Распространение радиоволн в ионосфере

Распространение радиоволн в ионосфере

Ионосферу образуют верхние слои земной атмосферы, в которой газы частично (до 1 %) ионизированы под влиянием ультрафиолетового, рентгеновского и корпускулярного солнечного излучения. Ионосфера электрически нейтральна, она содержит равное количество положительно и отрицательно заряженных частиц, т. е. является плазмой.

Достаточно большая ионизация, оказывающая влияние на распространение радиоволн, начинается на высоте 60 км (слой D).

В зависимости от частоты основную роль в распространении радиоволн играют те или другие виды собственных колебаний. Поэтому электрические свойства различны для разных участков радиодиапазона. При высоких частотах ионы не успевают следовать за изменениями поля, и в распространении радиоволн принимают участие только электроны. Вынужденные колебания свободных электронов ионосферы происходят в противофазе с действующей силой и вызывают поляризацию плазмы в сторону, противоположную электрическому полю волны Е.

Поглощение в ионосфере пропорционально v, так как чем больше столкновений, тем большая часть энергии, получаемой электроном, переходит в теплоту. Поэтому поглощение больше в нижних областях ионосферы (слой D), где выше плотность газа. С увеличением частоты поглощение уменьшается. Короткие волны испытывают слабое поглощение и могут распространяться на большие расстояния.

Поглощение радиоволн в тропосфере

Поглощение радиоволн в тропосфере

Поглощение радиоволн в тропосфере пренебрежимо мало для всех радиоволн вплоть до сантиметрового диапазона. Поглощение сантиметровых и более коротких волн резко увеличивается, когда частота колебаний совпадает с одной из собственных частот колебаний молекул атмосферных газов (резонансное поглощение).

Молекулы получают от приходящей волны энергию, которая превращается в теплоту и только частично передается вторичным волнам. Известен ряд линий резонансного поглощения в тропосфере: (поглощение в парах воды) и (поглощение в кислороде). Между резонансными линиями лежат области более слабого поглощения (окна прозрачности).

Ослабление радиоволн может быть также вызвано рассеянием на неоднородностях, возникающих при турбулентном движении воздушных масс. Рассеяние резко увеличивается, когда в воздухе присутствуют капельные неоднородности в виде дождя, снега, тумана. Почти изотропное рассеяние Рэлея на мелкомасштабных неоднородностях позволяет радиоволнам распространяться на расстояния, значительно превышающих прямую видимость. Таким образом, тропосфера существенно влияет на распространение УКВ.

Для декаметровых и более длинных волн тропосфера практически прозрачна, и на их распространение влияют земная поверхность И более высокие слои атмосферы (ионосфера).

Распространение радиоволн в тропосфере

Распространение радиоволн в тропосфере

Тропосфера — область, в которой температура воздуха обычно убывает с высотой h. Высота тропопаузы на земном шаре не одинакова: она больше над экватором, чем над полюсами, а в средних широтах, где существует система сильных западных ветров, меняется скачкообразно.

Тропосфера состоит из смеси газов и паров воды; ее проводимость для радиоволн пренебрежимо мала. Тропосфера обладает свойствами, близкими к вакууму, так что у поверхности Земли коэффициент преломления n = 1,0003 и фазовая скорость лишь немного меньше с.

С увеличением высоты плотность воздуха падает, поэтому n уменьшается, еще более приближаясь к 1. Это приводит к отклонению траекторий радиолучей к Земле. Такая нормальная тропосферная рефракция способствует распространение радиоволн за пределы прямой видимости, так как за счет рефракции волны могут огибать выпуклость Земли. Практически этот эффект может играть роль только для УКВ. Для более длинных волн преобладает отгибание выпуклости Земли за счет дифракции.

Метеорологические условия могут ослаблять или усиливать рефракцию по сравнению с нормальной, так как плотность воздуха зависит от давления, температуры и влажности. Обычно в тропосфере давление газов и температура с высотой уменьшаются, а парциальное давление водяного пара увеличивается. Однако при некоторых метеорологических условиях (например, при движении нагретого над сушей воздуха над морем) температура воздуха с высотой увеличивается (температурная инверсия). Особенно велики отклонения летом на высоте 2...3 км, когда часто образуются температурные инверсии и облачные слои. При этом преломление радиоволн в тропосфере может стать столь сильным, что вышедшая под небольшим углом к горизонту радиоволна на некоторой высоте изменит направление и вернется обратно к Земле. В пространстве, ограниченном снизу земной поверхностью, а сверху рефрагирующим слоем тропосферы, волна может распространяться на очень большие расстояния (волноводное распространение).

Влияние поверхности Земли на распространение радиоволн

Влияние поверхности Земли на распространение радиоволн

Оно зависит от относительного расположения передатчика и приемника. Распространение радиоволн — процесс, захватывающий большую область пространства, но наиболее существенную роль в распространении радиоволн играет область, ограниченная поверхностью, имеющей форму эллипсоида рассеяния, в фокусах которого на расстоянии r расположены передатчик и приемник.

Если высоты h1 и h2, на которых расположены антенны передатчика и приемника над поверхностью Земли, велики, то земная поверхность не влияет на распространение радиоволн. При понижении обеих или одной из конечных точек радиотрассы будет наблюдаться близкое к зеркальному отражение от поверхности Земли.

При этом радиоволна в точке приема определяется интерференцией прямой и отраженной волн. Интерференционные максимумы и минимумы обусловливают лепестковую структуру поля в зоне приема. Особенно характерна такая картина для метровых и более коротких радиоволн. Качество радиосвязи в этом случае определяется проводимостью о почвы.

Например, для горизонтально поляризованных волн оно меньше, чем для волн, поляризованных вертикально. Когда неровности не малы и не пологи, энергия радиоволны может рассеиваться (радиоволна от них отражается). Высокие горы и холмы образуют затененные области. Дифракция радиоволн на горных хребтах иногда приводит к усилению волны из-за интерференции прямых и отраженных волн: вершина горы служит естественным ретранслятором.

Фазовая скорость радиоволн, распространяющихся вдоль земной поверхности (земных волн) вблизи излучателя, зависит от ее электрических свойств. Однако на некотором расстоянии от излучателя. Если радиоволны распространяются над электрически неоднородной поверхностью, например сначала над сушей, а затем над морем, то при пересечении береговой линии резко изменяются амплитуда и направление распространения радиоволн (наблюдается береговая рефракция).

Распространение электромагнитных волн

Распространение электромагнитных волн

Знание условий распространения электромагнитного поля очень важно для определения опасных расстояний, на которых возможен несанкционированный доступ технических средств разведки к информации, содержащейся в перехватываемых сигналах.

Если возможно, пространство, в пределах которого существует опасность перехвата, контролируется, чтобы исключить присутствие технических средств разведки. В иных случаях приходится принимать другие меры для защиты информации, переносимой электромагнитными полями, информативными для разведки.

Условия распространения электромагнитных полей существенно зависят от частоты (длины волны). Распространение радиоволн существенно отличается от распространения ИК излучения, видимого света и более жестких излучений.

Скорость распространения радиоволн в свободном пространстве (в вакууме) равна скорости света. Полная энергия, переносимая радиоволной, остается постоянной, а плотность потока энергии убывает с увеличением расстояния r от источника обратно пропорционально r2. Распространение радиоволн в других средах происходит с фазовой скоростью, отличающейся от с, и сопровождается поглощением электромагнитной энергии.

Оба эффекта объясняются возбуждением колебаний электронов и ионов среды пор действием электрического поля волны. Если напряженность поля |Е| гармонической волны мала по сравнению с напряженностью поля, действующего на заряды в самой среде (например, на электрон в атоме), то колебания происходят также по гармоническому закону с частотой со пришедшей волны. Колеблющиеся электроны излучают вторичные радиоволны той же частоты, но с другими амплитудами и фазами.

В результате сложения вторичных волн с приходящей формируется результирующая волна с новой амплитудой и фазой. Сдвиг фаз между первичной и переизлученными волнами приводит к изменению фазовой скорости. Потери энергии при взаимодействии волны с атомами являются причиной поглощения радиоволн.

Амплитуда электрического (магнитного) поля волны убывает с расстоянием по закон:

Распространение электромагнитных волн

Собственное излучение электромагнитного поля

Собственное излучение электромагнитного поля

Для технических средств разведки информативно собственное излучение разведываемых объектов, если, конечно, это излучение доступно, т. е. если объекты имеют контраст с окружающим фоном.

Излучение объектов разведки может происходить по разным причинам, поэтому источники излучения подразделяются на три основные группы: тепловые, люминесцентные, смешанные. Для технических средств разведки наибольшее значение имеет тепловое излучение.

Известно, что все тела, температура которых превышает О °К, излучают энергию в виде электромагнитных волн. Спектр излучения таких тел является непрерывным и довольно широким. Такие тела способны также поглощать падающее на них внешнее электромагнитное излучение. При определенных условиях может устанавливаться равновесие между излучением и поглощением.

Поверхность макросистемы (тела) характеризуется двумя параметрами: излучательной способностью R (f,T) и поглощательной способностью A (f, Т). Величина R (f, Т) есть мера количества лучистой энергии, излучаемой за 1 с в единичном интервале частот и внутри единичного телесного угла единицей поверхности тела в направлении нормали к ней при абсолютной температуре Т и частоте f Следовательно, энергия, излучаемая за единицу времени внутри телесного угла и в интервале частот от f до f+ df под углом к нормали, будет удовлетворять уравнению:

Собственное излучение электромагнитного поля

Страница 5 из 7« Первая...34567
Яндекс.Метрика