Лекция № 2 занятие №2. Особенности распространения радиоволн

План занятия:

1. Строение атмосферы

2. Распространение поверхностных радиоволн

3. Распространение пространственных радиоволн

4. Распространение радиоволн различных частотных диапазонов

1. Строение атмосферы.

Необходимость изучения строения атмосферы вызвана существенным её влиянием на условия распространения пространственных и поверхностных радиоволн, так как радиоволны, излучающиеся антенной, распространяются как вдоль земной поверхности, так и вверх под различными углами к поверхности.

Атмосфера Земли неоднородна. В ней различают:

тропосферу (до высоты 10-15 км);

стратосфер (от15-60км);

ионосферу (от 60 до 1000 км).

Над ионосферой находится космическое пространство.

Интерференция двух волн: Интерференция пространственных лучей и поверхностного луча в точке приема С.

а - сложение двух волн при сдвиге фаз;

б - сложение двух волн при сдвиге фаз;

в - интерференция пространственных волн

Тропосфера содержит около 79% массы атмосферы, состоит из азота, кислорода и водяных паров. Показатель преломления тропосферы больше единицы и с увеличением высоты уменьшается. Радиоволны преломляются в сторону среды с большим показателем преломления. Благодаря этому для КВ и УКВ диапазонов существует тропосферная рефракция и радиогоризонт находится дальше геометрического.

Стратосфера - обладает свойствами идеального диэлектрика с показателем преломления равным единице. Следовательно, влияние на направление распространения радиоволн не оказывает.

Ионосферой – называют ионизированную область верхних слоев атмосферы Земли. Ионизация молекул газов возникает главным образом под действием ультрафиолетового излучения Солнца, в результате чего образуются положительно заряженные ионы и свободные электроны. Кроме того, в процессе ионизации участвуют рентгеновские лучи излучаемые солнечной короной, и корпускулярные потоки Солнца.

Плотность ионизации (электронная плотность) определяется числом свободных электронов в единице объёма, и чем больше их в этом объеме - тем больше степень ионизации. Отдельные области ионосферы оказываются ионизированными неодинаково, причём районы с наибольшей ионизацией располагаются по высоте в виде отдельных слоев имеющих хотя и не резкие, но достаточно явственно обозначенные границы. Между этими слоями располагаются области с меньшей ионизацией.

Существование в ионосфере нескольких слоев ионизации, а также изменение степени их ионизации можно объяснить следующим образом.

Распространяясь от солнца, ионизирующие лучи встречают в первую очередь верхние сильно разряженные слои атмосферы и ионизируют их, отдавая им часть своей энергии. Плотность ионизации здесь получается небольшая ввиду малого количества атомов и молекул газов, приходящихся на единицу объёма. По мере продвижения лучей к земле плотность газов увеличивается, поэтому увеличивается и плотность ионизации, достигая на какой-то высоте максимального значения. При дальнейшем продвижении ионизирующих лучей к земле плотность газов ещё более увеличивается, но энергия лучей уже в значительной мере затрачена в более высоких слоях, вследствие чего их ионизирующая способность уменьшается ещё более. В областях, близких к земле, ионизирующие лучи, хотя и попадают в самые плотные слои атмосферы, но их энергия уже оказывается израсходованной настоль- ко, что создавать заметной плотности ионизации они не могут.

Характер распределения плотности атмосферы по высоте и постепенная трата энергии ионизирующих лучей солнца, по мере продвижения к земле, создают условия, при которых слои с наибольшей плотностью ионизации располагаются на какой-то высоте над поверхностью земли. Образование не одного, а нескольких слоев ионизации можно объяснить тем, что ионизирующие лучи имеют неодинаковую частоту, причем каждая частота (или полоса частот) создаёт свой слой максимальной ионизации, проходя через различные слои атмосферы, плотность и состав которых неодинаковы. Так как ионизация зависит, главным образом, от интенсивности солнечного излучения, то естественно, что плотность ионизации слоев и количество их зависят от времени суток и года. Слои имеют значительную толщину с наибольшей плотностью ионизации в центре.

В дневное время этих слоев четыре:

- слой D на высоте от 60 до 80 км;

-слой Е на высоте от 100 до 120 км;

-слой F₁ на высоте от 160 до 200 км;

-слой F₂ на высоте от 250 до 450 км.

Слой D имеет плотность, недостаточную для отражения, но проходящие через него радиоволны претерпевают большое затухание.

Слой Е ближайший к поверхности земли регулярно существующий слой с электронной концентрацией, достаточной для отражения радиоволн.

От слоя F₁ отражение наблюдается только днём летом.

Слой F₂, вследствие высокой концентрации электронов, наиболее важен с точки зрения распространения пространственных волн КВ диапазонов.

После захода Солнца прекращается ионизация атмосферы и начинается процесс рекомбинации электронов, который более бурно происходит в плотных слоях атмосферы. Этим объясняется очень быстрое исчезновение наиболее низкого слоя D.Также уменьшается и сливается со слоем F₂ слой F_1.

В ночные часы ионосфера состоит только из двух ионизированных областей: слоя Е пониженной электронной концентрации и слоя F₂, который в ночные часы обозначается символом F без индекса. Известно, что проводники отражают радиоволны. Ионизированный газ проводит электрический ток и, следовательно, также способен отражать радиоволны.