чает вертикальную линейно-поляризованную волну. Для наиболее эффективного приема вибратор приемной антенны должен быть ориентирован также вертикально.

В случае круговой поляризации вектор Е вращается с частотой радиоволны, описывая при распространении своим концом винтовую линию (рис. 5-5). При этом величина вектора Е остается постоянной. На пути, равном длине волны, вектор Е поворачивается на 360°. Для того чтобы создать волну с круговой поляризацией, принципиально необходимо два передающих вибратора, смещенных в пространстве на 90° один относительно другого, питать токами равной амплитуды, но со сдвигом по фазе на 90°. Радиоволны с круговой поляризацией излучают.

Тг/рнииетная

Передаттн

аитеина г-

\y yts

Время tg<t,<t2<tg<t<ts<tg(g) Рис. 5-5. Круговая поляризация радиоволн.

например, спиральная и турникетиая антенны. Призм волн с круговой поляризацией возможен как на однотипные антенны, так и на обычные вибраторы, расположенные для наиболее эффективного приема в плоскости, перпендикулярной направлению распространения радиоволны.

Радиоволны с эллиптической поляризацией отличаются от волн с круговой поляризацией тем, что амплитуда вектора Е при его вращении не остается постоянной.

При распространении радиоволн в свободном пространстве векторы Е и Н лежат в плоскости, перпендикулярной направлению распространения. Подобные волны называют поперечно-поляризованными. В ряде случаев при распространении радиоволн, например в ионосфере или вблизи границы раздела воздух-земля, происходит искажение первоначальной поляризации, причем появляется продольн о-поляризован-ная волна, в которой вектор Е имеет составляющую также и вдоль направления распространения. Это обстоятельство позволяет, в частности, при приеме длинных и средних радиоволн, создаваемых вертикальными вибраторами, применять антенны с горизонтальными вибраторами.

Отражение радиоволн - свойство изменять направление распространения при встрече с препятствиел! или же со средой, имеющей резко отличные от среды первоначального распространения электрические параметры (например, ионосферой). Интенсивность отраженного сигнала растет при увеличении размеров отражающих объектов по сравнению с длиной волны. Явление отражения радиоволн лежит в основе радиолокации.

Интерференция радиоволн определяется взаимодействием в какой-либо точке пространства двух или более радиоволн, созданных одним источником, но прошедших различные пути и в связи с этим имеюидах различные фазы. Если при этом взаимодействующие волны имеют близкие фазы, то в результате происходит усиление суммарного сигнала, если же фазы противоположны или близки к ним, то амплитуда суммарного сигнала может стать равной нулю или оказывается значительно слабее одиночного сигнала.

5-2. СОСТАВ И СТРОЕНИЕ АТМОСФЕРЫ

Земная атмосфера играет большую роль в распространении радиоволн.

Атмосфера представляет собой газообразную оболочку Земли, простирающуюся примерно до 2 ООО-3 ООО км

и состоящую главным образом из азота, кислорода и водяных паров. Атмосфера может быть разделена на следующие основные слои: тропосферу, которая содержит около трех четвертей всего вещества атмосферы и имеет верхней границей тропопаузу, лежащую над экватором на уровне 16-18 км, а в умеренных широтах на уровне 10-12 км; стр атосферу, которая расположена выше тропопаузы вплоть до высот порядка 60-80 км и характеризуется почти полным отсутствием водяных паров; ионосферу, расположенную выше стратосферы и характеризующуюся наличием огромного числа электрически заряженных частиц - электронов и ионов, возникающих в результате расщепления (ионизации) нейтральных молекул воздуха. Ионизация происходит под действием ультрафиолетового и корпускулярного излучений Солнца, Приемник космических лучей, а также под действием

1 г---1 потоков метеоров, непрерывно вторгаю-

гт 1 щихся в атмосферу Земли (десятки миллиардов метеорных частиц за сутки).

По представлениям^ бложившимся до запуска искусственных сщт-ников Земли и космических ракет, ионосфера характеризуется существованием нескольких максимумов ионизации (рис. 5-6). На высотах 60-90/сж днем существует слой D (ночью этот слой исчезает). Далее расположен слой Е, имеющий максимум концентрации электронов на высоте около 110-130 км. Выше расположен слой F, который летом (днем) расщепляется на два слоя -

Слой F2

Слой Fj

(днем) /(д/смЗ)

Рис. 5-6. Картина строения ионосферы по прежним представлениям.

И Fa. Слой имеет максимум электронной концентрации на высоте порядка 200-230 км, а слой F2 - на высоте 350-400 км. От слоя к слою ионизация увеличивается, достигая максимума в слое Fg. Выше слоя Fa ионизация падает. Степень ионизации указанных слоев не остается постоянной, а существенно изменяется в зависимости от времени года и суток, широты местоположения, периодического изменения солнечной активности (период-11 лет), и других причин.

Данные измерений, полученные в результате запусков искусственных спутников Земли и геофизических ракет, позволили уточнить, а в ряде случаев и изменить прежние представления об ионосфере. Так, было установлено, что представление о существовании резко выраженного слоя Е является неправильным. В действительности выше максимума электронной концентрации на высоте 100- 120 км расположена область ионосферы, в которой электронная концентрация уменьшается очень незначительно и затем по мере увеличения высоты плавно возрастает до основного максимума ионизации на высоте около 300 км

§ 5-3]

Возмооюные пути распространения радиоволн

(рис. 5-7). После этого по мере дальнейшего увеличения высоты электронная концентрация медленно убывает. Так, если с высоты от 100 до 300 км электронная концентрация возрастает в среднем в 10-15 раз, то с высоты от 300 до 500 км она уменьшается примерно в 2 раза.

Рис. S-7. Примерная картина строения ионосферы по современным представлениям.

Существовавшие в течение многих лет представления о строении ионосферы как слоистой среды широко применялись при объяснении процессов распространения радиоволн авторами книг по радиотехнике. Отказываться от принятого деления ионосферы на отдельные слои не следует, так как такое деление облегчает объяснение особенностей распространения радиоволн различных диапазонов. Следует, однако, помнить, что деление ионосферы на слои является чисто условным.

5-3. ВОЗМОЖНЫЕ ПУТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН

На характер распространения радиоволн сильное влияние оказывают земная поверхность, тропосфера и ионосфера. Вследствие этого радиоволны могут распро-

Рис. 5-8. Возможные пути распространения радиоволн.

страняться между радиопередающим и радиоприемным устройствами, расположенными на земле, по двум путям: вдоль земной поверхности (в тропосфере) за счет так называемой поверхностной (земной) волны и за счет пространственной (небесной) волны - при отражении радиоволн ионосферой (рис. 5-8).

Поверхностные волны

Распространение радиоволн на большие расстояния за счет поверхностных волн объясняется дифракцией радиоволн, а также рефракцией (преломлением) и рассеянием

радиоволн в тропосфере. Иногда преломленные и рассеянные волны называют тропосферными.

Дифракцией радиоволн называется их способность огибать в той или иной степени препятствия, лежащие на пути распространения. Такими препятствиями являются: выпуклость зелшого шара, горы, строения и т. п.

Дифракция возникает в результате возбуждения радиоволной высокочастотных колебаний на поверхности препятствий. Эти колебания вызывают в свою очередь излучение радиоволн (подобно излучению антенны), возбуждающих соседние участки поверхности. Последовательная совокупность таких возбуждений приводит к передаче некоторой части радиочастотной энергии в область пространства, затененную от передающей антенны радиостанции.

Часть энергии радиоволн при этом теряется на нагревание поверхностных участков почвы, воды, материала строений и других объектов, представляющих обычно для радиоволн полупроводящую среду. С укорочен и зм длины волны потери энергии растут. Поэтому существенную роль явление дифракции играет на длинных волнах. На коротких и тем более на ультракоротких волнах дифракцией можно пренебречь.

Рефракцией (преломлением) называется явление искривления траектории распространения радиоволн, происходящее при переходе их из одной среды в другую вследствие различия скорости распространения в этих средах, а также при распространении радиоволн в неоднородной среде за счет изменения скорости распространения от точке к точке.

Первый случай имеет место при переходе распространяющейся радиоволны из воздуха в почву или воду, а также при переходе из нижних слоев атмосферы в ионосферу.

Второй случай имеет место при распространении радиоволн в тропосфере, являющейся неоднородной средой, вследствие увеличения скорости распространения радиоволн по мере уменьшения плотности воздуха с высотой. В этом случае участки фронта волиы, расположенные на некоторой высоте над земной поверхностью, распространяются с большей скоростью, чем нижерасположенные участки фронта волны. Вышерасположенные участки за один и тот же момент времени проходят больший путь, чем нижерасположенные участки; фронт волны постепенно наклоняется вперед по направлению к земной поверхности, что вызывает передачу радиочастотной энергии за пределы прямой видимости (рис. 5-9).

Рефракция радиоволн в тропосфере в сильной степени определяется метеорологическими условиями и в зависимости от них может проявляться больше или меньше. Рефракции подвержены радиоволны всех диапазонов. Однако наибольшее значение она имеет в диапазоне ультракоротких волн, при распространении которых в большинстве случаев не сказывается дифракция.

Рассеянием радиоволн в тропосфере называется произвольное (беспорядочное) изменение направления распространения радиоволн за счет наличия вихревых неоднородностей, образующихся при перемешивании восходящих и нисходяш^5х потоков воздуха (с разной температурой). 6

В вихревых неоднородностях, которые существуют в тропосфере всегда, значения температуры, давления и влажности воздуха несколько отличаются от соответствующих величин в соседних участках воздушной среды. Поэтому скорость распространения радиоволн от участка к участку воздушной среды произвольно изменяется, нли, как говорят, флуктуирует. В результате различные участки фронта волны за один и тот же момент времени проходят различные пути и фронт волны становится криволинейным, т. е. рассеиваощим волны в различных направлениях (рис. 5-10).

Искривления фронта волны невелики, и основная часть радиочастотной энергии распространяется в прямом направлении, как если бы рассеяние радиоволн отсутствовало. Небольшая часть энергии под небольшими углами к первоначальному направлению распространения поступает за пределы прямой видимости.

в воздухе и зависит от электронной концентрации . N и частоты радиоволны /:

1 -к

Рис. 5-9. К объяснению явления рефракции радиоволн в тропосфере.

В связи с небольшими размерами вихревых неодно-родностей тропосферы явление рассеяния радиоволн

Рис. 5-10. К объяснению явления рассеяния радиоволн в тропосфере.

проявляется в основном в диапазоне ультракоротких волн, где оно является источником постоянно существующего слабого поля работающих радиопередатчиков далеко за пределами прямой видимости.

Для приема рассеянных полей необходимы чувствительные приемники и направленные антенны. Прием рассеянных радиоволн связан с довольно глубокими замираниями и характерен искажениями принимаемых сигналов, имеющих широкий спектр частот (импульсные, частотно-модулированные и другие сигналы), так как в место приема одновременно приходят сигналы, рассеянные в различных участках тропосферы и имеющие поэтому существенные фазовые сдвиги.

Прастраиственные волны

Распространение радиоволн на большие расстояния за счет пространственных волн объясняется преломлением (отражением) в ионосфере.

Скорость движения.фронта радиоволны в ионосфере у„ отлична от скорости распространения его

где - постоянный множитель, а с=3-10 м1сек.

При данной частоте / увеличение концентрации электронов приводит к увеличению скорости движения фронта волны. Поэтому при проникновении радиоволны в ионосферу, при наклонном ее падении, вышерасположенные участки фронта опережают нижерасположенные участки, фронт волны искривляется и при достаточной концентрации электронов на некоторой высоте фронт волны может повернуться в направлении Земли, что обусловливает возвращение определенной части радиочастотной энергии к наземным пунктам (рис. 5-И).

Искривление траектории движения радиоволны в ионосфере тем сильнее, чем больше концентрация электронов и чем меньше частота радиоволны.

Наряду с преломлением радиоволны в ионосфере испытывают поглощение. С увеличением длины волны увеличивается поглощение радиочастотной энергии, причем в более низких участках ионосферы потери энергии больше, чем в более высоких участках.

Чем положе траектория падения радиоволи, т. е. чем меньше угол возвышения волны относительно земной поверхности, тем легче выполняются условия для возвращения пространственных волн на Землю (рис. 5-12). Более длинные волны могут отражаться при более крутом падении на ионосферу, чем более короткие. Ультракороткие волны (короче 4-5 м) в обычных условиях не отражаются ионосферой даже при очень небольших углах падения; они пронизывают ионосферу (при некотором искривлении траектории движения) и уходят в космическое пространство.

Наибольшая частота, при которой радиоволны отражаются от данного слоя при вертикальном падении на ионосферу, называется критической частотой /кр.

Для каждого угла возвышения (6) при дайной электронной концентрации существует максимальная применимая частота (МПЧ): волны с частотами выше МПЧ не возвращаются, а волны с частотами ниже

Р-ЧС. 5-11. К объяснению преломления радиоволн в ионосфере.