Антенны и распространение радиоволн презентация

Строение атмосферы Строение атмосферы Распространение поверхностных и пространственных радиоволн Помехи радиосвязи

Строение атмосферы Строение атмосферы Атмосферой называется газовая оболочка земли. Земная атмосфера, состоящая из воздуха и влаги, является основной средой, где распространяются радиоволны. Состав атмосферы неоднороден.

Атмосфера характеризуется такими характеристиками, как: Атмосфера характеризуется такими характеристиками, как: состав распределение температуры по высоте плотность (число молекул в единице объема). Вплоть до высоты порядка 60 км восходящие и нисходящие потоки воздуха настолько хорошо перемешивают атмосферу, что обеспечивают, постоянство ее состава. Тропосфера имеет наибольшую плотность, газы в ней равномерно распределены, воздух является хорошим диэлектриком. В ней сосредоточена почти вся влага атмосферы, что оказывает значительное влияние на распространение сантиметровых СМВ и миллиметровых ММВ волн (кислород интенсивно поглощает излучение с λ ≈ 0,5см, водяной пар с λ ≈ 1,35см). Для более длинных волн (больше 10см) тропосфера практически прозрачна. На высотах более 60км различие в массах составляющих атмосферу газов приводит к ее расслоению: в верхних слоях атмосферы воздух сильно разрежен и газы, входящие в состав атмосферы, располагаются слоями – более лёгкие над более тяжёлыми. Таким образом, атмосфера в своей верхней части разрежена, имеет слоистое строение и неоднородна по составу.

Температура атмосферы также изменяется с изменением высоты. Температура атмосферы также изменяется с изменением высоты. От земли и до верхней границы тропосферы температура убывает на 5-6°на каждый километр, так как здесь нагревание воздуха происходит за счет нагретой Солнцем Земли. Начиная с высот 25км и вплоть до высоты 50-60км, температура растет. Это объясняется тем, что в этой области имеется значительное количество озона, который интенсивно поглощает ультрафиолетовое излучение Солнца, что приводит к повышению температуры газа. Затем температура понижается вплоть до высот порядка 80км и после второго минимума температура плавно растет, достигая значений 2000-3000°К на высотах 500-600км. Здесь температура растет за счет непосредственного прогревания лучами Солнца.

В разряженной атмосфере под воздействием солнечной радиации и космических лучей молекулы кислорода и азота расщепляются на атомы. Кроме того, начиная с высот 60км, возникает ионизация: часть атомов распадается на свободные электроны и ионы. В разряженной атмосфере под воздействием солнечной радиации и космических лучей молекулы кислорода и азота расщепляются на атомы. Кроме того, начиная с высот 60км, возникает ионизация: часть атомов распадается на свободные электроны и ионы. Количество свободных электронов в единице объема принято характеризовать электронной плотностью. Электронная плотность атмосферы также изменяется с высотой. Taк, на высотах до 60 км электронов в атмосфере столь мало, что ими обычно пренебрегают, хотя молекул и атомов газа здесь достаточно. Это объясняется тем, что энергии Солнца недостаточно для ионизации. На высотах свыше 400км электронная плотность также мала, так как мало атомов и молекул газа (нечему ионизироваться), хотя энергия Солнца достаточна для ионизации. Содержание заряженных частиц в атмосфере определяется двумя процессами: ионизацией внешним излучением и рекомбинацией из-за соударений.

У поверхности земли ионизированных атомов и молекул почти нет, т.к. поток ионизирующего излучения очень мал из-за поглощения верхними слоями, а рекомбинация происходит немедленно. В верхних слоях поток ионизирующего излучения велик, а столкновения, приводящие к рекомбинации, относительно редки, поэтому практически все атомы в верхних слоях ионосферы ионизированы. У поверхности земли ионизированных атомов и молекул почти нет, т.к. поток ионизирующего излучения очень мал из-за поглощения верхними слоями, а рекомбинация происходит немедленно. В верхних слоях поток ионизирующего излучения велик, а столкновения, приводящие к рекомбинации, относительно редки, поэтому практически все атомы в верхних слоях ионосферы ионизированы. На высоте порядка 300-400км имеется основной механизм ионизации, выше и ниже которого электронная плотность убывает. Область ионосферы ниже основного максимума называют внутренней, а выше максимума внешней ионосферой. Наиболее изученной является внутренняя ионосфера. Здесь существует несколько неярко выраженных максимумов электронной плотности ионосферы, которые называют ионосферными слоями и обозначают символами D, E, F (F1, F2). Ионизированные слои воздуха оказывают сильное влияние на распространение радиоволн.

Ближе всего к поверхности земли на высоте около 60-90км расположен слой D. Это нерегулярное образование ионосферы существует только в дневные часы, когда велика интенсивность солнечного ионизирующего излучения. Ближе всего к поверхности земли на высоте около 60-90км расположен слой D. Это нерегулярное образование ионосферы существует только в дневные часы, когда велика интенсивность солнечного ионизирующего излучения. Этот слой почти не способен отражать радиоволны, он их только поглощает, и тем сильнее, чем длиннее волна.

Самый верхний слой, слой F, располагается на высотах около 140-400км. В летнее время (май-октябрь) днем он расщепляется на слои F1 и F2. Слой F1 расположен на высотах 140-250км и обусловлен ионизацией молекулярного азота, а слой F2 (250-400км) обусловлен ионизацией атмосферного кислорода. Самый верхний слой, слой F, располагается на высотах около 140-400км. В летнее время (май-октябрь) днем он расщепляется на слои F1 и F2. Слой F1 расположен на высотах 140-250км и обусловлен ионизацией молекулярного азота, а слой F2 (250-400км) обусловлен ионизацией атмосферного кислорода. Ночью слой F1 исчезает вследствие рекомбинации, а слой F2 сохраняется, хотя концентрация электронов в нем уменьшается. Слой F2 является основным отражающим слоем для коротких волн. ВЫВОД: Солнечные лучи, попадая в верхние слои атмосферы, создают незначительную ионизацию, т.к. газ очень разряжен. По мере проникновения лучей в более плотные слои атмосферы степень ионизации увеличивается. С приближением к земле энергия солнечных лучей падает и степень ионизации опять уменьшается. Т.о., ионосфера состоит из нескольких ионизированных слоев, плавно переходящих один в другой. Число ионизированных слоёв, их высота над землёй и степень ионизации зависят от времени суток и времени года, географической широты, плотности атмосферы, солнечной активности.

Скорость РРВ в ионосфере уменьшается по мере проникновения их из электрически менее плотной области в электрически более плотную. Это приводит к изменению направления РРВ и ее возвращению на поверхность земли. Скорость РРВ в ионосфере уменьшается по мере проникновения их из электрически менее плотной области в электрически более плотную. Это приводит к изменению направления РРВ и ее возвращению на поверхность земли.

Максимальная частота излучения, при которой волна, падающая вертикально на ионосферный слой, отразится от него и вернется на землю называется критической частотой fкрит. Максимальная частота излучения, при которой волна, падающая вертикально на ионосферный слой, отразится от него и вернется на землю называется критической частотой fкрит. Частоты выше критической данным слоем не отражаются. Минимальное расстояние между передатчиком и приемником (при заданных частотах сигнала и плотности ионизации), при котором имеет место отражение, называют расстоянием скачка или критическим расстоянием. Радиолуч, посланный наклонно, отражается ионосферой лучше. Касательные к горизонту лучи обеспечивают наибольшую дальность связи. Частота колебаний касательного луча, еще отражающегося от ионосферы, называется максимально применимой частотой (МПЧ). Она выше fкрит в 3-5 раз. Волны с частотами выше МПЧ, посланные с поверхности земли, уже ни при каких условиях не могут вернуться обратно на землю – недостаточно преломляясь в ионосфере, они уходят в космос.

Различного рода препятствия на трассе (неровности земной поверхности, строения и т. д.), закрывающие прямую видимость между работающими радиостанциями, вызывают дополнительное затухание радиоволн; однако, при правильном выборе мест развертывания радиостанций связь и в этих случаях может быть устойчивой. Это происходит благодаря дифракции радиоволн, под которой понимают способность радиоволн огибать встречающихся на пути их распространения препятствия, что зависит главным образом от длины волны и размеров препятствий. Чем короче радиоволна, тем меньше выражена ее способность огибать препятствия, и тем больше радиоволна отражается и поглощается. Различного рода препятствия на трассе (неровности земной поверхности, строения и т. д.), закрывающие прямую видимость между работающими радиостанциями, вызывают дополнительное затухание радиоволн; однако, при правильном выборе мест развертывания радиостанций связь и в этих случаях может быть устойчивой. Это происходит благодаря дифракции радиоволн, под которой понимают способность радиоволн огибать встречающихся на пути их распространения препятствия, что зависит главным образом от длины волны и размеров препятствий. Чем короче радиоволна, тем меньше выражена ее способность огибать препятствия, и тем больше радиоволна отражается и поглощается. Препятствия, находящиеся на расстоянии в 3-5 раз большем, чем их высота, оказывают значительно меньше влияния на дальность и надежность радиосвязи. Поэтому всегда следует стремиться располагать радиостанцию дальше от препятствия, чтобы обеспечить лучшую видимость на ее вершину. Sпр=(3-5) λ