Естественные среды распространения радиоволн. Типы радиоволн
Распространение радиоволн — это перенос энергии электромагнитных колебаний в диапазоне радиочастот.
Радиоволны возбуждаются передающими антеннами, а затем распространяются в той или иной естественной среде, таким образом среда распространения является неотъемлемой частью любой радиосети или радиолинии. Для большинства волн естественной средой распространения является атмосфера Земли, в которой выделяют три области:
- Тропосфера, являющаяся нижней областью атмосферы и простирающаяся на 10-15 километров.
- Стратосфера, которая располагается над тропосферой на высоту до 50 — 80 километров.
- Ионосфера, занимающая околоземное пространство от высоты 80 до 1000 километров.
В том случае, когда радиоволны используются для связи с космическими аппаратами, то средой их распространение, помимо атмосферы Земли, является космическое пространство. Средой распространения радиоволн может являться также толща Земли, включая реки, озера, океаны и моря. Полупроводящие свойства являются причиной утечки энергии радиоволн в Землю. Из-за сферичности нашей планеты возникает дифракция — рассеяния волны из-за выпуклости земного шара. Неровности земной поверхности рассеивают и отражают радиоволны, изменяя их параметры и создают затенение пункта приема сигналов.
Ионосфера и тропосфера, как среды распространения радиоволн, характеризуются такими параметрами, как удельная проводимость, а также магнитная и диэлектрическая проницаемость. Значения перечисленных параметров являются функциями координат частоты и времени распространяющейся радиоволны и определяют специфику распространения радиоволн.
Радиоволны делятся на несколько типов: прямая волна, которая распространяется непосредственно от источника к пункту приема; земная волна, которая распространяется вблизи земной поверхности и включает в себя прямую радио волну, отраженную от земли, а также поверхностную; тропосферная волна, которая распространяется между точками по траектории в пределах тропосферы; ионосферная волна, которая распространяется в результате отражение от ионосферы и рассеяния в ней.
Назначение, классификация и основные параметры антенн
Антенна — это радиотехническое устройство, которое предназначено для приема и излучения электромагнитных волн.
Антенна является одной из самых важных составляющих любой радиотехнической системы, которая связана с приемом или излучением радиоволн. К данным системам относятся системы радиоуправления, радиовещания, радиолокации, радиорелейной связи, радионавигации и множество других.
С точки зрения конструкции антенна представляет собой диэлектрики, металлические поверхности, магнитодиэлектрики, провода. Электромагнитные колебания высокой частоты, которые модулируются полезным сигналом и создаются генератором, преобразуются передающей антенной в электромагнитные волны и излучаются в пространство. Как правило, электромагнитные колебания подводятся к антенне от передатчика не непосредственно, а при помощи линии питания (фидер). Вдоль такой линии распространяются радиоволны, которые связаны с ней, преобразующиеся антенной в электромагнитные волны свободного пространства. Задача приемной антенны заключается в улавливании свободных радиоволн и их преобразовании в связанные, которые подводятся к приемнику с помощью фидера.
В соответствии с принципом обратимости свойства антенны, которая функционирует в режиме передачи, не изменяются при ее работе в режиме приема.
Свойство направленности антенны, вне зависимости от ее типа, описываются диаграммой направленности. Количественно данные свойства оцениваются при помощи таких параметров, как коэффициент направленного действия, ширина диаграммы направленности, уровень боковых лепестков и т.п. Еще одним важным параметром антенны является входное сопротивление, которое характеризует ее как нагрузку для генератора или фидера. В том случае, когда питается волноводом, то входное сопротивление определяется отражениями, которые появляются в волноводном тракте. В общем случае входное сопротивление антенны комплексная величина и рассчитывается по формуле:
$Zвх = Rвх+iXвх$
Современные антенны можно классифицировать по:
- Характеру излучающих элементов. Согласно данному принципу антенны делятся на вибраторные антенны, антенны поверхностных волн, апертурные антенны.
- Виду радиотехнической системы. Согласно данному принципу антенны делятся на телевизионные, антенны для радиовещания, антенны для радиосвязи и т.п.
- Волновому диапазону. Согласно данному принципу антенны делятся на мириаметровые, километровые, гектометровые, дециметровые, метровые, миллиметровые и сантиметровые антенны.
