Enzyklopädie der Schule. Funkwellenausbreitung Merkmale der Funkwellenausbreitung
Funk ist eine der Arten der drahtlosen Kommunikation, bei der der Träger des Signals eine Funkwelle ist, die sich weit über eine Entfernung ausbreitet. Es gibt die Meinung, dass es unmöglich ist, Funksignale unter Wasser zu übertragen. Versuchen wir es herauszufinden warum es unmöglich ist, eine Funkkommunikation zwischen U-Booten durchzuführen, und ist es wirklich so.
So funktioniert die Funkkommunikation zwischen U-Booten:
Die Ausbreitung von Funkwellen erfolgt nach folgendem Prinzip: Wer ein Signal mit einer bestimmten Frequenz und Leistung sendet, setzt die Funkwelle. Danach wird das gesendete Signal zu einer hochfrequenten Schwingung moduliert. Das aufgenommene modulierte Signal wird von einer speziellen Antenne in bestimmten Abständen abgestrahlt. Wenn ein Funkwellensignal empfangen wird, wird ein moduliertes Signal zur Antenne geleitet, das zuerst gefiltert und demoduliert wird. Und nur dann können wir das Signal empfangen, mit einem gewissen Unterschied zum ursprünglich gesendeten Signal.
Funkwellen mit der niedrigsten Reichweite (VLF, VLF, 3-30 kHz) können problemlos bis zu 20 Meter tief ins Meerwasser eindringen.
So könnte beispielsweise ein U-Boot, das nicht zu tief unter Wasser ist, diese Reichweite nutzen, um die Kommunikation mit der Besatzung aufzubauen und aufrechtzuerhalten. Und wenn wir ein U-Boot nehmen, das sich jedoch viel tiefer unter Wasser befindet und ein langes Kabel hat, an dem eine Boje mit einer Antenne befestigt ist, kann es auch diese Reichweite nutzen. Aufgrund der Tatsache, dass die Boje in mehreren Metern Tiefe installiert ist und sogar eine geringe Größe hat, ist es sehr problematisch, sie mit dem Sonar von Feinden zu finden. "Goliath" ist einer der ersten VLF-Sender, der während des Zweiten Weltkriegs (1943) in Deutschland gebaut, nach Kriegsende in die UdSSR transportiert und 1949-1952 in der Region Nischni Nowgorod wiederbelebt wurde und wird dort bis heute verwendet.
Luftbild des ELF-Senders (Clam Lake, Wisconsin, 1982)
Radiowellen mit der niedrigsten Frequenz (ELF, ELF, bis zu 3 kHz) dringen leicht in die Erdkruste und in die Meere ein. Die Erstellung eines ELF-Senders ist aufgrund der enormen Wellenlänge von ,4 km eine äußerst schwierige Aufgabe. Ihre Wellen entsprechen dem Radius der Erde. Von hier aus sehen wir, dass der Bau einer Dipolantenne bei halber Wellenlänge (Länge 2000 km) derzeit ein unerreichbares Ziel ist.
Alles, was oben gesagt wurde, zusammenfassend, müssen wir einen solchen Teil der Erdoberfläche finden, der sich durch eine relativ niedrige Leitfähigkeit auszeichnet, und daran 2 riesige Elektroden anbringen, die sich in einer Entfernung von jeweils 60 Kilometern befinden Sonstiges.
Da wir die spezifische Leitfähigkeit der Erde in Bezug auf die Elektroden kennen, ist diese zufriedenstellend auf niedrigem Niveau, somit würde der elektrische Strom zwischen den Elektroden grundsätzlich tief in die Tiefen unseres Planeten eindringen und sie als Element eines Riesen nutzen Antenne. Es sei darauf hingewiesen, dass die ungewöhnlich hohen technischen Schwierigkeiten einer solchen Antenne hauptsächlich darin begründet waren, dass nur die UdSSR und die USA über ELF-Sender verfügten.
Radiowellen und ihre Ausbreitung sind ein unbestreitbares Geheimnis für aufstrebende Ätherwellen. Hier können Sie sich mit den Grundlagen der Theorie der Funkwellenausbreitung vertraut machen. Dieser Artikel ist dazu gedacht, sowohl Anfänger als auch diejenigen, die sich damit auskennen, vertraut zu machen.
Die wichtigste Einführung, die oft vergessen wird, bevor die Theorie der Radiowellenausbreitung eingeführt wird, ist, dass sich Radiowellen aufgrund der Reflexion von der Ionosphäre und von der Erde um unseren Planeten ausbreiten, wenn ein Lichtstrahl von durchscheinenden Spiegeln reflektiert wird.
Besonderheiten der Mittelwellenausbreitung und Kreuzmodulation
Mittelwellen umfassen Funkwellen mit einer Länge von 1000 bis 100 m (Frequenzen von 0,3 - 3,0 MHz). Mittelwellen werden hauptsächlich für den Rundfunk verwendet. Und sie sind auch die Wiege der heimischen Radiopiraterie. Sie können sich über terrestrische und ionosphärische Pfade ausbreiten. Mittelwellen erfahren eine erhebliche Absorption in der halbleitenden Erdoberfläche, die Ausbreitungsreichweite der Erdwelle 1 (siehe Abb. 1) ist auf eine Entfernung von 500-700 km begrenzt. Über große Entfernungen breiten sich die Funkwellen 2 und 3 durch eine ionosphärische (räumliche) Welle aus.
Nachts breiten sich Mittelwellen durch Reflexion an der E-Schicht der Ionosphäre aus (siehe Abb. 2), deren Elektronendichte dafür ausreichend ist. Tagsüber liegt die Schicht D im Weg der Wellenausbreitung, die Mittelwellen extrem stark absorbiert. Daher reicht bei normalen Sendeleistungen die elektrische Feldstärke für den Empfang nicht aus, und tagsüber breiten sich Mittelwellen praktisch nur durch eine Erdwelle über relativ kurze Distanzen in der Größenordnung von 1000 km aus. Im mittleren Wellenlängenbereich erfahren längere Wellenlängen eine geringere Absorption und die elektrische Feldstärke der ionosphärischen Welle ist bei längeren Wellenlängen größer. Die Absorption nimmt in den Sommermonaten zu und im Winter ab. Ionosphärische Störungen haben keinen Einfluss auf die Ausbreitung von Mittelwellen, da die E-Schicht bei ionosphärischen magnetischen Stürmen leicht gestört wird.
Nachts siehe Abb. In 1 ist in einiger Entfernung vom Sender (Punkt B) die Ankunft sowohl von räumlichen 3 als auch von Oberflächenwellen 1 möglich, und die Länge des räumlichen Wellenweges ändert sich mit einer Änderung der Elektronendichte der Ionosphäre. Eine Änderung der Phasendifferenz dieser Wellen führt zu einer Schwingung der elektrischen Feldstärke, dem sogenannten Nahfeld-Fading.
Die Wellen 2 und 3 können durch ein oder zwei Reflexionen an der Ionosphäre in beträchtlicher Entfernung vom Sender (Punkt C) ankommen. Eine Änderung der Phasendifferenz dieser beiden Wellen führt auch zu einer Schwingung der elektrischen Feldstärke, dem sogenannten Fernfeld-Fading.
Um Fading auf der Sendeseite der Kommunikationsleitung zu bekämpfen, werden Antennen verwendet, deren maximales Strahlungsdiagramm an die Erdoberfläche "gedrückt" wird, darunter die einfachste Antenne "Inverted-V", die oft von Funkamateuren verwendet wird. Bei einem solchen Strahlungsmuster entfernt sich die Nah-Fading-Zone vom Sender, und bei großen Entfernungen wird das Feld der durch zwei Reflexionen eintreffenden Welle geschwächt.
Leider wissen nicht alle unerfahrenen Rundfunkanstalten, die im Frequenzbereich 1600-3000 kHz arbeiten, dass ein schwaches Signal von einem Sender geringer Leistung einer ionosphärischen Verzerrung unterliegt. Das Signal von stärkeren Funksendern ist weniger anfällig für ionosphärische Verzerrungen. Aufgrund der nichtlinearen Ionisation der Ionosphäre wird ein schwaches Signal durch die Modulationsspannung von Signalen leistungsstarker Stationen moduliert. Dieses Phänomen wird Kreuzmodulation genannt. Die Tiefe des Modulationsverhältnisses erreicht 5-8%. Auf der Empfangsseite wirkt es wie ein schlecht verarbeiteter Sender, mit allerlei Brummen und Keuchen, dies macht sich besonders im AM-Modulationsmodus bemerkbar.
Durch Kreuzmodulation dringen oft starke Blitzstörungen in den Empfänger ein, die nicht herausgefiltert werden können – die Blitzentladung moduliert das empfangene Signal. Aus diesem Grund begannen Radiosender, Einseitenbandsender für die Zweiwege-Funkkommunikation zu verwenden und begannen, häufiger bei höheren Frequenzen zu arbeiten. Ausländische Radiosender von CB-Sendern schalten sie ein und komprimieren die modulierenden Signale, und für unverzerrtes Arbeiten in der Luft verwenden sie inverse Frequenzen.
Die Phänomene der Demodulation und Kreuzmodulation in der Ionosphäre werden nur im Mittelwellenbereich (MW) beobachtet. Im Bereich der Kurzwellen (SW) ist die Geschwindigkeit eines Elektrons unter Einwirkung eines elektrischen Feldes im Vergleich zu seiner thermischen Geschwindigkeit vernachlässigbar, und das Vorhandensein eines Feldes ändert nichts an der Anzahl der Kollisionen eines Elektrons mit schweren Teilchen.
Am günstigsten im Frequenzbereich von 1500 bis 3000 kHz für die Fernkommunikation sind Winternächte und Perioden minimaler Sonnenaktivität. Besonders Fernkommunikationen von mehr als 10.000 km sind normalerweise bei Sonnenuntergang und Sonnenaufgang möglich. Tagsüber ist eine Kommunikation bis zu einer Entfernung von 300 km möglich. Kostenlose UKW-Radiosender können solche großen Radiostrecken nur beneiden.
Im Sommer wird dieser Bereich oft durch statische Entladungen in der Atmosphäre beeinträchtigt.
Merkmale der Ausbreitung von Kurzwellen und deren Eigenschaften
Kurzwellen umfassen Funkwellen mit einer Länge von 100 bis 10 m (Frequenzen 3-30 MHz). Der Vorteil des Betriebs bei kurzen Wellenlängen gegenüber dem Betrieb bei längeren Wellenlängen besteht darin, dass Richtantennen in diesem Bereich leicht erstellt werden können. Kurzwellen können sich sowohl terrestrisch im niederfrequenten Bereich als auch ionosphärische ausbreiten.
Mit zunehmender Frequenz nimmt die Absorption von Wellen in der halbleitenden Erdoberfläche zu. Daher breiten sich bei herkömmlichen Sendeleistungen kurzwellige terrestrische Wellen über Entfernungen aus, die mehrere zehn Kilometer nicht überschreiten. An der Meeresoberfläche nimmt dieser Abstand deutlich zu.
Die ionosphärische Welle kann kurze Wellen über viele tausend Kilometer ausbreiten, und dafür sind keine Hochleistungssender erforderlich. Daher werden derzeit hauptsächlich kurze Wellenlängen für die Kommunikation und den Rundfunk über große Entfernungen verwendet.
Kurze Wellen legen durch Reflexion an der Ionosphäre und der Erdoberfläche weite Strecken zurück. Diese Ausbreitungsmethode wird als sprungartig bezeichnet, siehe Abb. 2 und ist gekennzeichnet durch Sprungdistanz, Anzahl der Sprünge, Austritts- und Ankunftswinkel, maximal nutzbare Frequenz (MUF) und kleinste nutzbare Frequenz (LFR).
Ist die Ionosphäre in horizontaler Richtung gleichförmig, dann ist auch die Wellenbahn symmetrisch. Typischerweise tritt Strahlung in einem bestimmten Winkelbereich auf, da die Breite des Strahlungsdiagramms von Kurzwellenantennen in der vertikalen Ebene 10-15° beträgt. Die minimale Sprungdistanz, für die die Reflexionsbedingung erfüllt ist, wird als Ruhezonendistanz (ZM) bezeichnet. Für die Wellenreflexion ist es erforderlich, dass die Betriebsfrequenz nicht höher ist als der Wert der maximal anwendbaren Frequenz (MUF), die die obere Grenze des Betriebsbereichs für eine gegebene Entfernung darstellt. Welle 4.
Die Verwendung von Flugabwehr-Strahlungsantennen als eine der Methoden zur Reduzierung der Stillezone ist auf das Konzept der maximal verwendbaren Frequenz (MUF) beschränkt, wobei ihre Reduzierung um 15-20% der MUF berücksichtigt wird. Antennen mit Zenitstrahlung werden zum Senden im Nahbereich nach der Methode der One-Hop-Reflektion von der Ionosphäre verwendet.
Die zweite Bedingung begrenzt den Betriebsbereich nach unten: Je niedriger die Betriebsfrequenz (im kurzwelligen Bereich), desto stärker ist die Wellenabsorption in der Ionosphäre. Die kleinste anwendbare Frequenz (APF) ergibt sich aus der Bedingung, dass bei einer Sendeleistung von 1 kW die elektrische Feldstärke des Signals den Rauschpegel übersteigen muss und somit die Absorption des Signals in den Schichten der Ionosphäre nicht mehr als das zulässige. Die Elektronendichte der Ionosphäre ändert sich während des Tages, des Jahres und während der Sonnenaktivität. Dies bedeutet, dass sich auch die Grenzen des Arbeitsbereichs ändern, was dazu führt, dass die Arbeitswellenlänge während des Tages geändert werden muss.
Frequenzbereich 1,5-3 MHz, ist nachtaktiv. Es ist klar, dass Sie für eine erfolgreiche Funkkommunikationssitzung jedes Mal die richtige Frequenz (Wellenlänge) wählen müssen, außerdem verkompliziert dies das Design der Station, aber für einen echten Kenner der Fernkommunikation ist dies keine Schwierigkeit. es ist Teil eines Hobbys. Lassen Sie uns das HF-Band nach Standort bewerten.
Frequenzbereich 5-8 MHz, in vielerlei Hinsicht ähnelt es dem 3-MHz-Bereich, und im Gegensatz dazu können Sie hier tagsüber bis zu 2000 km kommunizieren, die Zone of Silence (ZM) fehlt und beträgt mehrere Dutzend Kilometer. Nachts ist die Kommunikation in jeder Entfernung möglich, mit Ausnahme von 3M, die auf mehrere hundert Kilometer ansteigt. Während der Tageszeit (Sonnenuntergang / Sonnenaufgang) sind sie am bequemsten für die Fernkommunikation. Atmosphärische Störungen sind weniger ausgeprägt als im Bereich von 1,5-3 MHz.
Im Frequenzbereich 10-15 MHz während der Sonnenaktivität sind tagsüber Verbindungen mit praktisch jedem Punkt der Welt möglich. Im Sommer dauert der Funkverkehr in diesem Frequenzbereich mit Ausnahme bestimmter Tage rund um die Uhr. Die nächtliche Stillezone hat Entfernungen von 1500-2000 km und daher ist nur eine Fernkommunikation möglich. Tagsüber nehmen sie auf 400-1000 km ab.
Frequenzbereich 27-30 MHz nur bei Tageslicht für die Kommunikation geeignet. Dies ist der launischste Bereich. Es öffnet normalerweise für mehrere Stunden, Tage oder Wochen, insbesondere wenn die Jahreszeiten wechseln, d.h. Herbst und Frühling. Die Zone der Stille (ZM) erreicht 2000-2500 km. Dieses Phänomen gehört zum MUF-Thema, hier muss der Winkel der reflektierten Welle im Verhältnis zur Ionosphäre klein sein, sonst hat sie eine große Dämpfung in der Ionosphäre oder eine einfache Flucht in den Weltraum. Kleine Abstrahlwinkel entsprechen großen Sprüngen und entsprechend großen Stillezonen. In Zeiten maximaler Sonnenaktivität ist die Kommunikation auch nachts möglich.
Zusätzlich zu den aufgeführten Modellen sind Fälle von anormaler Ausbreitung von Funkwellen möglich. Eine abnormale Ausbreitung kann auftreten, wenn auf dem Weg der Welle eine sporadische Schicht auftritt, von der kürzere Wellen bis hin zu Meterwellen reflektiert werden können. Dieses Phänomen lässt sich in der Praxis am Durchgang von entfernten Fernsehsendern und UKW-Radiosendern beobachten. Die MUF des Funksignals während dieser Stunden erreicht 60-100 MHz während der Jahre der Sonnenaktivität.
UKW-FM, außer in seltenen Fällen einer anomalen Ausbreitung von Funkwellen erfolgt die Ausbreitung ausschließlich aufgrund der sogenannten "Sichtlinie". Die Ausbreitung von Funkwellen innerhalb der Sichtlinie spricht für sich und ist auf die Höhe der Sende- und Empfangsantennen zurückzuführen. Es ist klar, dass unter den Bedingungen der Stadtentwicklung nicht von einer visuellen und direkten Sichtbarkeit gesprochen werden kann, aber Funkwellen durchdringen städtische Gebäude mit einer gewissen Abschwächung. Je höher die Frequenz, desto höher die Dämpfung in städtischen Gebieten. Der Frequenzbereich 88-108 MHz unterliegt auch in städtischen Umgebungen einer gewissen Dämpfung.
Fading von HF-Funksignalen
Der Empfang von kurzen Funkwellen wird immer von der Messung des empfangenen Signalpegels begleitet, und diese Änderung ist zufälliger und vorübergehender Natur. Dieses Phänomen wird als Fading (Fading) des Funksignals bezeichnet. Auf Luft wird ein schneller und langsamer Signalschwund beobachtet. Die Fading-Tiefe kann bis zu mehreren zehn Dezibel betragen.
Die Hauptursache für schnellen Signalschwund ist Funk-Multipath. In diesem Fall ist die Ursache des Fadings das Eintreffen zweier Strahlen, die sich durch eine und zwei Reflexionen von der Ionosphäre ausbreiten, Welle 1 und Welle 3, am Empfangspunkt, siehe Abb. 2.
Da die Strahlen unterschiedliche Wege entlang der Strecke zurücklegen, sind ihre Ankunftsphasen nicht gleich. Ständig auftretende Änderungen der Elektronendichte in der Ionosphäre führen zu einer Änderung der Weglänge jedes der Strahlen und folglich zu einer Änderung der Phasendifferenz zwischen den Strahlen. Um die Phase der Welle um 180° zu ändern, reicht es aus, wenn sich die Weglänge nur um ½ ändert. Es sei daran erinnert, dass, wenn Strahlen des gleichen Signals mit der gleichen Stärke und mit einer Phasendifferenz von 180 ° am Empfangspunkt ankommen, sie gemäß dem Gesetz der Vektoren und der Stärke des eingehenden Signals in diesem Fall vollständig subtrahiert werden kann null sein. Solche kleinen Änderungen der Weglänge können kontinuierlich auftreten, daher sind Schwankungen der Stärke des elektrischen Feldes im kurzwelligen Bereich häufig und tief. Das Beobachtungsintervall von 3-7 Minuten kann bei niedrigen Frequenzen im HF-Bereich und bis zu 0,5 Sekunden bei Frequenzen näher an 30 MHz betragen.
Außerdem wird Signalschwund durch Streuung von Funkwellen durch ionosphärische Unregelmäßigkeiten und Interferenz gestreuter Wellen verursacht.
Neben Interferenz-Fading findet bei kurzen Wellenlängen Polarisations-Fading statt. Die Ursache für den Polarisationsschwund ist die Drehung der Polarisationsebene der Welle relativ zur empfangenen Antenne. Dies geschieht, wenn sich eine Welle in Richtung der Kraftlinien des Erdmagnetfeldes ausbreitet und sich die Elektronendichte der Ionosphäre ändert. Wenn die Sende- und Empfangsantennen Horizontalvibratoren sind, erfährt die abgestrahlte horizontal - polarisierte Welle nach dem Durchgang durch die Ionosphäre eine Drehung der Polarisationsebene. Dies führt zu Schwankungen in z. etc., induziert in der Antenne, die eine zusätzliche Dämpfung von bis zu 10 dB hat.
In der Praxis wirken alle angegebenen Ursachen für Signalschwund in der Regel komplex und gehorchen dem beschriebenen Rayleigh-Verteilungsgesetz.
Neben schnellem Fading wird langsames Fading beobachtet, das mit einer Periode von 40-60 Minuten im niederfrequenten Teil des HF-Bereichs beobachtet wird. Der Grund für dieses Ausbleichen ist die veränderte Absorption von Radiowellen in der Ionosphäre. Die Verteilung der Hüllkurvenamplitude des Signals bei langsamem Fading folgt einem normalerweise logarithmischen Gesetz mit einer Abnahme des Signals auf 8-12 dB.
Um Fading zu bekämpfen, wird Diversity-Empfang bei kurzen Wellenlängen verwendet. Tatsache ist, dass die Zunahme und Abnahme der elektrischen Feldstärke auch auf einer relativ kleinen Fläche der Erdoberfläche nicht gleichzeitig erfolgen. In der Praxis der Kurzwellenkommunikation werden normalerweise zwei Antennen verwendet, die durch einen Abstand von mehreren Wellenlängen getrennt sind, und die Signale werden nach der Detektion addiert. Die Polarisationsvielfalt der Antennen ist effektiv, d. h. gleichzeitiger Empfang auf vertikalen und horizontalen Antennen mit anschließender Signalzufügung nach der Detektion.
Ich möchte anmerken, dass diese Kontrollmaßnahmen nur wirksam sind, um schnelles Fading zu beseitigen, langsame Signaländerungen werden nicht beseitigt, da dies mit einer Änderung der Absorption von Radiowellen in der Ionosphäre verbunden ist.
In der Amateurfunkpraxis wird das Diversity-Antennenverfahren aufgrund des hohen strukturellen Aufwands und der fehlenden Notwendigkeit, ausreichend zuverlässige Informationen zu erhalten, eher selten verwendet. Dies liegt daran, dass Amateure oft Resonanz- und Bandantennen verwenden, deren Anzahl in seinem Haushalt etwa 2-3 Stück beträgt. Die Nutzung des Diversity-Empfangs erfordert mindestens eine Verdoppelung des Antennenparks.
Eine andere Sache ist, dass ein Amateur, der in einer ländlichen Gegend lebt, während er ausreichend Platz für eine Anti-Fading-Struktur hat, dafür einfach zwei Breitband-Vibratoren verwenden kann, die alle oder fast alle erforderlichen Bereiche abdecken. Ein Vibrator sollte vertikal sein, der andere horizontal. Dafür ist es gar nicht nötig, mehrere Masten zu haben. Es genügt, sie so auf den gleichen Mast zu stellen, dass sie in einem Winkel von 90° zueinander ausgerichtet sind. Die beiden Antennen ähneln in diesem Fall der bekannten "Inverted-V"-Antenne.
Berechnung des Abdeckungsradius mit einem Funksignal in den UKW / UKW-Bändern
Frequenzen des Meterbereichs werden innerhalb der Sichtlinie verteilt. Der Ausbreitungsradius von Funkwellen innerhalb der Sichtlinie ohne Berücksichtigung der Strahlungsleistung des Senders und anderer Naturphänomene, die die Effizienz der Kommunikation reduzieren, sieht wie folgt aus:
r = 3,57 (√h1 + √h2), km,
Berechnen wir die Radien der Sichtlinie bei der Installation der Empfangsantenne in verschiedenen Höhen, wobei h1 ein Parameter ist, h2 = 1,5 m. Fassen wir sie in Tabelle 1 zusammen.
Tabelle 1
| h1 (m) | 10 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 50 | 60 |
| r (km) | 15,6 | 20,3 | 22.2 | 24 | 25.5 | 27,0 | 29,6 | 32 |
Diese Formel berücksichtigt nicht die Dämpfung des Signals und die Leistung des Senders, sie spricht nur von der Möglichkeit der Sichtverbindung unter Berücksichtigung des perfekt runden Bodens.
Machen wir eine Rechnung die erforderliche Stärke des Funksignals zusammen mit dem Empfang für eine Wellenlänge von 3 m.
Da es auf den Wegen zwischen der Sendestation und dem sich bewegenden Objekt immer wieder Phänomene wie Reflexion, Streuung, Absorption von Funksignalen durch verschiedene Objekte usw Wissenschaftler Okumura. Die Standardabweichung für diesen Bereich bei städtischen Gebäuden beträgt 3 dB, und bei einer Kommunikationswahrscheinlichkeit von 99% führen wir einen Faktor von 2 ein, wodurch die Gesamtkorrektur P im Funksignalpegel in
P = 3 × 2 = 6 dB.
Die Empfindlichkeit der Empfänger wird durch das Verhältnis des Nutzsignals zum Rauschen von 12 dB bestimmt, d.h. 4 Mal. Ein solches Verhältnis ist für hochwertigen Rundfunk nicht akzeptabel, daher werden wir eine zusätzliche Korrektur von 12–20 dB einführen, wir akzeptieren 14 dB.
Insgesamt beträgt die Gesamtkorrektur des Pegels des empfangenen Signals unter Berücksichtigung seiner Dämpfung entlang des Pfads und der Besonderheiten des Empfangsgeräts: 6 + 16 20 dB (10 mal). Dann mit einer Empfängerempfindlichkeit von 1,5 µV. an der Empfangsstelle ein Feld mit einer Intensität von 15µV/m.
Berechnen Sie mit der Vvedensky-Formel Reichweite bei einer gegebenen Feldstärke von 15 μV/m unter Berücksichtigung der Sendeleistung, Empfängerempfindlichkeit und urbanen Gebieten:
wobei r km ist; - kW; G - dB (= 1); h - m; - m; E - mV.
Diese Berechnung berücksichtigt nicht den Gewinn der Empfangsantenne sowie die Dämpfung in der Zuleitung und im Bandpassfilter.
Antworten: Bei einer Leistung von 10 W, einer Strahlungshöhe von h1 = 27 Meter und h2 = 1,5 m wird ein wirklich hochwertiger Radioempfang mit einem Radius in städtischen Gebäuden 2,5-2,6 km betragen. Berücksichtigen wir, dass der Empfang von Funksignalen Ihres Funksenders in den mittleren und oberen Stockwerken von Wohngebäuden erfolgt, erhöht sich diese Reichweite um etwa das 2-3-fache. Wenn Sie Funksignale an eine entfernte Antenne empfangen, beträgt die Reichweite Dutzende von Kilometern.
73! UA9LBG & Radio-Vektor-Tyumen
Die Ausbreitungsgesetze von Funkwellen im freien Raum sind relativ einfach, aber meistens befasst sich die Funktechnik nicht mit dem freien Raum, sondern mit der Ausbreitung von Funkwellen über die Erdoberfläche. Wie Erfahrung und Theorie zeigen, beeinflusst die Erdoberfläche stark die Ausbreitung von Radiowellen, und sowohl die physikalischen Eigenschaften der Oberfläche, zum Beispiel Lecks zwischen Meer und Land), als auch ihre geometrische Form (die allgemeine Krümmung der Oberfläche) , zum Beispiel die Unterschiede zwischen Meer und Land) und seine geometrische Form (die allgemeine Krümmung der Erdoberfläche und einzelne Unregelmäßigkeiten im Relief - Berge, Schluchten usw.). Dieser Effekt ist für Wellen unterschiedlicher Wellenlänge und für Wellen unterschiedlicher Länge und für unterschiedliche Entfernungen zwischen Sender und Empfänger unterschiedlich.
Der Einfluss, den die Form der Erdoberfläche auf die Ausbreitung von Radiowellen ausübt, geht aus dem vorherigen hervor. Immerhin haben wir hier im wesentlichen verschiedene Erscheinungsformen der Beugung der vom Emitter ausgehenden Wellen (§ 41), sowohl auf der ganzen Erdkugel als auch auf einzelnen Merkmalen des Reliefs. Wir wissen, dass die Beugung stark von der Beziehung zwischen der Wellenlänge und der Größe des Körpers im Weg der Welle abhängt. Es ist daher nicht verwunderlich, dass die Krümmung der Erdoberfläche und ihr Relief unterschiedliche Auswirkungen auf die Ausbreitung von Wellen unterschiedlicher Länge haben.
So wirft z. 147).
Reis. 147. Der Berg lässt bei kurzen Wellen "Radioschatten" fallen. Lange Wellen gehen um den Berg
Was den Globus als Ganzes betrifft, ist er selbst im Vergleich zu den längsten im Radio verwendeten Wellen extrem groß. Sehr kurze Wellen, zum Beispiel Meterwellen, wickeln sich nicht merklich über den Horizont, dh über die Sichtlinie hinaus. Je länger die Wellen, desto besser biegen sie sich um die Erdoberfläche, aber selbst die längsten der eingestrahlten Wellen konnten sich aufgrund der Beugung nicht einmal um den Globus wickeln - von uns zu den Antipoden. Wenn dennoch Funkkommunikation zwischen beliebigen Punkten der Erde und bei sehr unterschiedlich langen Wellen stattfindet, ist dies nicht wegen der Beugung möglich, sondern aus einem ganz anderen Grund, über den wir noch etwas weiter sprechen werden.
Der Einfluss der physikalischen Eigenschaften der Erdoberfläche auf die Ausbreitung von Funkwellen ist darauf zurückzuführen, dass unter dem Einfluss dieser Wellen im Boden und im Meerwasser hochfrequente elektrische Ströme entstehen, die in der Nähe der Sendeantenne am stärksten sind . Ein Teil der Energie der Radiowelle wird für die Aufrechterhaltung dieser Strömungen aufgewendet, die die entsprechende Joulesche Wärme im Boden oder Wasser freisetzen. Diese Energieverluste (und damit die Dämpfung der Welle durch Verluste) hängen einerseits von der Leitfähigkeit des Bodens und andererseits von der Wellenlänge ab. Kurze Wellen werden viel stärker gedämpft als lange. Bei guter Leitfähigkeit (Meerwasser) dringen hochfrequente Ströme in geringerer Tiefe von der Oberfläche ein als bei schlechter Leitfähigkeit (Boden), und der Energieverlust ist im ersten Fall deutlich geringer. Als Ergebnis ist die Reichweite des gleichen Senders bei Wellenausbreitung über das Meer viel (mehrmals) größer als bei Ausbreitung über Land.
Wir haben bereits festgestellt, dass die Ausbreitung von Radiowellen über sehr lange Distanzen nicht durch Beugung um den Globus erklärt werden kann. Inzwischen wurde bereits in den ersten Jahren nach der Erfindung des Radios ein Fernfunkverkehr (mehrere tausend Kilometer) betrieben. Heute weiß jeder Funkamateur, dass die Langwelle (mehr) und die Mittelwelle 
Stationen sind in Winternächten in einer Entfernung von vielen tausend Kilometern zu hören, während tagsüber, insbesondere in den Sommermonaten, dieselben Stationen nur in einer Entfernung von wenigen hundert Kilometern zu hören sind. Im Kurzwellenbereich 
die situation ist anders. Hier finden Sie zu jeder Tages- und Jahreszeit solche Wellenlängen, bei denen beliebige Entfernungen zuverlässig zurückgelegt werden. Um eine Kommunikation rund um die Uhr zu gewährleisten, muss man zu unterschiedlichen Tageszeiten auf unterschiedlich langen Wellen arbeiten. Die Abhängigkeit der Ausbreitungsreichweite von Radiowellen von der Jahres- und Tageszeit machte es notwendig, die Ausbreitungsbedingungen der Radiowellen auf der Erde mit dem Einfluss der Sonne in Verbindung zu bringen. Dieser Zusammenhang ist jetzt gut untersucht und erklärt.
Die Sonne emittiert neben sichtbarem Licht starke ultraviolette Strahlung und eine Vielzahl schnell geladener Teilchen, die beim Eintritt in die Erdatmosphäre deren obere Regionen stark ionisieren. Als Ergebnis werden mehrere Schichten ionisierter Gase gebildet, die sich auf unterschiedlichen Höhen befinden. 
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Das Vorhandensein solcher Spuren gab Anlass, die oberen Schichten der Erdatmosphäre als Ionosphäre zu bezeichnen.
Die Anwesenheit von Ionen und freien Elektronen verleiht der Ionosphäre Eigenschaften, die sie scharf vom Rest der Atmosphäre unterscheiden. Während die Ionosphäre die Fähigkeit behält, sichtbares Licht, Infrarotstrahlung und Messfunkwellen zu übertragen, reflektiert die Ionosphäre längere Wellen stark; für solche Wellen (mehr) erweist sich die Erdkugel als von einer Art kugelförmigen "Spiegel" umgeben, und die Ausbreitung dieser Funkwellen erfolgt zwischen zwei reflektierenden Kugeloberflächen - der Erdoberfläche und der "Oberfläche" der Ionosphäre ( Abb. 148). Deshalb können sich Radiowellen um den Globus biegen.
Reis. 148. Die Welle geht zwischen der Erde und der Ionosphäre
Natürlich sind die Worte „Oberfläche des sphärischen Spiegels der Ionosphäre“ nicht wörtlich zu nehmen. Die ionisierten Schichten haben keine scharfe Grenze, auch die richtige Kugelform wird nicht beobachtet (zumindest gleichzeitig um den ganzen Globus); Die Ionisation ist in verschiedenen Schichten unterschiedlich (in den oberen Schichten ist sie größer als in den unteren), und die Schichten selbst bestehen aus sich ständig bewegenden und sich ändernden "Wolken". Ein solcher inhomogener "Spiegel" reflektiert nicht nur, sondern absorbiert und streut Radiowellen, und zwar je nach Wellenlänge unterschiedlich. Außerdem ändern sich die Eigenschaften des "Spiegels" mit der Zeit. Tagsüber ist die Ionisation unter Einwirkung von Sonnenstrahlung deutlich stärker als nachts, wenn nur die Wiedervereinigung positiver Ionen und negativer Elektronen zu neutralen Molekülen (Rekombination) stattfindet. In den unteren Schichten der Ionosphäre ist der Ionisationsunterschied zwischen Tag und Nacht besonders groß. Hier ist die Luftdichte höher, Kollisionen zwischen Ionen und Elektronen treten häufiger auf und die Rekombination ist intensiver. Während der Nacht kann die Ionisation der unteren Schichten der Ionosphäre Zeit haben, auf Null abzusinken. Die Ionisation ist auch je nach Jahreszeit unterschiedlich, dh je nach Höhe des Sonnenaufgangs über dem Horizont.
Die Untersuchung der tages- und jahreszeitlichen Veränderungen des Zustands der Ionosphäre ermöglichte es nicht nur, die Bedingungen für den Durchgang von Radiowellen unterschiedlicher Länge zu verschiedenen Tages- und Jahreszeiten zu erklären, sondern auch vorherzusagen (Radiovorhersagen).
Die Anwesenheit der Ionosphäre ermöglicht nicht nur die Kurzwellenkommunikation über weite Distanzen, sondern ermöglicht es auch, dass Funkwellen manchmal den ganzen Globus umkreisen und sogar mehrmals. Aus diesem Grund tritt beim Radioempfang eine Art Phänomen auf, das sogenannte Radioecho, bei dem das Signal vom Empfänger mehrmals wahrgenommen wird: Nach Eintreffen des Signals auf kürzestem Weg vom Sender können wiederholte Signale gehört, die den Globus umkreist haben.
Es kommt oft vor, dass eine Welle auf mehreren verschiedenen Wegen von einem Sender zu einem Empfänger wandert, nachdem sie eine unterschiedliche Anzahl von Reflexionen von der Ionosphäre und der Erdoberfläche erfahren hat (Abb. 149). Offensichtlich sind die vom gleichen Sender kommenden Wellen kohärent und können am Empfangspunkt interferieren, sich je nach Gangunterschied schwächen oder verstärken. Da die Ionosphäre kein absolut stabiler "Spiegel" ist, sondern sich im Laufe der Zeit verändert, ändert sich auch der Unterschied der Wellenwege, die auf verschiedenen Wegen vom Sender zum Empfänger eintreffen, was zu einer Verstärkung usw. führt. Wir können sagen, dass die Interferenzstreifen über die Erdoberflächen "kriechen", und der Empfänger befindet sich jetzt im Maximum, jetzt im Minimum der Schwingungen. Bei der empfangenen Übertragung wird eine Änderung der guten Hörbarkeit und Empfangsschwund erreicht, bei der die Hörbarkeit auf Null abfallen kann.
Reis. 149. Unterschiedliche Wellenwege vom Sender zum Empfänger
Ein ähnliches Phänomen wird auf dem Fernsehbildschirm beobachtet, wenn ein Flugzeug in der Nähe der Empfangsantenne fliegt. Die vom Flugzeug reflektierte Funkwelle interferiert mit der Welle von der Sendestation, und wir sehen, wie das Bild aufgrund der Tatsache "blinkt", dass Interferenz-"Bänder" alternierender Signalverstärkung und -dämpfung verlaufen (aufgrund der Bewegung des Flugzeugs). an der Empfangsantenne vorbei.
Beachten Sie, dass beim Empfang einer Fernsehsendung in einer Stadt häufig eine Verdoppelung (und sogar "Multiplikation") des Bildes auf dem Bildröhrenbildschirm beobachtet wird: Es besteht aus zwei oder mehr Bildern, die in unterschiedlichem Maße horizontal relativ zueinander verschoben sind. Dies ist das Ergebnis der Reflexion von Funkwellen von Häusern, Türmen usw. Die reflektierten Wellen legen einen längeren Weg zurück als die Entfernung zwischen den Sende- und Empfangsantennen und werden daher verzögert, um das Bild zu ergeben. in Abtastrichtung des Elektronenstrahls in der CRT verschoben. Im Wesentlichen erleben wir hier mit eigenen Augen das Ergebnis der Ausbreitung von Radiowellen mit endlicher Geschwindigkeit.
Die Transparenz der Ionosphäre für Radiowellen, deren Länge kürzer ist, ermöglichte es, Radioemissionen von außerirdischen Quellen zu erkennen. Es erschien auch in den 40er Jahren. unseres Jahrhunderts entwickelt sich die Radioastronomie rasant, was neue Möglichkeiten zur Erforschung des Universums eröffnet hat, die über die konventionelle (optische) Astronomie hinausgehen. Immer mehr Radioteleskope werden gebaut, die Größe ihrer Antennen nimmt zu, die Empfindlichkeit der Empfänger nimmt zu und damit auch die Zahl und Vielfalt der entdeckten extraterrestrischen Radioquellen stetig zu.
Es stellte sich heraus, dass Radiowellen sowohl von der Sonne als auch von den Planeten und außerhalb unseres Sonnensystems ausgestrahlt werden - viele Nebel und die sogenannten Supernovae. Viele Quellen der Radioemission werden außerhalb unseres Sternensystems (Galaxie) entdeckt. Im Grunde handelt es sich um andere galaktische Systeme, von denen nur ein kleiner Teil mit optisch beobachteten Nebeln identifiziert wird. "Radiogalaxien" wurden auch in so großen Entfernungen von uns (viele Milliarden Jahre) gefunden, die für die leistungsstärksten modernen optischen Teleskope unerreichbar sind. Es wurden intensive Radioquellen mit sehr kleinen Winkelabmessungen (Bruchteile einer Bogensekunde) entdeckt. Ursprünglich galten sie als eine besondere Art von Sternen, die zu unserer Galaxie gehören, und wurden daher quasi-stellare Quellen oder Quasare genannt. Aber seit 1962 ist klar geworden, dass Quasare extragalaktische Objekte mit einer enormen Funkleistung sind.
Einzelne oder, wie sie sagen, diskrete Radioquellen unserer Galaxie emittieren einen breiten Wellenlängenbereich. Aber es wurde auch eine "monochromatische" Radioemission mit einer Wellenlänge entdeckt, die von interstellarem Wasserstoff emittiert wird. Die Untersuchung dieser Strahlung ermöglichte es, die Gesamtmasse des interstellaren Wasserstoffs zu bestimmen und festzustellen, wie er über die Galaxie verteilt ist. In jüngster Zeit war es möglich, monochromatische Radioemission bei Wellenlängen nachzuweisen, die für andere chemische Elemente charakteristisch sind.
Bei allen oben genannten Quellen der Radioemission ist die Intensität sehr konstant. Nur in einigen Fällen (insbesondere in Sonnennähe) werden einzelne zufällige Funkenblitze vor einem allgemein konstanten Hintergrund beobachtet. 1968 war geprägt von einer neuen Entdeckung der Radioastronomie von großer Bedeutung: Quellen (die sich hauptsächlich innerhalb der Galaxie befinden) wurden entdeckt, die streng periodische Pulse von Radiowellen aussendeten. Diese Quellen werden Pulsare genannt. Die Pulswiederholungsperioden für verschiedene Pulsare sind unterschiedlich und reichen von wenigen Sekunden bis zu einigen Hundertstelsekunden oder sogar weniger. Die Art der Radioemission von Pulsaren scheint die plausibelste Erklärung zu sein, wenn wir annehmen, dass Pulsare rotierende Sterne sind, die hauptsächlich aus Neutronen (Neutronensternen) bestehen. Die Entdeckung und die Möglichkeit, solche Sterne zu beobachten, ist die große wissenschaftliche Bedeutung dieser radioastronomischen Entdeckung.
Neben dem Empfang ihrer eigenen Funkstrahlung von Körpern des Sonnensystems wird auch ihr Radar verwendet. Dies ist die sogenannte Radarastronomie. Durch den Empfang von Funksignalen von leistungsstarken Radargeräten, die von einem der Planeten reflektiert werden, kann man die Entfernung zu diesem Planeten sehr genau messen, die Geschwindigkeit seiner Rotation um die Achse schätzen und beurteilen (durch die Intensität der Reflexion von Funkwellen unterschiedlicher Länge) über die Eigenschaften der Oberfläche und Atmosphäre des Planeten.
Zusammenfassend stellen wir fest, dass die Transparenz der Ionosphäre für ausreichend kurze Funkwellen auch alle Arten der Funkkommunikation mit künstlichen Erdsatelliten und Raumfahrzeugen ermöglicht (eigentliche Kommunikation, Funksteuerung, Fernsehen sowie Telemetrie - Übertragung von Messwerten verschiedener Messgeräte zur Erde). Aus dem gleichen Grund ist es jetzt möglich, Meterfunkwellen für die Kommunikation und das Fernsehen zwischen sehr weit voneinander entfernten Punkten der Erdoberfläche (z durch spezielle Satelliten, auf denen Empfangs- und Sendefunkgeräte installiert sind.
Funkfrequenzbereich und seine Verwendung für die Funkkommunikation
2.1 Grundlagen der Funkausbreitung
Die Funkkommunikation ermöglicht die Übertragung von Informationen über eine Entfernung mit elektromagnetischen Wellen (Funkwellen).
Radiowellen- das sind elektromagnetische Schwingungen, die sich mit Lichtgeschwindigkeit (300.000 km / sek) im Weltraum ausbreiten. Unter Licht versteht man übrigens auch elektromagnetische Wellen, die deren sehr ähnliche Eigenschaften (Reflexion, Brechung, Dämpfung etc.) bestimmen.
Radiowellen transportieren Energie, die von einem elektromagnetischen Oszillator durch den Weltraum emittiert wird. Und sie entstehen, wenn sich das elektrische Feld ändert, zum Beispiel wenn ein elektrischer Wechselstrom durch einen Leiter fließt oder wenn Funken durch den Raum springen, d.h. eine Reihe von schnell aufeinander folgenden Stromimpulsen.
Reis. 2.1 Struktur einer elektromagnetischen Welle.
Elektromagnetische Strahlung zeichnet sich durch Frequenz, Wellenlänge und Leistung der übertragenen Energie aus. Die Frequenz elektromagnetischer Wellen gibt an, wie oft sich pro Sekunde die Richtung des elektrischen Stroms im Emitter ändert und damit wie oft pro Sekunde die Stärke der elektrischen und magnetischen Felder an jedem Punkt im Raum ändert.
Die Frequenz wird in Hertz (Hz) gemessen - Einheiten, die nach dem großen deutschen Wissenschaftler Heinrich Rudolf Hertz benannt sind. 1Hz ist eine Schwingung pro Sekunde, 1 MegaHertz (MHz) ist eine Million Schwingungen pro Sekunde. Da die Bewegungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen gleich der Lichtgeschwindigkeit ist, ist es möglich, den Abstand zwischen Punkten im Raum zu bestimmen, an denen das elektrische (oder magnetische) Feld in der gleichen Phase ist. Dieser Abstand wird als Wellenlänge bezeichnet.
Die Wellenlänge (in Metern) wird nach folgender Formel berechnet:
, oder über
wobei f die Frequenz der elektromagnetischen Strahlung in MHz ist.
Aus der Formel ist ersichtlich, dass beispielsweise eine Frequenz von 1 MHz einer Wellenlänge von etwa 300 m entspricht. Mit zunehmender Frequenz nimmt die Wellenlänge ab, mit abnehmender nimmt sie zu.
Elektromagnetische Wellen passieren frei Luft oder den Weltraum (Vakuum). Wenn aber ein Metalldraht, eine Antenne oder ein anderer leitender Körper auf dem Weg der Welle zusammentrifft, dann geben sie ihm ihre Energie und verursachen dadurch einen elektrischen Wechselstrom in diesem Leiter. Aber nicht die gesamte Wellenenergie wird vom Leiter absorbiert, ein Teil wird von der Oberfläche reflektiert. Darauf basiert übrigens die Nutzung elektromagnetischer Wellen im Radar.
Eine weitere nützliche Eigenschaft elektromagnetischer Wellen (sowie anderer Wellen) ist ihre Fähigkeit, sich auf ihrem Weg um Körper zu biegen. Dies ist jedoch nur dann möglich, wenn die Körpergröße kleiner als die Wellenlänge oder damit vergleichbar ist. Um beispielsweise ein Flugzeug zu erkennen, muss die Länge der Radarfunkwelle kleiner sein als ihre geometrischen Abmessungen (weniger als 10 m). Wenn der Körper länger als die Wellenlänge ist, kann er sie reflektieren. Aber es kann nicht reflektieren - denken Sie an "Stealth".
Die von elektromagnetischen Wellen getragene Energie hängt von der Leistung des Generators (Strahlers) und der Entfernung zu diesem ab, d.h. der Energiefluss pro Flächeneinheit ist direkt proportional zur Strahlungsleistung und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zum Strahler. Das bedeutet, dass die Kommunikationsreichweite von der Sendeleistung des Senders, aber noch viel stärker von der Entfernung zu diesem abhängt.
So erreicht der Energiefluss der elektromagnetischen Strahlung der Sonne auf der Erdoberfläche 1 Kilowatt pro Quadratmeter, während der Energiefluss eines Mittelwellensenders nur ein Tausendstel oder sogar ein Millionstel Watt pro Quadratmeter beträgt.
2.2 Zuteilung von Funkfrequenzen
In der Funktechnik verwendete Funkwellen (Radiofrequenzen) decken ein Spektrum von 10.000 m (30 kHz) bis 0,1 mm (3.000 GHz) ab. Dies ist nur ein Teil des riesigen Spektrums elektromagnetischer Wellen. Auf Radiowellen (in abnehmender Länge) folgen Wärme- oder Infrarotstrahlen. Danach gibt es einen schmalen Abschnitt sichtbarer Lichtwellen, dann - das Spektrum der Ultraviolett-, Röntgen- und Gammastrahlen - all dies sind elektromagnetische Schwingungen gleicher Art, die sich nur in der Wellenlänge und damit in der Frequenz unterscheiden.
Obwohl das gesamte Spektrum in Regionen unterteilt ist, werden die Grenzen zwischen ihnen konventionell umrissen. Regionen folgen kontinuierlich aufeinander, gehen ineinander über und überlappen sich teilweise.
Aber diese Reichweiten sind sehr umfangreich und gliedern sich wiederum in Sektionen, zu denen die sogenannten Rundfunk- und Fernsehbänder, Reichweiten für terrestrische und Luftfahrt, Weltraum- und Seekommunikation, für Datenübertragung und Medizin, für Radar- und Funknavigation, usw. Jedem Funkdienst wird ein eigener Bereichsabschnitt oder feste Frequenzen zugewiesen. In der Realität werden für Funkkommunikationszwecke Schwingungen im Frequenzbereich von 10 kHz bis 100 GHz verwendet. Die Verwendung eines bestimmten Frequenzintervalls für die Kommunikation hängt von vielen Faktoren ab, insbesondere von den Ausbreitungsbedingungen von Funkwellen unterschiedlicher Reichweite, der erforderlichen Kommunikationsreichweite, der Durchführbarkeit der Sendeleistungswerte im ausgewählten Frequenzintervall usw.
Durch internationale Vereinbarungen wird das gesamte Spektrum der im Funkverkehr verwendeten Funkwellen in Bereiche eingeteilt (Tabelle 1):
Tabelle 1
| Artikelnr. | Bereichsname | Bereichsgrenzen | |||
| Wellen | Veraltete Begriffe | Frequenzen | Radiowellen | Frequenzen | |
| 1 | DKMGMVDecaMega Messgeräte | Extrem niedrige Frequenzen (ELF) | 100.000-10.000km | 3-30 Hz | |
| 2 | MGMV | Ultraniedrige Frequenzen (ELF) | 10.000-1.000 km | 30-3.000Hz | |
| 3 | GCMMVHect-Kilometer | Infrarot-Niederfrequenzen (NF) | 1.000-100 km | 0,3-3 kHz | |
| 4 | MRMV | ADV | Sehr niedrige Frequenz (VLF) VLF | 100-10 km | 3-30kHz |
| 5 | KMVKilometer | DV | Niedrige Frequenzen (LF) LF | 10-1 km | 30-300kHz |
| 6 | GCMVHektameter | SV | Mittenfrequenzen (MF) VF | 1000-100m | 0,3-3 MHz |
| 7 | DKMVDekameter | Kv | Höhen (HF) HF | 100-10m | 3-30 MHz |
| 8 | MVMeter | UKW | Sehr hohe Frequenz (VHF) VHF | 10-1m | 30-300 MHz |
| 9 | DCMV | UKW | Ultrahochfrequenz (UHF) UHF | 10-1 dm | 0,3-3 GHz |
| 10 | SMVS-Zentimeter | UKW | Ultrahochfrequenz (SHF) SHF | 10-1 cm² | 3-30 GHz |
| 11 | MMVMillimeter | UKW | Extrem hohe Frequenz (EHF) EHF | 10-1 mm | 30-300 GHz |
| 12 | DCMMVDetsimilli- Meter Submillie- Meter |
SUMME | Hyperhohe Frequenzen (HHF) | 1-0,1 mm | 0,3-3 THz |
| 13 | Hell | < 0,1 мм | > 3 THz | ||
Reis. 2.2 Ein Beispiel für die Frequenzzuweisung zwischen verschiedenen Diensten.
Funkwellen werden durch die Antenne in den Weltraum abgestrahlt und als Energie in einem elektromagnetischen Feld ausgebreitet. Obwohl die Natur der Funkwellen gleich ist, hängt ihre Ausbreitungsfähigkeit stark von der Wellenlänge ab.
Für Radiowellen ist die Erde ein elektrischer Leiter (wenn auch kein sehr guter). Beim Überqueren der Erdoberfläche werden Radiowellen allmählich schwächer. Dies liegt daran, dass elektromagnetische Wellen in der Erdoberfläche elektrische Ströme anregen, für die ein Teil der Energie aufgewendet wird. Jene. Energie wird von der Erde absorbiert, und je mehr, desto kürzer die Wellenlänge (höhere Frequenz).
Außerdem schwächt sich auch die Energie der Welle ab, da sich die Strahlung in alle Raumrichtungen ausbreitet und je weiter der Empfänger vom Sender entfernt ist, desto weniger Energie pro Flächeneinheit und desto weniger gelangt sie in die Antenne.
Die Übertragungen von Langwellen-Sendern können bis zu mehreren tausend Kilometer weit empfangen werden, und der Signalpegel sinkt sanft und ohne Sprünge. Mittelwellensender sind im Umkreis von tausend Kilometern zu hören. Bei Kurzwellen nimmt ihre Energie mit der Entfernung vom Sender stark ab. Dies erklärt die Tatsache, dass zu Beginn der Radioentwicklung hauptsächlich Wellen von 1 bis 30 km für die Kommunikation verwendet wurden. Wellen mit einer Länge von weniger als 100 Metern galten im Allgemeinen als ungeeignet für die Fernkommunikation.
Weitere Untersuchungen von Kurz- und Ultrakurzwellen haben jedoch gezeigt, dass diese schnell zerfallen, wenn sie sich in der Nähe der Erdoberfläche bewegen. Wenn die Strahlung nach oben gerichtet ist, kommen kurze Wellen zurück.
Bereits 1902 sagten der englische Mathematiker Oliver Heaviside und der amerikanische Elektroingenieur Arthur Edwin Kennelly fast gleichzeitig voraus, dass sich über der Erde eine ionisierte Luftschicht befindet – ein natürlicher Spiegel, der elektromagnetische Wellen reflektiert. Diese Schicht wurde benannt Ionosphäre.
Die Ionosphäre der Erde sollte die Reichweite der Funkwellen auf Entfernungen über die Sichtlinie hinaus erhöhen. Diese Annahme wurde 1923 experimentell bewiesen. HF-Impulse wurden vertikal nach oben gesendet und zurückgesendete Signale wurden empfangen. Durch Messungen der Zeit zwischen Sende- und Empfangspulsen konnten Höhe und Anzahl der Reflexionsschichten bestimmt werden.
2.3 Einfluss der Atmosphäre auf die Funkwellenausbreitung
Die Art der Ausbreitung von Radiowellen hängt von der Wellenlänge, der Erdkrümmung, dem Boden, der atmosphärischen Zusammensetzung, der Tages- und Jahreszeit, dem Zustand der Ionosphäre, dem Erdmagnetfeld und den meteorologischen Bedingungen ab.
Betrachten Sie die Struktur der Atmosphäre, die einen erheblichen Einfluss auf die Ausbreitung von Funkwellen hat. Feuchtigkeitsgehalt und Luftdichte ändern sich je nach Tages- und Jahreszeit.
Die die Erdoberfläche umgebende Luft bildet eine Atmosphäre, die etwa 1000-2000 km hoch ist. Die Zusammensetzung der Erdatmosphäre ist heterogen.
Reis. 2.3 Die Struktur der Atmosphäre.
Schichten der Atmosphäre bis zu einer Höhe von etwa 100-130 km sind homogen in ihrer Zusammensetzung. Diese Schichten enthalten Luft, die (nach Volumen) 78 % Stickstoff und 21 % Sauerstoff enthält. Die untere Schicht der Atmosphäre von 10-15 km Dicke (Abb. 2.3) heißt Troposphäre... Diese Schicht enthält Wasserdampf, dessen Gehalt bei wechselnden meteorologischen Bedingungen stark schwankt.
Die Troposphäre verwandelt sich allmählich in Stratosphäre... Die Grenze ist die Höhe, bei der der Temperaturabfall endet.
In Höhen von etwa 60 km und höher über der Erde kommt es unter dem Einfluss von Sonnen- und kosmischer Strahlung in der Atmosphäre zur Luftionisation: Ein Teil der Atome zerfällt in freie Elektronen und Ionen... In der oberen Atmosphäre ist die Ionisation vernachlässigbar, da das Gas sehr verdünnt ist (es gibt eine geringe Anzahl von Molekülen pro Volumeneinheit). Wenn die Sonnenstrahlen in die dichteren Schichten der Atmosphäre eindringen, nimmt der Ionisierungsgrad zu. Bei Annäherung an die Erde nimmt die Energie der Sonnenstrahlen ab und der Ionisationsgrad nimmt wieder ab. Außerdem können in den unteren Schichten der Atmosphäre aufgrund der hohen Dichte negative Ladungen nicht lange existieren; es gibt einen Prozess der Wiederherstellung neutraler Moleküle.
Die Ionisation in einer verdünnten Atmosphäre in Höhen von 60-80 km von der Erde und höher hält lange an. In diesen Höhen ist die Atmosphäre sehr verdünnt, die Dichte an freien Elektronen und Ionen ist so gering, dass Kollisionen und damit die Wiederherstellung neutraler Atome relativ selten sind.
Die obere Atmosphäre wird Ionosphäre genannt. Ionisierte Luft hat einen erheblichen Einfluss auf die Ausbreitung von Funkwellen.
Tagsüber bilden sich vier regelmäßige Schichten oder Ionisationsmaxima - Schichten D, E, F 1 und F 2. Die F 2 -Schicht hat die höchste Ionisation (die größte Anzahl freier Elektronen pro Volumeneinheit).
Nach Sonnenuntergang nimmt die ionisierende Strahlung stark ab. Es kommt zur Wiederherstellung neutraler Moleküle und Atome, was zu einer Abnahme des Ionisationsgrades führt. Schichten verschwinden nachts vollständig D und F 2, Schichtionisation E nimmt deutlich ab und die Schicht F 2 behält die Ionisation mit einer gewissen Dämpfung bei.
Reis. 2.4 Abhängigkeit der Funkwellenausbreitung von Frequenz und Tageszeit.
Die Höhe der Schichten der Ionosphäre ändert sich ständig in Abhängigkeit von der Intensität der Sonnenstrahlen. Tagsüber ist die Höhe der ionisierten Schichten geringer, nachts höher. Im Sommer, in unseren Breitengraden, ist die Elektronenkonzentration ionisierter Schichten höher als im Winter (mit Ausnahme der Schicht F 2). Der Ionisationsgrad hängt auch von der Sonnenaktivität ab, die durch die Anzahl der Sonnenflecken bestimmt wird. Die Dauer der Sonnenaktivität beträgt ungefähr 11 Jahre.
In polaren Breiten werden unregelmäßige Ionisationsprozesse beobachtet, die mit den sogenannten ionosphärischen Störungen verbunden sind.
Es gibt mehrere Wege, die eine Funkwelle nimmt, um eine Empfangsantenne zu erreichen. Wie bereits erwähnt, werden Radiowellen, die sich über der Erdoberfläche ausbreiten und diese aufgrund des Beugungsphänomens einhüllen, als Oberflächen- oder Erdwellen bezeichnet (Richtung 1, Abb. 2.5). Wellen, die sich in Richtung 2 und 3 ausbreiten, heißen räumlich... Sie werden in Ionosphäre und Troposphäre unterteilt. Letztere werden nur im UKW-Bereich beobachtet. Ionosphäre Wellen heißen, von der Ionosphäre reflektiert oder gestreut, troposphärische- Wellen, die von inhomogenen Schichten oder "Körnern" der Troposphäre reflektiert oder gestreut werden.
Reis. 2.5 Ausbreitungswege von Funkwellen.
Oberflächenwelle die Basis seiner Vorderseite berührt die Erde, wie in Abb. 2.6. Bei einer Punktquelle hat diese Welle immer eine vertikale Polarisation, da die horizontale Komponente der Welle von der Erde absorbiert wird. Bei ausreichendem Abstand von der Quelle, ausgedrückt in Wellenlängen, ist jedes Segment der Wellenfront eine ebene Welle.
Die Erdoberfläche absorbiert einen Teil der Energie der sich auf ihr ausbreitenden Oberflächenwellen, da die Erde einen aktiven Widerstand besitzt.
Reis. 2.6 Ausbreitung von Oberflächenwellen.
Je kürzer die Welle, d.h. je höher die Frequenz, desto größer wird der Strom in der Erde induziert und desto größer ist der Verlust. Verluste in der Erde nehmen mit steigender Leitfähigkeit des Bodens ab, da die Wellen in die Erde eindringen, um so weniger, je höher die Leitfähigkeit des Bodens ist. Auch in der Erde treten dielektrische Verluste auf, die mit der Verkürzung der Welle ebenfalls zunehmen.
Bei Frequenzen über 1 MHz wird die Oberflächenwelle nämlich durch Absorption durch die Erde stark gedämpft und wird daher nur im lokalen Versorgungsbereich verwendet. Bei Fernsehfrequenzen ist die Dämpfung so groß, dass die Oberflächenwelle bis zu einer Entfernung von 1-2 km vom Sender verwendet werden kann.
Die Kommunikation über große Entfernungen erfolgt hauptsächlich über Weltraumwellen.
Um Brechung zu empfangen, also die Rückkehr einer Welle zur Erde, muss die Welle in einem bestimmten Winkel zur Erdoberfläche abgestrahlt werden. Der größte Strahlungswinkel, bei dem eine Funkwelle einer bestimmten Frequenz zum Boden zurückkehrt, heißt kritischer Winkel für eine gegebene ionisierte Schicht (Abb. 2.7). 
Reis. 2.7 Einfluss des Strahlungswinkels auf den Durchgang der Himmelswelle.
Jede ionisierte Schicht hat ihre eigene kritische Frequenz und kritischer Winkel.
In Abb. 2.7 zeigt einen Strahl, der von einer Schicht leicht gebrochen wird E da der Strahl unter einem Winkel unterhalb des kritischen Winkels dieser Schicht eintritt. Strahl 3 passiert das Gebiet E kehrt aber in einer Schicht zur Erde zurück F 2, weil es in einem Winkel unterhalb des kritischen Winkels der Schicht eintritt F 2. Strahl 4 geht auch durch Schicht E... Es dringt in die Schicht ein F 2 an seinem kritischen Winkel und kehrt zur Erde zurück. Strahl 5 durchdringt beide Bereiche und verliert sich im Raum.
Alle Strahlen in Abb. 2.7 beziehen sich auf eine Frequenz. Wird eine niedrigere Frequenz verwendet, sind für beide Bereiche größere Grenzwinkel erforderlich; umgekehrt, wenn die Frequenz zunimmt, haben beide Bereiche kleinere kritische Winkel. Wenn Sie die Frequenz weiter erhöhen, wird die Welle, die sich vom Sender parallel zur Erde ausbreitet, irgendwann den kritischen Winkel für jede Region überschreiten. Dieser Zustand tritt bei einer Frequenz von etwa 30 MHz auf. Oberhalb dieser Frequenz wird die Skywave-Kommunikation unzuverlässig.
Jede kritische Frequenz hat also ihren eigenen kritischen Winkel, und umgekehrt hat jeder kritische Winkel seine eigene kritische Frequenz. Folglich kehrt jede Himmelswelle, deren Frequenz gleich oder niedriger als die kritische ist, in einer bestimmten Entfernung vom Sender zur Erde zurück.
In Abb. 2.7 Strahl 2 fällt unter einem kritischen Winkel auf die Schicht E. Beachten Sie, wo die reflektierte Welle auf die Erde trifft (wenn der kritische Winkel überschritten wird, geht das Signal verloren); Die Weltraumwelle, die die ionisierte Schicht erreicht hat, wird von dieser reflektiert und kehrt in großer Entfernung vom Sender zur Erde zurück. In einiger Entfernung vom Sender kann je nach Sendeleistung und Wellenlänge eine Oberflächenwelle empfangen werden. Von der Stelle, an der der Empfang der Oberflächenwelle endet, Ruhezone und es endet dort, wo die reflektierte räumliche Welle erscheint. Die Zone der Stille hat keine scharfe Grenze.
Reis. 2.8 Empfangsbereiche von Oberflächen- und Raumwellen.
Mit zunehmender Frequenz wird die Menge Todeszone erhöht sich durch eine Verringerung des kritischen Winkels. Um zu bestimmten Tages- und Jahreszeiten mit einem Korrespondenten in einer bestimmten Entfernung vom Sender zu kommunizieren, gibt es maximal zulässige Frequenz die für die Skywave-Kommunikation verwendet werden kann. Jeder ionosphärische Bereich hat seine eigene maximal zulässige Frequenz für die Kommunikation.
Kurze und darüber hinaus ultrakurze Wellen in der Ionosphäre verlieren einen unbedeutenden Teil ihrer Energie. Je höher die Frequenz, desto weniger Weg legen die Elektronen bei ihren Schwingungen zurück, wodurch die Zahl ihrer Kollisionen mit Molekülen abnimmt, dh die Energieverluste der Welle sinken.
In niedriger ionisierten Schichten sind die Verluste größer, da ein erhöhter Druck eine höhere Gasdichte anzeigt und mit einer höheren Gasdichte die Kollisionswahrscheinlichkeit von Partikeln steigt.
Lange Wellen werden von den unteren Schichten der Ionosphäre, die die niedrigste Elektronenkonzentration aufweisen, in allen Elevationswinkeln, einschließlich solcher nahe 90°, reflektiert. Böden mit mittlerer Feuchtigkeit sind fast ein Leiter für lange Wellen, daher reflektieren sie gut von der Erde. Mehrfachreflexionen von der Ionosphäre und der Erde erklären die weitreichende Ausbreitung langer Wellen.
Langwellenausbreitung ist unabhängig von Jahreszeit und meteorologischen Bedingungen, von der Sonnenaktivität und von ionosphärischen Störungen. Wenn sie von der Ionosphäre reflektiert werden, werden lange Wellen stark absorbiert. Aus diesem Grund sind Hochleistungssender für die Fernkommunikation erforderlich.
Mittlere Wellen werden merklich in der Ionosphäre und in Böden mit geringer und mittlerer Leitfähigkeit absorbiert. Tagsüber wird nur eine Oberflächenwelle beobachtet, da eine Himmelswelle (länger als 300 m) fast vollständig in der Ionosphäre absorbiert wird. Für eine vollständige interne Reflexion müssen die mittleren Wellen einen bestimmten Weg in den unteren Schichten der Ionosphäre zurücklegen, die, obwohl sie eine geringe Elektronenkonzentration aufweisen, eine erhebliche Luftdichte aufweisen.
Nachts, mit dem Verschwinden der D-Schicht, nimmt die Absorption in der Ionosphäre ab, wodurch eine Kommunikation auf Weltraumwellen in Entfernungen von 1500-2000 km mit einer Sendeleistung von etwa 1 kW aufrechterhalten werden kann. Die Kommunikationsbedingungen sind im Winter etwas besser als im Sommer.
Die Tugend der Mittelwelle ist, dass sie nicht durch ionosphärische Störungen beeinflusst werden.
Notsignale (SOS-Signale) werden laut internationaler Vereinbarung auf Wellen von etwa 600 m gesendet.
Die positive Seite der Skywave-Kommunikation auf Kurz- und Mittelwelle ist die Möglichkeit der Fernkommunikation mit geringer Sendeleistung. Aber Weltraumwellenverbindung hat und erhebliche Nachteile.
Erstens, die Instabilität der Kommunikation aufgrund von Höhenänderungen der ionisierten Schichten der Atmosphäre im Laufe des Tages und des Jahres. Um die Kommunikation mit demselben Punkt aufrechtzuerhalten, müssen Sie die Wellenlänge 2-3 Mal am Tag ändern. Oft ist die Kommunikation aufgrund einer Änderung des Zustands der Atmosphäre für einige Zeit vollständig unterbrochen.
Zweitens, das Vorhandensein einer Zone der Stille.
Wellen kürzer als 25 m werden als "Tageswellen" bezeichnet, da sie sich tagsüber gut fortbewegen. Als "Nachtwellen" bezeichnet man Wellen, die länger als 40 m sind und sich nachts gut ausbreiten.
Die Bedingungen für die Ausbreitung kurzer Funkwellen werden durch den Zustand der ionisierten Schicht Fg bestimmt. Die Elektronenkonzentration dieser Schicht wird oft durch ungleichmäßige Sonneneinstrahlung gestört, was zu ionosphärischen Störungen und magnetischen Stürmen führt. Dadurch wird die Energie kurzer Funkwellen erheblich absorbiert, was die Funkkommunikation beeinträchtigt, manchmal sogar völlig unmöglich macht. Ionosphärische Störungen werden besonders häufig in polnahen Breiten beobachtet. Daher ist die Kurzwellenkommunikation dort unzuverlässig.
Am bemerkenswertesten ionosphärische Störungen haben ihre eigene Periodizität: sie wiederholen sich nach 27 Tage(Zeit der Rotation der Sonne um ihre Achse).
Im Kurzwellenbereich ist der Einfluss industrieller, atmosphärischer und gegenseitiger Störungen stark.
Optimale Kommunikationsfrequenzen auf kurzen Wellen werden auf der Grundlage von Funkvorhersagen ausgewählt, die unterteilt sind in langfristig und kurzfristig... Langzeitprognosen geben den erwarteten durchschnittlichen Zustand der Ionosphäre für einen bestimmten Zeitraum (Monat, Jahreszeit, Jahr oder länger) an, während Kurzfristprognosen für einen Tag, fünf Tage erstellt werden und mögliche Abweichungen der Ionosphäre von ihrer . charakterisieren durchschnittlicher Zustand. Als Ergebnis der Verarbeitung systematischer Beobachtungen der Ionosphäre, der Sonnenaktivität und des Zustands des Erdmagnetismus werden Vorhersagen in Form von Grafiken erstellt.
Ultrakurze Wellen(VHF) werden von der Ionosphäre nicht reflektiert, sondern passieren diese frei, d.h. diese Wellen haben keine räumliche Ionosphärenwelle. Die Oberflächen-Ultrakurzwelle, auf der Funkkommunikation möglich ist, hat zwei wesentliche Nachteile: Zum einen umgeht die Oberflächenwelle die Erdoberfläche und große Hindernisse nicht und zum anderen wird sie im Boden stark absorbiert.
Ultrakurzwellen werden häufig dort verwendet, wo eine kurze Reichweite einer Funkstation erforderlich ist (die Kommunikation ist normalerweise auf die Sichtlinie beschränkt). In diesem Fall erfolgt die Kommunikation durch eine räumliche troposphärische Welle. Er besteht normalerweise aus zwei Komponenten: einem direkten Strahl und einem von der Erde reflektierten Strahl (Abb. 2.9).
Reis. 2.9 Direkte und reflektierte Strahlen der Himmelswelle.
Wenn die Antennen nah genug sind, erreichen normalerweise beide Strahlen die Empfangsantenne, aber ihre Intensitäten sind unterschiedlich. Der von der Erde reflektierte Strahl ist aufgrund von Verlusten, die bei der Reflexion von der Erde auftreten, schwächer. Ein direkter Strahl hat fast die gleiche Dämpfung wie eine Freiraumwelle. An der Empfangsantenne ist das Gesamtsignal gleich der Vektorsumme dieser beiden Komponenten.
Die Empfangs- und Sendeantenne sind in der Regel gleich hoch, sodass die reflektierte Strahlweglänge geringfügig von der des direkten Strahls abweicht. Die reflektierte Welle ist um 180° phasenverschoben. Unter Vernachlässigung der Verluste in der Erde während der Reflexion, wenn zwei Strahlen die gleiche Entfernung zurückgelegt haben, ist ihre Vektorsumme Null, als Ergebnis wird kein Signal in der Empfangsantenne vorhanden sein.
In Wirklichkeit legt der reflektierte Strahl eine etwas größere Entfernung zurück, daher beträgt die Phasendifferenz in der Empfangsantenne etwa 180 °. Die Phasendifferenz wird durch den Gangunterschied in Bezug auf die Wellenlänge bestimmt, nicht in linearen Einheiten. Mit anderen Worten, das unter diesen Bedingungen empfangene Gesamtsignal hängt hauptsächlich von der verwendeten Frequenz ab. Wenn beispielsweise die Betriebswellenlänge 360 m beträgt und der Gangunterschied 2 m beträgt, wird sich die Phasenverschiebung nur um 2 ° von 180 ° unterscheiden. Dadurch fehlt ein Signal in der Empfangsantenne fast vollständig. Wenn die Wellenlänge 4 m beträgt, verursacht der gleiche 2 m Gangunterschied eine 180 ° Phasendifferenz, die die 180 ° Phasenverschiebung in der Reflexion vollständig kompensiert. In diesem Fall wird die Spannung des Signals verdoppelt.
Daraus folgt, dass bei niedrigen Frequenzen die Nutzung von Raumwellen für die Kommunikation nicht von Interesse ist. Nur bei hohen Frequenzen, bei denen der Gangunterschied der verwendeten Wellenlänge entspricht, ist die Skywave weit verbreitet.
Die Reichweite von UKW-Sendern wird deutlich erhöht, wenn Flugzeuge in der Luft und mit der Erde kommunizieren.
ZU Vorteile von UKW sollte die Möglichkeit beinhalten, kleine Antennen zu verwenden. Außerdem können im UKW-Band eine Vielzahl von Radiosendern gleichzeitig ohne gegenseitige Beeinflussung betrieben werden. Im Wellenlängenbereich von 10 bis 1 m können mehr Stationen gleichzeitig eingesetzt werden als im Kurz-, Mittel- und Langwellenbereich zusammen.
VHF-Relaisleitungen sind weit verbreitet. Zwischen zwei weit entfernten Kommunikationspunkten sind mehrere UKW-Transceiver installiert, die sich in Sichtweite zueinander befinden. Zwischenstationen arbeiten automatisch. Die Organisation von Weiterleitungsleitungen ermöglicht es, die Kommunikationsreichweite auf UKW zu erhöhen und eine Mehrkanalkommunikation durchzuführen (mehrere Telefon- und Telegrafenübertragungen gleichzeitig durchführen).
Heutzutage wird der Nutzung des UKW-Bands für den Fernfunkverkehr große Aufmerksamkeit geschenkt.
Die am weitesten verbreiteten Kommunikationsleitungen, die im Bereich von 20-80 MHz arbeiten und das Phänomen der ionosphärischen Streuung nutzen. Es wurde angenommen, dass eine Funkkommunikation durch die Ionosphäre nur bei Frequenzen unter 30 MHz (Wellenlänge mehr als 10 m) möglich ist, und da dieser Bereich voll ausgelastet ist und eine weitere Erhöhung der Anzahl der Kanäle darin unmöglich ist, ist das Interesse an gestreuten Ausbreitung von Funkwellen ist verständlich.
Dieses Phänomen besteht darin, dass ein Teil der Energie der Ultrahochfrequenzstrahlung durch Unregelmäßigkeiten in der Ionosphäre gestreut wird. Diese Inhomogenitäten werden durch Luftströmungen von Schichten mit unterschiedlichen Temperaturen und Feuchtigkeiten, wandernden geladenen Teilchen, Ionisationsprodukten von Meteoritenschweifen und anderen noch wenig untersuchten Quellen erzeugt. Da die Troposphäre immer inhomogen ist, existiert systematisch eine Streubrechung von Radiowellen.
Die gestreute Ausbreitung von Radiowellen ist wie die Streuung des Lichts eines Suchscheinwerfers in einer dunklen Nacht. Je stärker der Lichtstrahl, desto diffuser das Licht.
Beim Studium entfernte Verbreitung von Ultrakurzwellen wurde das Phänomen einer starken kurzfristigen Zunahme der Hörbarkeit von Signalen festgestellt. Solche zufälligen Bursts dauern von mehreren Millisekunden bis zu mehreren Sekunden. In der Praxis werden sie jedoch tagsüber beobachtet, wobei die Unterbrechungen selten einige Sekunden überschreiten. Das Auftreten von Momenten erhöhter Hörbarkeit ist hauptsächlich auf die Reflexion von Radiowellen von ionisierten Meteoritenschichten zurückzuführen, die in einer Höhe von etwa 100 km brennen. Der Durchmesser dieser Meteoriten überschreitet nicht wenige Millimeter und ihre Spuren erstrecken sich über mehrere Kilometer.
Von Meteoritenspuren Funkwellen mit einer Frequenz von 50-30 MHz (6-10 m) werden gut reflektiert.
Mehrere Milliarden solcher Meteoriten fliegen täglich in die Erdatmosphäre und hinterlassen ionisierte Spuren mit hoher Luftionisationsdichte. Dies ermöglicht einen zuverlässigen Betrieb von Langstreckenfunkverbindungen bei Verwendung von Sendern mit relativ geringer Leistung. Ein integraler Bestandteil der Stationen auf solchen Linien ist eine Hilfsdirektdruckausrüstung, die mit einem Speicherelement ausgestattet ist.
Da jede Meteoritenspur nur wenige Sekunden dauert, erfolgt die Übertragung automatisch in kurzen Bursts.
Gegenwärtig werden Kommunikations- und Fernsehübertragungen durch künstliche Erdsatelliten weit verbreitet verwendet.
Somit können Funkkommunikationsleitungen gemäß dem Ausbreitungsmechanismus von Funkwellen in Leitungen eingeteilt werden, indem:
der Prozess der Ausbreitung von Radiowellen entlang der Erdoberfläche mit Krümmung um sie herum (der sog. irdisch oder Oberflächenwellen);
der Ausbreitungsprozess von Funkwellen innerhalb der Sichtlinie ( gerade Wellen);
Reflexion von Radiowellen aus der Ionosphäre ( ionosphärische Wellen);
der Ausbreitungsprozess von Radiowellen in der Troposphäre ( troposphärische Wellen);
Reflexion von Radiowellen von Meteoritenspuren;
Reflexion oder Weiterleitung von künstlichen Erdsatelliten;
Reflexion von künstlich erzeugten Formationen von Gasplasma oder künstlich erzeugten leitenden Oberflächen.
2.4 Merkmale der Ausbreitung von Funkwellen verschiedener Bänder
Die Ausbreitungsbedingungen von Funkwellen im Raum zwischen Sender und Funkempfänger der Korrespondenten werden durch die endliche Leitfähigkeit der Erdoberfläche und die Eigenschaften des Mediums über der Erde beeinflusst. Dieser Effekt ist für verschiedene Wellenlängen (Frequenzen) unterschiedlich.
Myriameter und Kilometer die Wellen (ADV und DV) kann sich sowohl terrestrisch als auch ionosphärische ausbreiten. Das Vorhandensein einer Erdwelle, die sich über Hunderte und sogar Tausende von Kilometern ausbreitet, erklärt sich dadurch, dass die Feldstärke dieser Wellen mit der Entfernung eher langsam abnimmt, da die Absorption ihrer Energie durch die Erd- oder Wasseroberfläche gering ist. Je länger die Welle und je besser die Leitfähigkeit des Bodens ist, desto größer ist die Funkkommunikation.
Sandige trockene Böden und Gesteine absorbieren in hohem Maße elektromagnetische Energie. Bei der Ausbreitung aufgrund des Beugungsphänomens biegen sie sich um die konvexe Erdoberfläche, Hindernisse im Weg: Wälder, Berge, Hügel usw. Ab einer Entfernung von 300-400 km vom Sender erscheint eine ionosphärische Welle, die vom unteren Bereich der Ionosphäre (von der D- oder E-Schicht) reflektiert wird. Tagsüber wird die Absorption elektromagnetischer Energie aufgrund des Vorhandenseins der D-Schicht signifikanter. Nachts, mit dem Verschwinden dieser Schicht, erhöht sich die Kommunikationsreichweite. So ist die Durchfahrt von langen Wellen in der Nacht im Allgemeinen besser als am Tag. Die globale Kommunikation auf VLF und LW erfolgt durch Wellen, die sich in einem kugelförmigen Wellenleiter ausbreiten, der von der Ionosphäre und der Erdoberfläche gebildet wird.
Vorteil von SDV-, DV-Band:
VLF- und LW-Funkwellen haben die Eigenschaft, die Wassersäule zu durchdringen und sich in einigen Bodenstrukturen auszubreiten;
aufgrund von Wellen, die sich im kugelförmigen Wellenleiter der Erde ausbreiten, wird die Kommunikation über Tausende von Kilometern bereitgestellt;
Kommunikationsreichweite hängt wenig von ionosphärischen Störungen ab;
gute Beugungseigenschaften von Funkwellen in diesen Bereichen ermöglichen es, mit einer Erdwelle über Hunderte und sogar Tausende von Kilometern zu kommunizieren;
Die Konstanz der Parameter der Funkstrecke gewährleistet einen stabilen Signalpegel am Empfangspunkt.
NachteileSDV-, DV, - Bereiche:
eine effektive Abstrahlung von Wellen der betrachteten Teile der Reichweite kann nur mit Hilfe sehr voluminöser Antennenvorrichtungen erreicht werden, deren Abmessungen der Wellenlänge angemessen sind. Der Bau und die Restaurierung von Antennengeräten dieser Größe in begrenzter Zeit (für militärische Zwecke) ist schwierig;
da die Abmessungen der tatsächlich hergestellten Antennen kleiner als die Wellenlänge sind, wird ihr verringerter Wirkungsgrad kompensiert, indem die Leistung der Sender auf Hunderte oder mehr kW erhöht wird;
die Schaffung von Resonanzsystemen in diesem Bereich und bei signifikanten Leistungen bestimmt die großen Abmessungen der Ausgangsstufen: Sender, die Komplexität der schnellen Abstimmung auf eine andere Frequenz;
zur Stromversorgung von VLF- und DV-Band-Radiosendern) werden große Kraftwerke benötigt;
ein wesentlicher Nachteil der VLF- und LW-Bereiche ist ihre Niederfrequenzkapazität;
ein ausreichend hoher industrieller und atmosphärischer Lärmpegel;
Abhängigkeit des Signalpegels am Empfangspunkt von der Tageszeit.
Anwendungsbereich von VLF-, DV-Band-Funkwellen:
Kommunikation mit Unterwasserobjekten;
globale Backbone- und Untergrundkommunikation;
Funkfeuer, sowie die Kommunikation in der Langstreckenluftfahrt und der Marine.
Hektometerwellen(SV) kann sich durch Oberflächen- und Weltraumwellen ausbreiten. Darüber hinaus ist die Kommunikationsreichweite mit einer Oberflächenwelle kürzer (überschreitet nicht 1000-1500 km), da ihre Energie vom Boden mehr absorbiert wird als die von langen Wellen. Wellen, die die Ionosphäre erreichen, werden von der Schicht intensiv absorbiert D wenn es vorhanden ist, aber von der Schicht gut entladen wird E.
Bei Mittelwelle ist die Kommunikationsreichweite sehr abhängig von Uhrzeit. Tagsüber sind die Mittelwellen so stark absorbiert in den unteren Schichten der Ionosphäre, dass die Himmelswelle praktisch nicht vorhanden ist. Nachtschicht D und die untere der schicht E verschwinden, so dass die Absorption von Mittelwellen abnimmt; und Weltraumwellen beginnen eine große Rolle zu spielen. Ein wichtiges Merkmal von Mittelwellen ist daher, dass die Kommunikation tagsüber durch eine Oberflächenwelle und nachts durch Oberflächen- und Weltraumwellen gleichzeitig aufrechterhalten wird.
Vorteile des CB-Bandes:
nachts im Sommer und während des größten Teils des Tages im Winter erreicht die von der ionosphärischen Welle bereitgestellte Kommunikationsreichweite Tausende von Kilometern;
Mittelwellen-Antennengeräte sind recht effektiv und haben selbst für den Mobilfunk akzeptable Abmessungen;
die Frequenzkapazität dieses Bereichs ist größer als die der VLF- und LW-Bereiche;
gute Beugungseigenschaften von Radiowellen in diesem Bereich;
die Leistung der Sender ist geringer als die der VLF- und LW-Bänder;
geringe Abhängigkeit von ionosphärischen Störungen und magnetischen Stürmen.
Nachteile der CB-Reihe:
die Überlastung des MW-Bands mit leistungsstarken Rundfunksendern erschwert die breite Nutzung;
begrenzte Frequenzbereichskapazität macht es schwierig, Frequenzen zu manövrieren;
die Kommunikationsreichweite auf dem NE ist tagsüber im Sommer immer begrenzt, da dies nur durch eine Erdwelle möglich ist;
ausreichend hohe Sendeleistungen;
es ist schwierig, hocheffiziente Antennengeräte zu verwenden, die Komplexität des Baus und der Restaurierung in kurzer Zeit;
ein ausreichend hohes Maß an gegenseitiger und atmosphärischer Beeinflussung.
Der praktische Anwendungsbereich von CB-Funkwellen; Mittelwellen-Funkstationen werden am häufigsten in den arktischen Regionen eingesetzt, als Backup bei Ausfall des weit verbreiteten Kurzwellen-Funkverkehrs aufgrund von ionosphärischen und magnetischen Störungen sowie in der Langstreckenluftfahrt und der Marine.
Dekameter-Wellen (KB) nehmen eine Sonderstellung ein. Sie können sowohl terrestrische als auch ionosphärische Wellen ausbreiten. Bei relativ niedrigen Sendeleistungen, die für Mobilfunkstationen typisch sind, breiten sich Bodenwellen über Entfernungen von nicht mehr als mehreren zehn Kilometern aus, da sie eine erhebliche Absorption im Boden erfahren, die mit zunehmender Frequenz zunimmt.
Ionosphärische Wellen aufgrund von Einfach- oder Mehrfachreflexionen an der Ionosphäre können sich unter günstigen Bedingungen über große Entfernungen ausbreiten. Ihre Haupteigenschaft besteht darin, dass sie von den unteren Regionen der Ionosphäre (Schichten D und E) und werden von seinen oberen Regionen (hauptsächlich von der Schicht F2 ... in einer Höhe von 300-500 km über dem Boden). Dadurch ist es möglich, Funkstationen mit relativ geringer Leistung für die direkte Kommunikation über unendlich große Entfernungen zu verwenden.
Aufgrund von Signalschwund kommt es zu einer signifikanten Verschlechterung der Qualität der HF-Funkkommunikation durch ionosphärische Wellen. Die Art des Fadings wird hauptsächlich auf die Interferenz mehrerer am Empfangsort eintreffender Strahlen reduziert, deren Phase sich aufgrund einer Änderung des Zustands der Ionosphäre ständig ändert.
Die Gründe für das Eintreffen mehrerer Strahlen am Ort des Empfangs von Signalen können sein:
Bestrahlung der Ionosphäre unter Winkeln, unter denen die eingestrahlten Strahlen
unterschiedliche Anzahl von Reflexionen von der Ionosphäre und der Erde, konvergieren am Empfangspunkt;
das Phänomen der Doppelbrechung unter dem Einfluss des Erdmagnetfelds, aufgrund dessen zwei Strahlen (gewöhnlich und außergewöhnlich), die von verschiedenen Schichten der Ionosphäre reflektiert werden, denselben Empfangspunkt erreichen;
Inhomogenität der Ionosphäre, die zu einer diffusen Reflexion der Wellen aus ihren verschiedenen Regionen führt, d.h. zur Reflexion von Strahlen vieler Elementarstrahlen.
Fading kann auch aufgrund von Polarisationsschwankungen von Wellen auftreten, wenn sie von der Ionosphäre reflektiert werden, was zu einer Änderung des Verhältnisses der vertikalen und horizontalen Komponenten des elektrischen Felds am Empfangspunkt führt. Polarisationsschwund wird viel seltener beobachtet als Interferenzschwund und macht 10-15% ihrer Gesamtzahl aus.
Durch Fading kann der Signalpegel an den Empfangspunkten über einen weiten Bereich schwanken - Dutzende und sogar Hunderte Male. Das Zeitintervall zwischen dem tiefen Fading ist ein zufälliger Wert und kann von Zehntelsekunden bis zu mehreren Sekunden und manchmal mehr variieren, und der Übergang von einem hohen zu einem niedrigen Pegel kann entweder glatt oder sehr abrupt sein. Schnelle Pegelwechsel überschneiden sich oft mit langsamen.
Die Bedingungen für den Durchgang von Kurzwellen durch die Ionosphäre ändern sich von Jahr zu Jahr, was mit einer fast periodischen Änderung der Sonnenaktivität, d.h. mit einer Änderung der Anzahl und Fläche der Sonnenflecken (Wolfszahl), die Strahlungsquellen sind, die die Atmosphäre ionisieren. Die Wiederkehrperiode der maximalen Sonnenaktivität beträgt 11,3 ± 4 Jahre. Während der Jahre maximaler Sonnenaktivität nehmen die maximal nutzbaren Frequenzen (MUF) zu und die Bereiche der Betriebsfrequenzbereiche erweitern sich.
In Abb. 2.10 zeigt eine typische Familie von täglichen MUF- und Least-Usable-Frequency-(LUF)-Plots für eine Strahlungsleistung von 1 kW.
Reis. 2.10 Der Verlauf der Kurven von MUF und NUF.
Diese Familie von Tagescharts entspricht bestimmten geografischen Gebieten. Daraus folgt, dass der anwendbare Frequenzbereich für die Kommunikation über eine gegebene Distanz sehr klein ausfallen kann. Es ist zu beachten, dass ionosphärische Vorhersagen einen Fehler haben können. Daher versuchen sie bei der Auswahl der maximalen Kommunikationsfrequenzen, die Linie der sogenannten optimalen Betriebsfrequenz (OPF) nicht zu überschreiten und die MUF-Linie um 20- 30%. Selbstverständlich wird dadurch die Arbeitsbreite des Sortiments weiter reduziert. Die Abnahme des Signalpegels bei Annäherung an die maximal nutzbare Frequenz erklärt sich durch die Variabilität der Parameter der Ionosphäre.
Aufgrund der Tatsache, dass sich der Zustand der Ionosphäre ändert, erfordert die Kommunikation durch eine ionosphärische Welle die richtige Wahl der Frequenzen während des Tages:
TAG mit Frequenzen 12-30 MHz,
MORGEN und ABEND 8-12 MHz, NACHT 3-8 MHz.
Die Grafiken zeigen auch, dass mit abnehmender Länge der Funkverbindung der Bereich der anwendbaren Frequenzen abnimmt (bei Entfernungen bis zu 500 km in der Nacht kann er nur 1-2 MHz betragen).
Die Bedingungen für die Funkkommunikation für lange Leitungen sind günstiger als für kurze, da es weniger davon gibt und der Bereich der dafür geeigneten Frequenzen viel breiter ist.
Ionosphärische und magnetische Stürme können den Zustand der HF-Funkkommunikation (insbesondere in den Polargebieten) erheblich beeinflussen, d.h. Störungen der Ionosphäre und des Erdmagnetfeldes unter dem Einfluss geladener Teilchenströme, die von der Sonne ausgestoßen werden. Diese Ströme zerstören oft die reflektierende ionosphärische Hauptschicht F2 im Bereich hoher geomagnetischer Breiten. Magnetische Stürme können sich nicht nur in den Polarregionen, sondern auf der ganzen Welt manifestieren. Ionosphärische Störungen haben eine Periodizität und sind mit der Umlaufzeit der Sonne um ihre Achse verbunden, die 27 Tagen entspricht.
Kurzwellen zeichnen sich durch das Vorhandensein von Stillezonen (Totzonen) aus. Die Schweigezone (Abb. 2.8) entsteht beim Funkverkehr über große Distanzen in Bereichen, die die Oberflächenwelle aufgrund ihrer Dämpfung nicht erreicht, und die Raumwelle wird in größerer Entfernung von der Ionosphäre reflektiert. Dies tritt bei Verwendung von Schmalstrahlantennen auf, wenn in kleinen Winkeln zum Horizont abgestrahlt wird.
Vorteile des HF-Bandes:
Ionosphärenwellen können aufgrund von Einzel- oder Mehrfachreflexionen an der Ionosphäre unter günstigen Bedingungen große Entfernungen zurücklegen. Sie werden von den unteren Regionen der Ionosphäre (D- und E-Schichten) schwach absorbiert und von den oberen (hauptsächlich von der F2-Schicht) gut reflektiert;
die Fähigkeit, Funkstationen mit relativ geringer Leistung für die direkte Kommunikation über einen unendlich großen Entfernungsbereich zu verwenden;
die Frequenzkapazität des HF-Bandes ist viel größer als die der VLF-, DV- und MW-Bänder, was den gleichzeitigen Betrieb einer großen Anzahl von Radiosendern ermöglicht;
Im Dekameterwellenbereich eingesetzte Antennengeräte haben akzeptable Abmessungen (auch für die Installation an bewegten Objekten) und können ausgeprägte Richteigenschaften aufweisen. Sie haben kurze Einsatzzeiten, sind günstig und im Schadensfall leicht zu reparieren.
Nachteile des HF-Bandes:
funkkommunikation mit ionosphärischen Wellen kann durchgeführt werden, wenn die verwendeten Frequenzen unter den Maximalwerten (MUF) liegen, die für jede Länge der Funkkommunikationsleitung durch den Ionisationsgrad der reflektierenden Schichten bestimmt werden;
Kommunikation ist nur möglich, wenn die Leistung der Sender und die Gewinne der verwendeten Antennen bei der Energieabsorption in der Ionosphäre die erforderliche Stärke des elektromagnetischen Feldes am Empfangsort liefern. Diese Bedingung begrenzt die untere Grenze der nutzbaren Frequenzen (LUF);
unzureichende Frequenzkapazität für die Nutzung von Breitbandbetriebsarten und Frequenzmanövern;
eine große Anzahl gleichzeitig arbeitender Funkstationen mit großer Kommunikationsreichweite führt zu einer großen gegenseitigen Störung;
eine große Kommunikationsreichweite macht es dem Feind leicht, absichtliche Einmischung zu verwenden;
das Vorhandensein von Stillezonen bei der Kommunikation über große Entfernungen;
eine signifikante Abnahme der Qualität der HF-Funkkommunikation durch ionosphärische Wellen aufgrund des Fadings von Signalen, das aufgrund der Variabilität der Struktur der reflektierenden Schichten der Ionosphäre, ihrer ständigen Störung und der Mehrwegeausbreitung von Wellen entsteht.
Praktische Anwendung von HF-Funkwellen
KB-Radiosender finden die breiteste praktische Anwendung für die Kommunikation mit entfernten Teilnehmern.
Meterwellen (UKW) umfassen eine Reihe von Abschnitten des Frequenzbereichs, die eine enorme Frequenzkapazität haben.
Natürlich unterscheiden sich diese Gebiete in den Eigenschaften der Funkwellenausbreitung erheblich voneinander. Die UKW-Energie wird von der Erde stark absorbiert (im allgemeinen Fall proportional zum Quadrat der Frequenz), sodass die Erdwelle ziemlich schnell abgeschwächt wird. Für UKW ist eine regelmäßige Reflexion von der Ionosphäre ungewöhnlich, daher wird die Kommunikation auf der Nutzung der Erdwelle und der sich im freien Raum ausbreitenden Welle berechnet. Weltraumwellen, die kürzer als 6-7 m (43-50 MHz) sind, passieren in der Regel die Ionosphäre, ohne von ihr reflektiert zu werden.
Die UKW-Ausbreitung erfolgt geradlinig, die maximale Reichweite wird durch die Sichtlinienreichweite begrenzt. Sie lässt sich nach der Formel ermitteln:
wobei Dmax die Sichtlinienreichweite in km ist;
h1 ist die Höhe der Sendeantenne, m;
h2 - Höhe der Empfangsantenne, m.
Aufgrund der Brechung (Refraktion) ist die Ausbreitung von Radiowellen jedoch gekrümmt. In diesem Fall beträgt der Koeffizient in der Bereichsformel nicht 3,57, sondern 4,1-4,5. Aus dieser Formel folgt, dass es zur Erhöhung der UKW-Kommunikationsreichweite erforderlich ist, die Sende- und Empfangsantennen höher zu stellen.
Eine Erhöhung der Sendeleistung führt nicht zu einer proportionalen Erhöhung der Kommunikationsreichweite, daher werden in dieser Reichweite Funkstationen mit geringer Leistung verwendet. Troposphärische und ionosphärische Streukommunikationen erfordern signifikante Sender.
Auf den ersten Blick sollte die Reichweite der Kommunikation durch Bodenwellen auf UKW sehr gering sein. Es ist jedoch zu beachten, dass mit einer Erhöhung der Frequenz der Wirkungsgrad von Antennengeräten steigt, wodurch Energieverluste in der Erde ausgeglichen werden.
Die Kommunikationsreichweite von terrestrischen Wellen hängt von der Wellenlänge ab. Die größte Reichweite wird bei Meterwellen erreicht, insbesondere bei Wellen neben dem HF-Band.
Meterwellen haben die Eigenschaft Beugung, d.h. die Eigenschaft, sich um die Unebenheiten des Geländes zu biegen. Die Erhöhung der Kommunikationsreichweite bei Meterwellen wird durch das Phänomen der Troposphäre begünstigt Brechung, d.h. das Phänomen der Brechung in der Troposphäre, das die Kommunikation auf geschlossenen Wegen gewährleistet.
Im Bereich von Meterwellen wird oft eine weitreichende Ausbreitung von Funkwellen beobachtet, was verschiedene Gründe hat. Langstreckenausbreitung kann mit der Bildung sporadischer ionisierter Wolken ( sporadische Schicht FS). Es ist bekannt, dass diese Schicht zu jeder Tages- und Jahreszeit erscheinen kann, außer für unsere Hemisphäre - hauptsächlich im späten Frühjahr und frühen Sommer tagsüber. Ein Merkmal dieser Wolken ist eine sehr hohe Ionenkonzentration, die manchmal ausreicht, um Wellen des gesamten UKW-Bereichs zu reflektieren. In diesem Fall liegt der Bereich des Standorts von Strahlungsquellen relativ zu den Empfangspunkten meistens in einer Entfernung von 2000-2500 km und manchmal näher. Die Intensität der von der Fs-Schicht reflektierten Signale kann selbst bei sehr geringen Quellenleistungen sehr hoch sein.
Ein weiterer Grund für die Langstreckenausbreitung von Meterwellen in den Jahren maximaler Sonnenaktivität kann die regelmäßige F2-Schicht sein. Diese Ausbreitung manifestiert sich in den Wintermonaten zum beleuchteten Zeitpunkt der Reflexionspunkte, d.h. wenn die Absorption von Wellenenergie in den unteren Regionen der Ionosphäre minimal ist. In diesem Fall kann die Kommunikationsreichweite globale Größenordnungen erreichen.
Die Ausbreitung von Meterwellen über große Entfernungen kann auch bei nuklearen Explosionen in großer Höhe auftreten. In diesem Fall erscheint zusätzlich zum unteren Bereich erhöhter Ionisation ein oberer (auf der Ebene der Fs-Schicht). Meterwellen dringen in den unteren Bereich ein, erfahren eine gewisse Absorption, werden vom oberen reflektiert und kehren zur Erde zurück. Die dabei zurückgelegten Distanzen liegen im Bereich von 100 bis 2500 km. Feldstärke reflektiert von diesen Wellen hängt von der Frequenz ab: Die niedrigsten Frequenzen werden im unteren Ionisationsbereich am stärksten absorbiert, und die höchsten werden im oberen Bereich unvollständig reflektiert.
Die Grenzfläche zwischen KB- und Meterwellen passiert bei einer Wellenlänge von 10 m (30 MHz). Die Ausbreitungseigenschaften von Funkwellen können sich nicht schlagartig ändern, d.h. es muss eine Region oder einen Abschnitt von Frequenzen geben, die übergangsweise... Ein solcher Abschnitt des Frequenzbereichs ist ein Abschnitt von 20-30 MHz. Während der Jahre minimaler Sonnenaktivität (sowie nachts, unabhängig von der Aktivitätsphase) sind diese Frequenzen für die Fernkommunikation durch ionosphärische Wellen praktisch ungeeignet und ihre Verwendung erweist sich als äußerst begrenzt. Gleichzeitig kommen die Eigenschaften der Wellenausbreitung in diesem Bereich unter den angegebenen Bedingungen den Eigenschaften von Meterwellen sehr nahe. Es ist kein Zufall, dass dieser Frequenzabschnitt im Interesse der Funkkommunikation verwendet wird, wobei der Schwerpunkt auf Meterwellen liegt.
Vorteile des UKW-Bandes:
die geringen Abmessungen der Antennen ermöglichen eine ausgeprägte Richtstrahlung, die die schnelle Dämpfung der Funkwellenenergie ausgleicht;
die Ausbreitungsbedingungen hängen im Allgemeinen nicht von der Tages- und Jahreszeit sowie der Sonnenaktivität ab;
begrenzte Kommunikationsreichweite ermöglicht die mehrfache Nutzung derselben Frequenzen auf Flächen, deren Entfernung zwischen den Grenzen nicht geringer ist als die Summe der Reichweite von Radiosendern mit denselben Frequenzen;
geringerer Grad an unbeabsichtigten (natürlichen und künstlichen) und beabsichtigten Störungen durch stark gerichtete Antennen und og begrenzte Kommunikationsreichweite;
riesige Frequenzkapazität, die die Verwendung von Anti-Jamming-Breitbandsignalen für eine große Anzahl gleichzeitig arbeitender Stationen ermöglicht;
bei Verwendung von Breitbandsignalen für die Funkkommunikation ist die Frequenzinstabilität der Funkleitung ausreichend δf = 10 -4;
die Fähigkeit von UKW, die Ionosphäre ohne nennenswerte Energieverluste zu durchdringen, ermöglichte die Durchführung von Weltraumfunkkommunikationen über Entfernungen, die in Millionen Kilometern gemessen werden;
hochwertiger Radiokanal;
aufgrund sehr geringer Energieverluste im freien Raum kann die Kommunikationsreichweite zwischen Flugzeugen, die mit Funkstationen mit relativ geringer Leistung ausgestattet sind, mehrere hundert Kilometer erreichen;
Eigenschaft der Fernausbreitung von Meterwellen;
geringe Sendeleistung und eine geringe Abhängigkeit der Kommunikationsreichweite von der Leistung.
Nachteile des UKW-Bereichs:
kurze Reichweite der Funkkommunikation durch eine Erdwelle, praktisch durch die Sichtlinie begrenzt;
bei Verwendung von Schmalstrahlantennen ist es schwierig, mit mehreren Korrespondenten zu arbeiten;
Bei Verwendung von Antennen mit kreisförmiger Richtwirkung werden die Kommunikationsreichweite, der Intelligenzschutz und die Störfestigkeit reduziert.
Der praktische Anwendungsbereich von VHF-Dianazon-Funkwellen Die Reichweite wird von einer Vielzahl von Radiosendern gleichzeitig genutzt, zumal die Reichweite der gegenseitigen Beeinflussung zwischen ihnen in der Regel gering ist. Die Eigenschaften der Ausbreitung von Bodenwellen bieten eine breite Anwendung von Ultrakurzwellen für die Kommunikation in der taktischen Kontrollverbindung, einschließlich zwischen verschiedenen Arten von mobilen Objekten. Interplanetare Kommunikation.
Unter Berücksichtigung der Vor- und Nachteile der einzelnen Bänder können wir den Schluss ziehen, dass die akzeptablen Reichweiten für Radiosender mit geringer Leistung die Wellenlängen Dekameter (KB) und Meter (VHF) sind.
2.5 Einfluss nuklearer Explosionen auf den Zustand des Funkverkehrs
Bei nuklearen Explosionen erzeugt die augenblickliche Gammastrahlung, die mit den Atomen der Umgebung interagiert, einen Strom schneller Elektronen, die mit hoher Geschwindigkeit hauptsächlich in radialer Richtung vom Explosionszentrum fliegen, und positive Ionen, die praktisch an Ort und Stelle bleiben. So kommt es im Weltraum seit einiger Zeit zu einer Trennung von positiven und negativen Ladungen, was zur Entstehung elektrischer und magnetischer Felder führt. Aufgrund ihrer kurzen Dauer werden diese Felder üblicherweise als elektromagnetischer Puls (AMY) eine nukleare Explosion. Die Dauer seiner Existenz beträgt ungefähr 150-200 Millisekunden.
Elektromagnetischer Puls (der fünfte Schadensfaktor einer nuklearen Explosion) ohne besondere Schutzmaßnahmen kann es die Steuer- und Kommunikationsausrüstung beschädigen und den Betrieb von elektrischen Geräten stören, die an lange Außenleitungen angeschlossen sind.
Kommunikations-, Signal- und Kontrollsysteme sind am anfälligsten für die Wirkung eines elektromagnetischen Impulses einer nuklearen Explosion. Durch den Einfluss des EMP einer nuklearen Boden- oder Luftexplosion auf die Antennen von Funkstationen wird in ihnen eine elektrische Spannung induziert, unter deren Einfluss ein Ausfall der Isolierung, Transformatoren, Schmelzen von Drähten, Ausfall von Ableitern , Schäden an elektronischen Lampen, Halbleiterbauelementen, Kondensatoren, Widerständen usw. ...
Es wurde festgestellt, dass beim Anlegen von EMP an das Gerät die höchste Spannung in den Eingangskreisen induziert wird.Bei Transistoren wird die folgende Abhängigkeit beobachtet: Je höher die Verstärkung eines Transistors, desto geringer seine Durchschlagsfestigkeit.
Das Funkgerät hat eine konstante Spannungsfestigkeit von nicht mehr als 2-4 kV. Da der elektromagnetische Impuls einer nuklearen Explosion kurzlebig ist, kann die ultimative elektrische Festigkeit von Geräten ohne Schutzausrüstung als höher angesehen werden - ungefähr 8-10 kV.
Tisch 1 zeigt die ungefähren Entfernungen (in km), bei denen in den Antennen von Funkstationen zum Zeitpunkt einer nuklearen Explosion gefährliche Spannungen für Geräte über 10 und 50 kV induziert werden.
Tabelle 1
Bei größeren Entfernungen ähnelt die EMR-Wirkung der Wirkung einer nicht sehr weit entfernten Blitzentladung und verursacht keine Schäden am Gerät.
Die Wirkung eines elektromagnetischen Impulses auf Funkanlagen wird bei Anwendung besonderer Schutzmaßnahmen stark reduziert.
Die effektivste Art zu schützen Funkelektronische Geräte, die sich in Bauwerken befinden, verwenden elektrisch leitfähige (Metall-)Abschirmungen, die die Höhe der an internen Drähten und Kabeln induzierten Spannungen erheblich reduzieren. Es werden blitzschutzähnliche Schutzeinrichtungen verwendet: Ableiter mit Entwässerungs- und Sperrspulen, Sicherungseinsätze, Entkopplungsvorrichtungen, Stromkreise zum automatischen Trennen von Geräten von der Leitung.
Eine gute Schutzmaßnahme ist auch eine zuverlässige Erdung der Geräte an einer Stelle. Die Implementierung von funktechnischen Geräten ist auch blockweise wirksam, wobei jeder Block und das gesamte Gerät als Ganzes geschützt werden. Dies ermöglicht es, eine ausgefallene Einheit schnell durch eine redundante zu ersetzen (in den kritischsten Geräten werden die Einheiten mit automatischer Umschaltung dupliziert, wenn die Haupteinheiten beschädigt sind). In einigen Fällen können Selenelemente und Stabilisatoren zum Schutz vor EMP verwendet werden.
Darüber hinaus anwendbar Eingangsschutzvorrichtungen, das sind verschiedene Relais oder elektronische Geräte, die auf Überspannung im Stromkreis reagieren. Wenn ein Spannungsimpuls eintrifft, der durch einen elektromagnetischen Impuls in der Leitung induziert wird, schalten sie das Gerät aus oder unterbrechen einfach die Arbeitskreise.
Bei der Auswahl von Schutzeinrichtungen ist zu berücksichtigen, dass die Wirkung von EMP durch Massivität gekennzeichnet ist, dh den gleichzeitigen Betrieb von Schutzeinrichtungen in allen im Explosionsbereich erfassten Stromkreisen. Daher sollten die angewendeten Schutzschemata den Betrieb der Schaltkreise unmittelbar nach Beendigung des elektromagnetischen Impulses automatisch wiederherstellen.
Die Widerstandsfähigkeit der Betriebsmittel gegen die bei einer nuklearen Explosion in Leitungen auftretenden Spannungseinwirkungen hängt in hohem Maße vom korrekten Betrieb der Leitung und der sorgfältigen Überwachung der Funktionsfähigkeit der Schutzeinrichtungen ab.
ZU wichtige Betriebsanforderungen umfasst eine regelmäßige und rechtzeitige Überprüfung der elektrischen Festigkeit der Isolierung der Leitung und der Eingangsstromkreise des Geräts, die rechtzeitige Identifizierung und Beseitigung von auftretenden Drahterdungen, die Überwachung der Funktionsfähigkeit von Ableitern, Sicherungseinsätzen usw.
Atomexplosion in großer Höhe begleitet von der Bildung von Bereichen erhöhter Ionisation. Bei Explosionen in Höhen bis etwa 20 km wird der ionisierte Bereich zunächst durch die Größe des leuchtenden Bereichs und dann durch die Explosionswolke begrenzt. In Höhen von 20-60 km sind die Abmessungen des ionisierten Bereichs etwas größer als die Abmessungen der Explosionswolke, insbesondere an der oberen Grenze dieses Höhenbereichs.
Bei nuklearen Explosionen in großen Höhen treten in der Atmosphäre zwei Bereiche erhöhter Ionisation auf.
Erster Bereich entsteht im Bereich der Explosion durch die ionisierte Substanz der Munition und die Ionisierung der Luft durch die Stoßwelle. Die Abmessungen dieses Bereichs in horizontaler Richtung erreichen Dutzende und Hunderte von Metern.
Zweiter Bereich eine verstärkte Ionisation tritt unterhalb des Explosionszentrums in der Atmosphäre in Höhen von 60-90 km als Folge der Absorption durchdringender Strahlung durch die Luft auf. Die Entfernungen, in denen durchdringende Strahlung eine Ionisation erzeugt, betragen in horizontaler Richtung Hunderte und sogar Tausende von Kilometern.
Bereiche mit erhöhter Ionisation, die aus einer nuklearen Explosion in großer Höhe resultieren, absorbieren Funkwellen und ändern ihre Ausbreitungsrichtung, was zu einer erheblichen Störung des Betriebs von Funkgeräten führt. In diesem Fall kommt es zu Unterbrechungen der Funkkommunikation, und in einigen Fällen wird diese vollständig unterbrochen.
Die Art der schädigenden Wirkung des elektromagnetischen Pulses von nuklearen Explosionen in großer Höhe ist grundsätzlich ähnlich der Art der schädigenden Wirkung der EMP von Boden- und Luftexplosionen.
Die Schutzmaßnahmen gegen die schädigende Wirkung des elektromagnetischen Pulses von Höhenexplosionen sind die gleichen wie gegen die EMP von Boden- und Luftexplosionen.
2.5.1 Schutz vor ionisierender und elektromagnetischer Strahlung
Atomexplosionen in großer Höhe (HNE)
Interferenzen mit RS können durch Explosionen von Kernwaffen entstehen, begleitet von der Emission starker elektromagnetischer Impulse von kurzer Dauer (10-8 Sekunden) und Änderungen der elektrischen Eigenschaften der Atmosphäre.
EMP (Funkblitz) tritt auf:
Erstens , als Folge der asymmetrischen Ausdehnung der Wolke von elektrischen Entladungen, die sich unter dem Einfluss ionisierender Strahlung von Explosionen gebildet hat;
Zweitens , aufgrund der schnellen Expansion eines hochleitfähigen Gases (Plasma), das aus den Explosionsprodukten gebildet wird.
Nach einer Explosion im Weltraum entsteht ein Feuerball, bei dem es sich um eine stark ionisierte Kugel handelt. Diese Kugel dehnt sich schnell (mit einer Geschwindigkeit von etwa 100-120 km / h) über der Erdoberfläche aus und verwandelt sich in eine Kugel mit falscher Konfiguration, die Dicke der Kugel erreicht 16-20 km. Die Elektronenkonzentration in einer Kugel kann 105-106 Elektronen / cm3 erreichen, d.h. 100-1000 mal höher als die normale Elektronenkonzentration in der ionosphärischen Schicht D.
Nukleare Explosionen in großer Höhe (HNE) in Höhen über 30 km beeinflussen die elektrischen Eigenschaften der Atmosphäre über lange Zeiträume hinweg erheblich und haben daher einen starken Einfluss auf die Ausbreitung von Radiowellen.
Darüber hinaus induziert ein starker elektromagnetischer Impuls, der während des IYE entsteht, hohe Spannungen (bis zu 10.000-50.000 V) und Ströme bis zu mehreren tausend Ampere in drahtgebundenen Kommunikationsleitungen.
Die Kraft des EMP ist so groß, dass seine Energie ausreicht, um die Erde bis zu 30 m zu durchdringen und das EMF in einem Umkreis von 50-200 km um das Epizentrum der Explosion zu induzieren.
Der Haupteffekt des IJW besteht jedoch darin, dass die enorme Energiemenge, die während der Explosion freigesetzt wird, sowie die intensiven Ströme von Neutronen, Röntgen-, Ultraviolett- und Gammastrahlen zur Bildung hochionisierter Bereiche in der Atmosphäre führen und Erhöhung der Elektronendichte in der Ionosphäre, was wiederum zur Absorption von Radiowellen und zur Störung der Stabilität der Funktion des Kontrollsystems führt.
2.5.2 Charakteristische Anzeichen von IJV
EYE in einem bestimmten Bereich oder in dessen Nähe wird von einer sofortigen Einstellung des Empfangs entfernter Stationen im HF-Wellenbereich begleitet.
Im Moment der Beendigung der Kommunikation ist in den Telefonen ein kurzes Klicken zu beobachten, dann sind nur noch die eigenen Geräusche des Empfängers und schwaches Knistern wie Blitze zu hören.
Einige Minuten nach Beendigung der Kommunikation auf HF nehmen die Störungen durch entfernte Stationen im Meterbereich von Wellen auf UKW stark zu.
Die Reichweite des Radars und die Genauigkeit der Koordinatenmessung werden reduziert.
Grundlage für den Schutz elektronischer Mittel ist die richtige Nutzung des Frequenzbereichs und aller Faktoren, die sich durch den Einsatz von IYA . ergeben
2.5.3 Grundlegende Definitionen:
reflektierte Funkwelle (reflektierte Welle ) ist eine Funkwelle, die sich nach Reflexion an der Grenzfläche zwischen zwei Medien oder an Inhomogenitäten des Mediums ausbreitet;
direkte Funkwelle (gerade Welle ) Ist eine Funkwelle, die sich direkt von Quellen zum Empfangsort ausbreitet;
terrestrische Funkwelle (Erdwelle ) - eine Funkwelle, die sich nahe der Erdoberfläche ausbreitet und eine direkte Welle, eine von der Erde reflektierte Welle und eine Oberflächenwelle umfasst;
ionosphärische Radiowelle (ionosphärische Welle ) - eine Funkwelle, die sich durch Reflexion an der Ionosphäre ausbreitet oder daran gestreut wird;
Absorption von Radiowellen (Absorption ) - eine Abnahme der Energie einer Funkwelle aufgrund ihres teilweisen Übergangs in Wärmeenergie infolge der Wechselwirkung mit der Umgebung;
Mehrwege (Mehrwege ) - Ausbreitung von Funkwellen von der Sende- zur Empfangsantenne auf mehreren Wegen;
effektive Reflexionshöhe der Schicht (Nutzhöhe ) Ist die hypothetische Höhe der Reflexion der Radiowelle an der ionisierten Schicht, abhängig von der Verteilung der Elektronenkonzentration über die Höhe und Länge der Radiowelle, bestimmt durch die Zeit zwischen dem Senden und Empfangen der reflektierten ionosphärischen Welle während vertikale Sondierung unter der Annahme, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Funkwelle entlang des gesamten Pfades gleich der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist;
Ionosphärensprung (Sprung ) ist der Ausbreitungsweg einer Radiowelle von einem Punkt auf der Erdoberfläche zu einem anderen, deren Durchgang von einer Reflexion von der Ionosphäre begleitet wird;
maximal nutzbare Frequenz (MUF) - die höchste Frequenz der Radioemission, bei der sich unter bestimmten Bedingungen zwischen bestimmten Punkten zu einem bestimmten Zeitpunkt eine ionosphärische Ausbreitung von Radiowellen findet, dies ist die Frequenz, die noch von der Ionosphäre reflektiert wird;
optimale Betriebsfrequenz (ORCH) - die Frequenz der Funkemission unterhalb der IF, bei der unter bestimmten geophysikalischen Bedingungen eine stabile Funkkommunikation durchgeführt werden kann. Der ORF liegt in der Regel 15 % unter dem MUF;
vertikaler ionosphärischer Klang (vertikal klingend ) - Ionosphärensondierung unter Verwendung von Funksignalen, die relativ zur Erdoberfläche senkrecht nach oben abgestrahlt werden, vorausgesetzt, die Sende- und Empfangspunkte sind ausgerichtet;
ionosphärische Störung - Verletzung der Ionisationsverteilung in der Atmosphäre, die normalerweise die Änderung der durchschnittlichen Ionisationseigenschaften für gegebene geografische Bedingungen überschreitet;
ionosphärischer Sturm - langfristige Ionosphärenstörung hoher Intensität.
Bei der Bestimmung der Reichweite von Funksystemen müssen die Absorption und Brechung von Funkwellen während ihrer Ausbreitung in der Atmosphäre, ihre Reflexion an der Ionosphäre, der Einfluss der darunter liegenden Oberfläche entlang des Wegs, auf dem sich das Funksignal ausbreitet, berücksichtigt werden .
Der Einfluss dieser Faktoren hängt vom Frequenzbereich und den Betriebsbedingungen des Funksystems (Tageszeit, geografisches Gebiet, Antennenhöhen von Sender und Empfänger) ab.
Der Einfluss der Absorption und Brechung von Radiowellen ist in der unteren Hauptschicht der Atmosphäre, der Troposphäre, am deutlichsten. Die Troposphäre erstreckt sich in den Polarregionen bis zu 8-10 km und in den tropischen Breiten der Erde bis zu 16-18 km. Der Hauptteil des Wasserdampfs konzentriert sich in der Troposphäre, es bilden sich Wolken und turbulente Strömungen, die die Ausbreitung von Radiowellen, insbesondere im Millimeter-, Zentimeter- und Dezimeterbereich, beeinflussen, die in der Radar- und Nahbereichsfunknavigation verwendet werden.
Die Reflexion von Radiowellen aus der Ionosphäre beeinflusst am stärksten Dekameter und längere Wellen, die in Navigations- und Kommunikationssystemen verwendet werden.
Betrachten wir kurz den Einfluss der aufgeführten Faktoren.
Der Einfluss der Dämpfung von Radiowellen in der Troposphäre hängt mit ihrer Absorption durch Sauerstoff- und Wasserdampfmoleküle, Hydrometeoren (Regen, Nebel, Schnee) und feste Partikel zusammen. Absorption und Streuung führen zu einer Abnahme der Leistungsflussdichte der Funkwelle mit der Entfernung nach dem Exponentialgesetz, d. h. die Signalleistung am Eingang wird um einen Faktor gedämpft. Der Wert des Dämpfungsfaktors hängt vom Dämpfungskoeffizienten und der von den Funkwellen zurückgelegten Entfernung D ab. Wenn der Koeffizient entlang der gesamten Strecke konstant ist und der Fall eines aktiven Radars mit passiver Reaktion betrachtet wird, dann ist die Signalleistung am Empfänger Eingang nimmt durch Dämpfung von auf . ab
Wenn Sie sich ausdrücken, dann. Bei Anwesenheit von Hydrometeoren und anderen Partikeln in der Atmosphäre ist der Dämpfungskoeffizient die Summe der partiellen Dämpfungskoeffizienten, die durch die Aufnahme von Sauerstoff und Wasserdampf durch Moleküle sowie durch den Einfluss von flüssigen und festen Partikeln verursacht werden. Die molekulare Absorption in der Atmosphäre tritt hauptsächlich bei Frequenzen nahe der Resonanz auf. Die Resonanzlinien aller Gase in der Atmosphäre, mit Ausnahme von Sauerstoff und Wasserdampf, liegen außerhalb der Reichweite von Radiowellen, daher beeinflusst nur die Absorption von Sauerstoff und Wasserdampf durch Moleküle die Reichweite des RTS maßgeblich. Die Absorption durch Wasserdampfmoleküle ist bei der Welle maximal und durch Sauerstoffmoleküle - bei den Wellen.
Somit ist die molekulare Absorption im Zentimeter- und insbesondere im Millimeterwellenlängenbereich von Bedeutung, wo sie die Reichweite von Funksystemen, insbesondere Radarsystemen, die mit reflektierten Signalen arbeiten, einschränkt.
Ein weiterer Grund für den Verlust von Signalenergie während der Ausbreitung ist die Streuung von Funkwellen, vor allem durch Regentropfen und Nebel. Je größer das Verhältnis des Radius des Tropfens , zur Wellenlänge
, zur Wellenlänge , desto größer ist der Energieverlust aufgrund seiner Dissipation in alle Richtungen. Diese Streuung nimmt proportional zur vierten Potenz der Frequenz zu, da der EPR des Abfalls bei
wo ist die Dielektrizitätskonstante von Wasser.
Wenn der Durchmesser der Tröpfchen und ihre Anzahl pro Volumeneinheit bekannt sind, kann der Schwächungskoeffizient bestimmt werden. In Nachschlagewerken wird der Koeffizient für Regen meist in Abhängigkeit von seiner Intensität und Wellenlänge angegeben. Im Zentimeterbereich variiert der Dämpfungskoeffizient etwa proportional zum Quadrat der Signalfrequenz. Wenn bei einer Frequenz von mm / h, dann bei einer Frequenz mit der gleichen Regenrate.
Die Dämpfung von Funkwellen im Nebel ist direkt proportional zur Wasserkonzentration. Die Dämpfung von Funkwellen durch Hagel und Schnee ist viel geringer als die durch Regen oder Nebel und wird meist vernachlässigt.
Die maximale Reichweite des Radars unter Berücksichtigung der Dämpfung ergibt sich aus der Formel
wenn der Bereich im freien Speicherplatz bekannt ist. Diese Gleichung kann grafisch gelöst werden, indem sie in logarithmischer Form dargestellt wird. Nach einfachen Transformationen finden wir
Bezeichnen wir die relative Abnahme des Bereichs und schreiben Sie die Gleichung in einer Form, die für eine grafische Lösung geeignet ist:
Abbildung 9.4 zeigt die Abhängigkeit von gegeben und zu finden, und daher,.
Einfluss der Radiowellenbrechung in der Atmosphäre. Brechung (Refraktion, Krümmung) von Radiowellen ist die Abweichung der Ausbreitung von Radiowellen von der geradlinigen, wenn sie ein Medium mit sich ändernden elektrischen Parametern passieren. Die Brechungseigenschaften eines Mediums werden durch den Brechungsindex charakterisiert, der durch seine Dielektrizitätskonstante bestimmt wird. Zusammen mit dem Brechungsindex in der Atmosphäre ändert er sich mit der Höhe. Die Höhenänderungsrate ist durch einen Gradienten gekennzeichnet, dessen Wert und Vorzeichen die Refraktion charakterisieren.
Wenn keine Brechung vorliegt. Wenn, dann wird die Brechung als negativ angesehen und die Flugbahn der Radiowelle wird von der Erdoberfläche weggebogen. die Brechung ist positiv und die Flugbahn der Funkwelle wird zur Erde gebogen, was zu ihrer Biegung durch die Funkwelle und einer Erhöhung der Reichweite von Funksystemen und insbesondere der Reichweite der Radarerkennung von Schiffen und niedrigen fliegende.
Für den Normalzustand der Atmosphäre, d.h. die Refraktion ist positiv, was zu einer Vergrößerung der Reichweite des Radiohorizonts führt. Dem Einfluss der Normalbrechung wird durch die scheinbare Vergrößerung des Erdradius um den Faktor Rechnung getragen, der einer Vergrößerung der Reichweite des Funkhorizonts entspricht. Der Krümmungsradius der Flugbahn der Funkwelle ist umgekehrt proportional zum Gradienten, d.h. Wenn der Krümmungsradius der Flugbahn der Funkwelle gleich dem Radius der Erde ist und sich die horizontal gerichtete Funkwelle parallel zur Erdoberfläche ausbreitet und sich um sie biegt. Dies ist ein Fall der kritischen Refraktion, bei dem eine deutliche Reichweitenerhöhung des Radars möglich ist.
Unter anormalen Bedingungen in der Troposphäre (ein starker Anstieg von Druck, Feuchtigkeit, Temperatur) ist auch Superbrechung möglich, bei der der Krümmungsradius der Funkwellenbahn kleiner wird als der Radius der Erde. In diesem Fall ist eine Wellenleiterausbreitung von Funkwellen über sehr große Entfernungen in der Troposphäre möglich, wenn sich die Radarantenne und das Objekt in Höhenlagen innerhalb der troposphärischen Schicht befinden, die den Wellenleiterkanal bildet.
Einfluss des Untergrundes. Neben der atmosphärischen Brechung kommt es durch die Beugung von Radiowellen zu einer Biegung um die Erdoberfläche. In der Schattenzone (hinter dem Horizont) nimmt die Intensität der Funkwellen jedoch aufgrund von Verlusten in der darunter liegenden Oberfläche schnell ab, die mit zunehmender Frequenz des Funksignals schnell zunehmen. Daher kann eine Oberflächenwelle, also eine Welle, die die Erdoberfläche umhüllt, nur bei Wellen von mehr als 1000 m eine große Reichweite des Systems (mehrere Hundert und sogar Tausende von Kilometern) bereitstellen. Daher verwenden Langstrecken-RNS Wellen im Langwellen- und Superlangwellenbereich.
Die Dämpfung einer Oberflächenwelle hängt von der Dielektrizitätskonstante und der elektrischen Leitfähigkeit des Untergrunds ab, außerdem für die Meeresoberfläche und für Sand- oder Bergwüsten; gleichzeitig variiert sie im Bereich von 0,0001 - 5 S / m. Mit abnehmender Bodenleitfähigkeit steigt die Dämpfung stark an, daher ist der größte Wirkungsbereich bei der Ausbreitung von Funkwellen über das Meer gegeben, was für die maritime Funknavigation unerlässlich ist.
Der Einfluss des Untergrundes beeinflusst nicht nur die Reichweite des RNS, sondern auch deren Genauigkeit, da die Phasengeschwindigkeit der Funkwellenausbreitung auch von den Parametern des Untergrundes abhängt. Abhängig von den Parametern des Untergrundes werden spezielle Karten zur Phasengeschwindigkeitskorrektur erstellt, da sich diese Parameter jedoch je nach Jahreszeit und Tageszeit und sogar Wetter ändern, ist es fast unmöglich, Positionierungsfehler durch eine Änderung des Untergrunds vollständig zu eliminieren die Phasengeschwindigkeit der Funkwellenausbreitung.
Radiowellen mit einer Länge von mehr als 10 m können sich durch einfache oder mehrfache Reflexionen an der Ionosphäre über den Horizont hinaus ausbreiten.
Einfluss der Reflexion von Radiowellen durch die Ionosphäre. Radiowellen, die die Empfangsantenne erreichen, nachdem sie von der Ionosphäre reflektiert wurden, werden als räumlich bezeichnet.
Solche Wellen bieten eine sehr große Reichweite, die in Kommunikationssystemen des kurzwelligen (Dekameter-)Bereichs verwendet wird. Auf Weltraumwellen wird die Radarerkennung einiger Ziele (nukleare Explosionen und Raketenstarts) auch mit Hilfe von Signalen durchgeführt, die vom Ziel reflektiert werden, die auf dem Ausbreitungsweg eine oder mehrere Reflexionen von der Ionosphäre und der Erdoberfläche erfahren. Das Phänomen des Empfangens solcher Signale (der Kabanov-Effekt) wurde 1947 vom sowjetischen Wissenschaftler NI Kabanov entdeckt. Radare, die auf diesem Effekt basieren, werden als Ionosphären- oder Over-the-Horizon-Radar bezeichnet. Bei solchen Stationen, die bei Wellenlängen von 10-15 m arbeiten, wird wie bei herkömmlichen Radargeräten die Zielentfernung durch die Signallaufzeit bestimmt und die Richtung mit einer Richtantenne festgelegt. Aufgrund der Instabilität der Ionosphäre ist die Genauigkeit solcher Stationen gering und die Berechnung der Reichweite ist aufgrund der Schwierigkeit, die Verluste durch Streuung und Absorption von Funkwellen entlang des Ausbreitungsweges zu berücksichtigen, eine schwierige Aufgabe. sowie wenn sie von der Erde und der Ionosphäre reflektiert werden. In diesem Fall müssen auch Verluste durch eine Änderung der Polarisationsebene von Funkwellen berücksichtigt werden.
Die Abhängigkeit der ionosphärischen Höhe führt aus vielen Gründen zu unvorhersehbaren Änderungen der Signalverzögerung, was es schwierig macht, Himmelswellen für die Funknavigation zu verwenden. Außerdem führt die Interferenz von Raum- und Oberflächenwellen zu einer Verzerrung des Oberflächensignals und verringert die Genauigkeit der Positionierung.
Betrachten wir abschließend die Merkmale der Ausbreitung von Funkwellen im Myriameterbereich (Superlangwellen) mit einer Länge von 10-30 km, die in bodengestützten globalen Navigationssystemen verwendet werden. Diese Wellen werden von der darunter liegenden Oberfläche schlecht absorbiert und sowohl nachts als auch tagsüber gut von ihr sowie von der Ionosphäre reflektiert. Infolgedessen breiten sich ultralange Wellen wie in einem von der Erdoberfläche und der Ionosphäre begrenzten Wellenleiter über sehr lange Distanzen um die Erde aus. Gleichzeitig können die Änderung der Ausbreitungsgeschwindigkeit und Phasenverschiebungen vorhergesagt werden, was eine für die Navigation auf offenem Meer ausreichende Positionsgenauigkeit gewährleistet.
Derzeit werden Satelliten-RNS für die globale Navigation verwendet, bei der aufgrund der großen Höhe der Satellitenumlaufbahnen eine direkte "Sicht" auf große Entfernungen mit Dezimeterwellen bereitgestellt wird, die frei durch die Ionosphäre gehen. deckt den gesamten erdnahen Raum ab.
Schreiben Sie die Gleichung für die Reichweite des Freiraum-Radars.
Wie hängt die Reichweite einer Radarstation von ihrer Wellenlänge ab?
Wie beeinflusst die Reflexion von Funkwellen von der Erdoberfläche die Radarreichweite?
Was ist die Besonderheit bei der Erkennung tiefliegender Objekte?
Was sind die Hauptursachen für die Ausbreitungsdämpfung eines Radarsignals?
Bestimmen Sie die Reichweite eines 3-Zentimeter-Bereichsradars, das bei Regenbedingungen von mm / h () betrieben wird. Radarreichweite im freien Raum.
Unter welchen Bedingungen führt die Brechung von Funkwellen zu einer abnormalen Vergrößerung der Reichweite des Radars?
Welchen Einfluss hat der Untergrund auf den Betrieb des RNS?
Was ist der "Kabanov-Effekt" und wie wird er in der Praxis angewendet?
Warum werden VLF-Funkwellen in globalen bodengestützten RNS verwendet?
