шедших различные пути и поэтому имею щих разные фазы. Например, в месте приема часто интерферируют волны, одна из которых претерпевает на пути до точки приема однократное, а вторая - двукратное отражение от ионосферы (рис. 6-19). Результирующее поле в месте приема при отсутствии сдвига фаз в этом случае почти удваивается. При сдвиге фаз на 180° наступает замирание.

Прием пространственных волн на коротких волнах характеризуется наличием зоны молчания, которая возникает потому, что на

1/]оносферй

Рис. 6-20. Образование зоны молчания на коротких волнах.

некотором расстоянии от передатчика поверхностная волна становится малоощути-мои, а первая отраженная от ионосферы волна возвращается на сравнительно большом удалении от передатчика (рис. 6-20).

Важным обстоятельством, влияющим на характеристики радиоволн, проникающих в ионосферу, является то, что ионизированный газ находится в постоянном магнитном поле Земли (средняя напряженность около 40 а/м). Влияние магнитного поля проявляется, например, в том, что под действием электрического поля радиоволны электроны совершают не прямолинейные колебательные движения, а перемещаются по сложным траекториям. Можно считать, что в отсутствие поля радиоволны электроны под действием магнитного поля Земли движутся по некоторой окружности, навивающейся на магнитные силовые линии поля Земли. Явление вращательного движения электронов в постоянном магнитном поле называется гиромагнитным резонансом. Частота гиромагнитного резонанса называется гироскопической частотой, которая для постоянного магнитного поля Земли /м 1,4 Мгц.

Действие радиоволны на колебания электронов накладывается на действие магнитного поля Земли, и их траектория имеет достаточно сложную форму, сохраняя элементы вращательного движения. В этом случае при расцространении плоской радиоволны обычно возникают поперечные и продольные составляющие электрического поля волны, приводящие к повороту плоскости поляризации и к двойному лзепрелом-лению. Следует ожидать, что радиоволны с частотой порядка 1,4 Мгц будут испыты-

вать повышенное поглощение в ионосфере, возникающее вследствие совпадения частот поля радиоволны и колебаний электронов.

Ионизированный газ при наличии постоянного магнитного поля имеет свойства анизотропной среды, т. е. условия распространения радиоволн в различных направлениях неодинаковы. .

В формальном отношении это проявляется в наличии у диэлектрической проницаемости (коэффициента преломления) двух знаков. Как показано в [Л. 12], квадрат коэффициента преломления ионизированного газа представляется формулой

1(2) = 1

.2 2

(О о;

2 2

(О аз,

2{сй2 <

прод

где (UQ = Neysotn ~ квадрат плазменной частоты ионизированного газа (е и m - заряд и масса электрона соответственно); Wnon = [1оеЯпоп/т - поперечная гироскопическая частота (Япоп- напряженность поперечной составляющей магнитного поля); Опрод = 11сеЯпрод/т - продольная гироскопическая частота

(Япрод - напряженность продольной составляющей магнитного поля). Два знака для коэффициента преломления указывают на двойное лучепреломление радиоволн в ионосфере. Индекс 1 в формуле (6-19) относится к необыкновенному лучу, а индекс 2 - к обыкновенному лучу.

Линейно-поляризованная волна, падая на поверхность раздела магнитоактивной среды, какой является ионосфера, расщепляется на две эллиптически поляризованные волны с разными показателями поглощения и фазовыми скоростями.

В случае поперечного магнитного поля обыкновенный луч (с составляющей вектора электрического поля, направленной вдоль вектора напряженности магнитного поля земли Но) не испытывает влияния магнитного поля. Необыкновенный луч оказывается эллиптически поляризованным и при этом имеет компоненту вдоль направления распространения радиоволн.

В случае продольного магнитного поля обыкнюенньЛ и необыкновенный лучи поляризованы по кругу с левым и правым вращением, если смотреть в направлении распространения радиоволн. Результирующее поле при этом оказывается линейно-поляризованным, причем плоскость

поляризации при распространении радиоволны вращается (явление Фараде я).

При произвольной ориентировке направления распространения радиоволн относительно направления постоянного магнитного поля Земли линейно-поляризованная волна в ионосфере расщепляется на две эллиптически поляризованные волны, распространяющиеся с различными скоростями (jJi=c/ i и i2=c/rt2). Большие оси эллипсов поляризации этих волн повернуты на 90° одна относительно другой, и направления вращения результирующих векторов электрического поля противоположны (право- и левополяризованные волны).

6-4. ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ УЛЬТРАКОРОТКИХ ВОЛН

Тропосферное распространение УКВ

В основном распространение в УКВ диапазоне происходит тропосферными волнами. На волнах длиннее 4-5 м существенное значение имеют также пространственные волны.

гор:

Дальность прямой, видимоагш

Зешая поверхност

Рис. 6-21. Дальность прямой видимости без учета и с учетом рефракции радиоволн.

В связи с большими потерями энергии в почве и малой длиной волны при не очень больших мощностях передатчиков дифракция на УКВ выражена слабо. Значительно более сильно при приеме УКВ за пределами прямой видимости сказываются рефракция и рассеяние радиоволн в тропосфере.

Во многих случаях при стремлении получить линии устойчивой радиосвязи на УКВ с помощью передатчиков небольшой мощности (от нескольких ватт до нескольких десятков ватт) и приемников невысокой чувствительности (порядка 1 мв) интересуются расстояниями Ггор (кл*) для линии радиосвязи, лежащей в пределах прямой видимости между передающей и приемной антеннами (рис. 6-21). Это расстояние можно вычислить:

ггор = 3.57 (/ аГ-Ь!). (6-20)

где Al и Аг- высота расположения передающей и приемной антенн, м.

В некоторых случаях возможная дальность радиосвязи выбирается с учетом нор-

мальной рефракции атмосферы:

рефр= 4,12(/-}-Ка7). (6-21)

При расчетах напряженности электрического поля на радиолиниях небольшой протяженности (г<Лгор), когда выполняется условие AiA2<rV18, хорошие результаты дает применение квадратичной формулы Б. А. Введенского

2,18]/Р2 G АхАг 71

(6-22)

где Ед - действующее значение напряженности электрического поля, мв/м; г - расстояние, км; Al и As - высота антенн, м;

- мощность передатчика, кет;

G-коэффициент усиления передаю--щей антенны. Пример, Определить напряженность поля на расстоянии 10 км от передатчика, если Pjy=25 вт; G=20; К=1 м; Ai=25 м; А2=10 м.

Решение. Проверяем возможность применения формулы Б. А. Введенского к условиям примера:

AiA, = 250 л( ; = 555.

18 18

т. е. формулой пользоваться можно.

Подставляя зеличины в формулу, получаем:

2,18Ко.025-20-25-10 10 -1

= 3,8мв/м.

Напряженность поля не слишком далеко за пределами прямой видимости (г< <(1,5н-2) Ггор) можно приближенно найти по дифракционной формуле

4.25]/PsCW г. з

/. (6-23)

где / - рабочая частота, Мец;

3 - показатель степени затухания поля за горизонтом, определяемый по графику на рис 6-22.

ГйОй

I 60 I 0

г 1 6 8 10 п

Рис. 6-22. График показателя степени затухания поля за горизонтом.

Размерность единиц в формуле (6-23) совпадает с размерностью единиц формулы (6-22).

Пример. Найти напряженность поля на расстоянии г-40 км от передатчика при прочих условиях предыдущего примера.

Решение. Дальность прямой видимости

= 3,57(l/25-f Кю) и QS.lKM.

Поскольку л>Ггор, то можно при расчете применить формулу (6-23). Учтя, что

100 200 300 100 500 600 700 км

Рис. 6-23. Зависимость множителя ослабления Р от расстояния.

/ - по дифракционной теории; 2 - при дальнем

тропосферном распространении; f f;=I01g--.дб

сп

{S - экспериментальное среднее значение плотности потока энергии при рассеянии радиоволн; плотность потока энергии радиоволн в свободном пространстве).

длине ВОЛНЫ 1 м соответствует /=300 Мгц и найдя по графику на рис. 6-22 величину Па~6, получаем:

4,25l/25-10-3.20-25-I0.29,l*

= ХЗмкв/м.

Чтобы.принять такой слабый сигнал, необходимо иметь высокочувствительный приемник и направленную антенну.

Однако во многих случаях на расстояниях от передатчика, в несколько десятков раз превышающих дальность прямой видимости, систематически наблюдаются поля, напряженность которых значительно превосходит значения, получаемые в результате расчетов по дифракционным формулам (рис. 6-23).

Обычно прием сигналов УКВ на очень больших расстояниях обусловливается рассеянием радиоволн в нижних слоях тропосферы. В случае несильнонаправленных антенн, одинаковых на передающей и приемной сторонах, при условии, что ширина характеристики направленности антенн е°> >0,044° г, напряженность поля далеко за пределами прямой видимости ориентировочно можно определить по формуле рассеянного поля :

(6-24)

Пример. Определить напряженность поля на расстоянии 400 км от передатчика, если Pjj =1 кет, G = 13.

Решение. Антенна, обладающая коэффициентом усиления G=13, имеет ширину характеристЬки направленности 6 40°. Условие применимости формулы (40°>0,044°. 400=18°) соблюдается.

Подставляя данные примера в формулу (6-24), получаем:

4003/2

1,4мкв/м.

Следует отметить, что максимальное расстояние возможного приема волн, рассеянных в тропосфере в УКВ диапазоне, может достигать 700-800 км и более, иногда до 1 ООО км. Для радиосвязи на такие расстояния требуются передатчики большой мощности (до 1 кет и более) и высокочувствительные приемники.

Если известен множитель ослабления F по напряженности поля, связанный с величиной Рдб (рис. 6-23) соотношением F-

=10 Дб то мощность на входе приемного устройства определяется по формуле

Ps Спо 0

где Gnp и Gjj - коэффициенты усиления приемной и передающей антенн соответственно.

Множитель ослабления зависит от длины волны, времени года (он больше для зимних, чем для летних месяцев) и т. д. На

-во -юо

-.20

гоо 300 т . soa т кк

Рис. 6-24. Зависимость медианных значений множителя ослабления от рассеяния (в зимние ме сяцы).

рнс. 6-24 представлен график изменения медианных значений множителя ослабления *, полученных из условия 50%-ной вероятно-

* По определению для случайной величины (в данном случае случайной величиной является действующее значение напряженности электрического поля) с непрерывной функцией распределения f(x) медианное значение определяется как корень уравнения f(x)=0,5. Другими словами, случайная величина с вероятностью 50% принимает значения, как больше медианного, так и меньше его.