Радиотехника - Давыдов С.Л.
Скачать (прямая ссылка):
В реальных условиях распространение радиоволн происходит не в пустоте, а либо в воздухе, либо в земле, либо в воде, т. е. в средах, содержащих громадное количество молекул, атомов, заряженных частиц (ионов, электронов). Поэтому когда в той или иной среде появляется электромагнитное поле, то частицы, обладающие электрическими зарядами или магнитными свойствами, приходят в колебание с частотой поля волны. Частицы вещества получают дополнительное количество энергии, увеличивают свои скорости движения, увеличивается частота их
78
столкновения с другими частицами, что проявляется в повышении температуры вещества. Таким образом, часть электромагнитной энергии радиоволн расходуется, на нагревание окружающего воздуха (земли, воды), а поэтому сила поля постепенно убывает. Ослабление поля при поглощении энергии в среде увеличивается по.мере увеличения пути, проходимого волной. На-
Ет ГмнВ/и]
"Я
.01_1_! --,----- > ._ ' I ... 1-,
500 1000 . [2000 3000 4000
Удаление спутников от Земли, в км
Рис. 5.1. Изменение напряженности поля радиоволн, принимавшихся в Москве, при полете 1-го и 2-го советских искусственных спутников Земли (точками отмечены данные, относящиеся к 1-му спутнику, крестиками — ко 2-му спутнику)
пример, проникая все глубже в землю, волна становится слабее и на какой-то глубине будет такой слабой, что практически ее нельзя обнаружить.
Ослабление поля за счет поглощения увеличивается с повышением частоты радиоволн, так как число столкновений частиц среды в одну секунду при этом возрастает. Поглощение в среде также увеличивается по мере увеличения числа заряженных частиц, содержащихся в той или иной среде, т. е. по мере увеличения электрической проводимости среды.
Воздух для большинства применяемых в связи радиоволн практически не поглощает электромагнитной энергии. Поэтому для расчета напряженности поля радиоволн, распространяющихся в свободном пространстве, можно пользоваться приведенной выше формулой.
Применим эту формулу для расчета напряженности поля радиоволн, излучавшихся передатчиками 1-го и 2-го советских искусственных спутников Земли. Расчет произведем для передатчика частоты 20 Мгц и предположим,
79
что излучаемая мощность составляла приблизительно 0,5 вт. Тогда при удалении спутника на 1600 км - амплитуда' напряженности поля на Земле будет
Ет — ^ 5° ^ ~ 3,4 • 10~6 в/м, или 3,4 мкв/м.
Это достаточно большая величина напряженности поля, вполне достаточная для того, чтобы обеспечить уверенный прием сигналов современными радиоприемными устройствами. Для сравнения укажем, что такой сигнал создает передвижная радиостанция средней мощности на расстоянии нескольких десятков километров.
Для сопоставления рассчитанной величины напряженности поля с действительной на рис 5.1 показаны измеренные значения напряженности поля при наблюдениях за полетом 1-го и 2-го советских искусственных спутникоз Земли. Сплошной линией показана величина напряженности поля при различных удалениях спутников от Земли, рассчитанная по формуле. Все рассчитанные величины получились в два — три раза больше измеренных, в особенности на расстояниях больше 1000 км. Это объясняется тем, что в нашем расчете не учтено поглощение радиоволн верхними ионизированными слоями атмосферы, через которые должны были проходить радиоволны, посылаемые спутниками. Чтобы учесть влияние этих слоев, нужно познакомиться со строением атмосферы.
СТРОЕНИЕ АТМОСФЕРЫ
Атмосферой называется газообразная (воздушная) оболочка Земли, простирающаяся на высоту больше 1000 км. Атмосфера не имеет резко очерченной внешней границы. Следы воздуха встречаются даже на высоте нескольких тысяч километров.
В настоящее время атмосферу подразделяют на три основных сферы (или слоя): тропосферу, стратосферу и ионосферу. Верхняя граница тропосферы лежит на высоте 10—12 км (над экватором несколько выше). Стратосферой называется слой, лежащий над тропосферой и простирающийся до высоты 70—80 км. Выше стратосферы расположена ионосфера.
Тропосфера существенно влияет на дальность распространения ультракоротких радиоволн. Стратосфера практически влияет на распространение лишь сверхдлинных радиоволн. Наиболее всеобъемлющим оказывается влияние ионосферы.
Плотность газов (воздуха) в атмосфере быстро убывает с увеличением высоты и в ионосфере становится ничтожно малой по сравнению с плотностью у поверхности земли. Исследования, проведенные с помощью метеорологических ракет, показали, что плотность воздуха на высоте 100 км в миллион раз меньше, чем у поверхности Земли, а на высоте 200 км в 10 миллиардов раз меньше. При столь малой плотности атомы и молекулы газов находятся далеко друг от друга и сталкиваются между собой весьма редко.
Ионосфера отличается от тропосферы и стратосферы наличием большого числа свободных электрических зарядов — положительно и отрицательно заряженных атомов и молекул. Объясняется это тем, что солнечные излучения (световые и космические лучи), проникая в атмосферу, расходуют часть своей энер-
80
гии на отрывание электронов от атомов и молекул. Вследствие этого в атмосфере образуются отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные остатки атомов и молекул. Оторванные электроны могут соединяться с нейтральными молекулами и образовывать более тяжелые отрицательные частицы. Отрицательно и положительно заряженные частицы называются ионами («ион» в переводе на русский язык означает «блуждающий»), а процесс образования ионов из нейтральных атомов и молекул носит название ионизации.
