Распространении электромагнитных

Разбивка радиоволн на диапазоны производится с учетом особенностей получения и условий их распространения над земной поверхностью. На распространение радиоволн оказывают влияние как поверхность Земли, так и ионосфера — верхний слой атмосферы, ионизирующийся под действием солнечной радиации и других факторов. В ионосфере радиоволны преломляются и могут вследствие этого возвращаться к Земле. Однако преломление получается тем меньше, чем больше частота. В частности, метровые и более короткие волны преломляются в ионосфере настолько слабо, что не возвращаются на Землю и уходят в космическое пространство. Эти волны плохо огибают земную поверхность, поэтому и связь на столь коротких волнах возможна только в пределах прямой видимости (если в атмосфере не возникают специфические неоднородности, приводящие к искривлению траектории таких волн). Разбивка радио-

Если в электросвязи электромагнитные волны передаются вдоль направляющих проводных линий, то в радиосвязи электромагнитные волны излучаются в окружающее пространство с помощью антенных систем и распространяются в нем. Излученные электромагнитные волны (радиоволны) полностью утрачивают связь с антенной. Распространение радиоволн определяется электрофизическими свойствами земной атмосферы и земной коры. При распространении радиоволн вдоль Земли вследствие ее конечной проводимости наблюдается поглощение энергии и поверхностные радиоволны постепенно затухают. Радиоволны могут отражаться от земной поверхности и неоднородностей атмосферы.

Ионосфера простирается от 70—80 км до нескольких тысяч километров, однако на распространение радиоволн сказывается лишь область, ограниченная 1000—2000 км. В ионосфере значительная часть разреженного газа находится в ионизированном состоянии, образуя плазму. Наибольшую плотность ионизации (наибольшее количество свободных электронов в единице объема) имеет слой F%, располагающийся на высоте 300—500 км. Плотность ионизации слоя F% относительно постоянна и сравнительно мало зависит от времени суток. Слой Flt образующийся на высоте около 200 км, в дневное время (в весенне-летние месяцы) имеет меньшую плотность ионизации. Ниже слоя Ft на высоте 100—130 км располагается слой ?, плотность ионизации которого достаточно велика, и ее значение мало зависит от времени суток.

Слоистое строение ионосферы приводит к тому, что радиоволны в ней распространяются очень сложным образом и сопровождаются поглощением, преломлением и отражением радиоволн от границ раздела отдельных слоев и от различных неоднородностей в них, В то же время распространение радиоволн в тропосфере и неионизированной части стратосферы при отсутствии неоднородностей и малой концентрации посторонних частиц (пыли, капель воды, кристалликов льда и т. д.) происходит практически прямолинейно и с малым затуханием.

Распространение радиоволн. Радиоволны характеризуются своей длиной или частотой колебаний.

На распространение радиоволн существенно влияет длина волны и состояние (ионизация) слоев атмосферы. Нижние слои атмосферы до высоты 10—12 км называются тропосферой. Здесь происходят нее метеорологические явления: образование туч, ветра, осадков. Самые высокие слои атмосферы называются ионосферой: в ней различаются четыре слоя: D (60—80 км), Е (90—130 км), F\ (180—220 км) и F2 (220—500 км). Эти слои характеризуются различной степенью ионизации — электронной концентрацией. Ионизируются разреженные слои газа ионосферы под воздействием ультрафиолетовых лучей солнца, космических излучений, в зависимости от времени суток и года. Ночью, например, слои D и F\ практически исчезают. Ионизированные слои атмосферы обладают электропроводностью и отражают радиоволны. Рассмотрим особенности распространения радиоволн различных диапазонов.

13. Никольский В. В. Электродинамика и распространение радиоволн — Наука, 1973.

и распространение радиоволн

§ 35. Строение атмосферы и распространение радиоволн

Распространение радиоволн сопровождается такими общими для всех них явлениями, как отражение, рассеяние, поглощение, преломление, дифракция и интерференция.

Глава 4. Антенны и распространение радиоволн........ 72

в) электрическое магнитное поле в машине рассматривается как квазистационарное, не учитывается запаздывание в распространении электромагнитных волн, бесконечно малы токи смещения;

В настоящее время наибольшее применение находит электросвязь, осуществляемая с помощью проводных и кабельных линий, и радиосвязь, основанная на распространении электромагнитных волн в земной атмосфере.

Опыты Г. Р. Герца (1886—1889 гг.), работы П. Н. Лебедева (1895 г.), изобретение радио А. С. Поповым (1895 г.) и работы ряда зарубежных ученых подтверждают экспериментально выводы теории о распространении электромагнитных волн.

и магнитных явлений. Опыты Г. Р. Герца (1886 — 1889 гг.), работы П. Н. Лебедева (1895 г.), изобретение радио А. С. Поповым (1895 г.) и работы ряда зарубежных ученых подтверждают экспериментально выводы теории о распространении электромагнитных волн.

Далеко не всегда при анализе электромагнитных явлений могут быть введены и использованы самые понятия об электрической и магнитной цепях, хотя бы даже для получения приближенного решения. Существует много важных практических случаев, когда эти понятия теряют свой смысл и когда анализ электромагнитных явлений может быть произведен только путем детального изучения электромагнитного поля. В качестве одного из важнейших примеров можно указать на вопрос об излучении и распространении электромагнитных волн.

При детальном анализе условий распространения электромагнитных волн вдоль трубы, который мы произведем в следующем параграфе, выясняется одна интересная и важная особенность, а именно: вдоль трубы возможно распространение только коротких волн, для которых длина волны в свободном пространстве одного порядка или меньше поперечных размеров полости трубы. В связи с этим такие трубы получили применение в радиотехнических устройствах ультракоротких волн для передачи электромагнитной энергии от генератора электромагнитных колебаний к излучающему устройству и получили название волноводов. Длина волноводов обычно невелика, и, следовательно, потери энергии в их стенках, вызванные конечной удельной проводимостью материала стенок, незначительны. Поэтому при исследовании вопроса о распространении электромагнитных волн в волноводах мы предположим, что удельная проводимость материала стенок бесконечно велика, не допуская при этом существенных отклонений от практических условий.

Обычно резкое проявление поверхностного эффекта имеет место при высоких частотах, например, при распространении электромагнитных волн в волноводах. Зная распределение Htm по внутренней поверхности волновода, нетрудно, пользуясь последней формулой, вычислить мощность, теряемую в стенках волновода.

Опыты Г. Герца (1887—1889 гг.), работы П. Н. Лебедева (1895 г.) и изобретение радио А. С. Поповым (1895 г.) экспериментально подтверждают выводы теории о распространении электромагнитных волн.

При детальном анализе условий распространения электромагнитных волн вдоль трубы, который произведем в следующем параграфе, выясняется одна интересная и важная особенность, а именно: вдоль трубы возможно распространение только коротких волн, для которых длина волны в свободном пространстве одного порядка с поперечными размерами полости трубы или меньше их. В связи с этим такие трубы получили применение в радиотехнических устройствах ультракоротких волн для передачи электромагнитной энергии от генератора электромагнитных колебаний к излучающему устройству и получили название волноводов. Длина волноводов обычно невелика, и, следовательно, потери энергии в их стенках, вызванные конечной удельной проводимостью материала стенок, незначительны. Поэтому при исследовании вопроса о распространении электромагнитных волн в волноводах предположим, что удельная проводимость

нии) и электрического поля (сплошные линии) для простейшего случая — «электрической» волны в цилиндрическом волноводе. Этот случай интересен тем, что картина поля в нем имеет много общего с картиной поля при распространении электромагнитных волн вдоль концентрического кабеля. В отличие от кабеля в волноводе отсутствует внутренний провод и роль токов проводимости во внутреннем металлическом проводе кабеля в волноводе играет ток смещения.

Обычно резкое проявление поверхностного эффекта имеет место при высоких частотах, например при распространении электромагнитных волн в волноводах. Зная распределение Нм по внутренней поверхности волновода, нетрудно, пользуясь последней формулой, вычислить мощность, теряемую в стенках волновода,