосвязь, радиолокация, радионавиция, радиоастрономия

Бортовые РЛ, доплеровские измерители путевой скорости и угла сноса, ДИСС-013, обзорные РЛ УВД, посадочные РЛ, системы посадки сантиметрового диапазона

Миллиметровый (ММВ)

10… 1 мм

Крайне высокие (КВЧ)

30… 300 ГГц

Космическая радиосвязь, радиолокация, радиоастрономия

РЛ обзора летного поля

Примечание. Диапазоны радиоволн включают наименьшую длину волны и исключают наибольшую, диапазоны радиочастот включают наибольшую радиочастоту и исключают наименьшую.

Для количественной оценки данного явления вводится понятие предельной или критической, частоты радиосигналакр излученного вертикально вверх = 90), отраженного ионосферой и возвращающегося на землю (рис 4.2)

При частоте сигнала (кр) радиоволна отражается от ионосферы, при (кр) – пронизывает ее.

Рис. 4.1. Схема распространения радиоволн

В зависимости от года в цикле солнечной активности критическая частота изменяется в диапазоне 7... 13 МГц в дневное время и 3 ... 6 М Гц в ночное, причем более высокой солнечно активности соответствует большее значение частоты. C уменьшением по отношению к поверхности Земли угла излученного сигнала a (см. рис. 4.2) максимальная частота отраженного сигнала увеличивается. Соотношение между указанными параметрами примерно следующее:

(4.2)

Согласно выражению (4.2) чем меньше угол , тем выше частота . Так при = 10° значение = 3 и, следовательно, в зависимости от года в цикле солнечной активности максимально применяемая частота (МПЧ) в диапазоне коротких волн составляет 21...39 МГц в дневное время и 9 ... 18 МГц - в ночное.

Радиоволны c частотой менее 3 МГц поглощаются ионосферой, что приводит к заметному затуханию и ослаблению мощности сигнала. Чем ниже частота радиосигнала, тем больше поглощение, поэтому радиоволны от сверхдлинных до средних практически от ионосферы не отражаются, а затухают в ней.

Поверхность Земли также оказывает существенное влияние на распространение радиоволн. Величина затухания радиоволны, распространяющейся вдоль поверхности Земли, зависит от свойств суши и воды, a также от рельефа местности. Чем ниже частота радио-сигнала, тем меньше затухание поверхностной волны.

Дальность распространения поверхностной радиоволны определяется и такими факторами, как состояние тропосферы Земли в дождь и снег затухание увеличивается, дифракция, обусловливающая огибание препятствий, рефракция приводящая к искривлению луча, и тропосферное рассеяние.

Рис. 4.3. Распространение радиоволн диапазонов OHЧ (а), длинных волн (б), коротких волн (в), метровых волн и CBЧ (г)

В результате перечисленных явлений имеет место следующий характер распространения радиоволн в зависимости от их частоты.

Волны диапазона сверхдлинных волн, или очень низких частот (OHЧ), распространяются в пространстве между поверхностью Земли и ионосферой, внутри которого они могут даже обогнуть Землю (рис. 4.3, a). Кроме того, волны диапазона OHЧ проникают в толщу воды и могут использоваться для радиосвязи c погруженными в моря и океаны объектами.

B диапазоне длинных волн возрастает затухание радиосигнала, огибающего поверхность Земли. C повышением частоты дальность распространения поверхностных волн по сравнению c диапазоном OHЧ уменьшается, достигая все же в зависимости от мощности радиопередатчика 3000...5000 км (рис. 4.3, б)

В диапазоне средних волн радиосвязь также осуществляется поверхностными волнами, но их затухание из-за влияния поверхности Земли еще более возрастает. B зависимости от характера распространения электромагнитной волны в указанном диапазоне различают земной ЛУЧ (обычно распространяется на расстояние не более 200 км) и пространственный луч (1000 км и более).

В диапазоне коротких волн определяющее влияние на дальность радиоприема оказывает ионосфера, являющаяся для радиоволн своеобразным экраном. Даже при относительно небольшой мощности радиопередатчика (в пределах 1 кВт) за счет двух- или трех-кратного отражения волны дальность радиоприема может достигать 10 000 км и более (рис. 4.3, в). Характерной особенностью работы в данном диапазоне частот является так называемое замирание сигнала, связанное c изменением условий отражения сигнала от ионосферы в зависимости от времени суток, сезона года, солнечной активности и других факторов (см. выше). Поэтому радиосвязь в этом диапазоне может носить неустойчивый характер.

B диапазоне метровых волн возможна только радиосвязь прямым лучом, т. e. когда между приемной и передающей антеннами можно провести прямую линию (рис. 4.3, г).

B нижней части метрового диапазона (частоты 30 ... 60 МГц) за счет явлений дифракции и рефракции, приводящих к искривлению луча и распространению поверхностной волны, огибающей Землю, возможна радиосвязь и за пределами прямой видимости. Благодаря дальнему тропосферному распространению радиоволн удается даже удлинить трассу радиоприема до 3000 ... 4000 км. Такая радиосвязь называется загоризонтной.

Диапазон сверхвысоких частот (СВЧ) объединяет все диапазоны частот выше 300 МГц. Здесь радиосвязь возможна только прямым лучом (см. рис. 4.3, г). Как было сказано ранее, ионосфера практически не оказывает заметного влияния на радиоволны в этом диапазоне. Все космические линии радиосвязи за пределами атмосферы Земли используют только диапазон СВЧ. Развитие радиотехники прямым образом связано c освоением все более высоких диапазонов частот.

Важным Классификационным признаком авиационного радиооборудования является частотный диапазон, в котором оно функционирует .Принятое в настоящее время деление всей частотной области, используемой в РТС связи, посадки, навигации и УВД, на диапазоны приведено в табл. Из таблицы видно, что подавляющее большинство РТС связи, навигации, посадки и УВД работают в диапазонах MB, ДМВ, СМВ. Эти диапазоны предполагается использовать также и во всех перспективных РТС, таких, как спутниковые системы навигации, сантиметровые системы посадки и др. Предпочтение, отдаваемое этим диапазоном, объясняется следующими причинами.

1. По мере укорочения длины волны возрастает емкость соответствующих диапазонов, т. e. при прочих равных условиях в них можно разместить большее число радиоканалов. Это положение можно подтвердить сравнительной оценкой емкостей диапазонов CB и СМВ. Предполагая, что для формирования одного канала требуется полоса частот, равная 25 кГц, нетрудно подсчитать, что в диапазоне СМB размещается 1,08*106 каналов, в то время как в диапазоне СВ укладывается всего лишь 1,08*103 таких каналов. Таким образом, емкость диапазона СMB превосходит емкость диапазона CB в 103 раз.

2. B диапазонах МВ, ДМВ и CMB уровень радиопомех ниже, чем более длинноволновых диапазонах. Это позволяет достичь высокой надежности функционирования РТС и необходимого превышения сигналов над помехами при меньшей мощности радиопередающих устройств, т.е. при меньших энергозатратах.

3. На более коротких волнах облегчается задача создания остронаправленных антенн: чем короче волна, тем уже диаграмма направленности антенны (ДНА) одного и того же размера.

4. При укорочении длинны волны обеспечиваются более высокие точность дальномерных и угломерных измерений и достоверность передачи данных.