Что такое электроника? Принципы работы
радиоустройств, радиокомпоненты, принципиальные схемы, электрические
колебания и связь, цифровое ТВ, интегральные схемы и многое другое...
Дата обновления
05.06.2016
Посвящение в радиоэлектронику, массовая радио-библиотека
поддержка
проекта:
разместите на своей странице нашу кнопку!И мы
разместим на нашей странице Вашу кнопку или ссылку. Заявку прислать на
e-mail
Статистика
Теоретики и инженеры о волнах
Теоретики сказали свое слово -дело за инженерами. Для каждого слоя
ионосферы желательно знать два параметра критическую частоту и
высоту над поверхностью Земли. Они очень изменчивы и зависят от
времени суток, сезона, географического положения места,где производятся измерения, и от многих других причин, не все
из которых и к настоящему времени достаточно хорошо изучены. Первый
эксперимент Г. Брейта и М. Туве по активному зондированию ионосферы
не забыли сейчас во всем мире постоянно действуют сотни ионосферных
станций, представляющих собой KB радиолокаторы, "стреляющие"
короткими импульсами радиоволн вертикально вверх.
Ионосферные характеристики
Короткие волны могут распространяться на
любые расстояния
Зона молчания
Отраженные импульсы принимаются и регистрируются на экране
электронно-лучевой трубки (подробнее о ней будет рассказано в гл.
7). Одновременно изменяется частота излучаемых импульсов. Станция
устроена так, что на экране регистрируются отраженные сигналы в
координатах частота высота. Полученный график называется ионосферной
характеристикой или ионограммой. По нему можно сразу определить и
высоты каждого из слоев, и их критические частоты. На рисунке
показаны типичные ионосферные характеристики, снятые в наших,
средних широтах летом, когда Солнце высоко и интенсивность ионизации
верхних слоев ионосферы велика, и зимой при низком Солнце. Как
видим, критические частоты летом выше, чем зимой. Одна и та же
причина возросший уровень солнечной радиации вызывает летнее
повышение температуры тропосферы и критических частот ионосферы.
В ионосфере своя "погода", и, как это не покажется удивительным, ее
уже научились предсказывать! Институт земного магнетизма и
распространения радиоволн АН СССР (ИЗМИРАН), расположенный под
Москвой, публикует прогнозы, так и хочется сказать погоды. Но не
погоды, а прогнозы распространения коротких волн для всей территории
Советского Союза на месяц вперед! Учесть надо многое, чтобы
составить правильный прогноз. Не только время суток и года, но и
фазу одиннадцатилетнего цикла солнечной активности, число пятен на
Солнце, возмущения магнитного поля Земли и многое другое. Благодаря
ионосферным прогнозам можно рекомендовать оптимальные частоты для
радиосвязи в заданное время между любыми заданными пунктами.
Самый простой путь распространения волн, отраженных от ионосферы,односкачковый. Дальность распространения при этом получается
до 4000 км. Более сложный путь распространения многоскачковый, когда
волна несколько раз переотражается ионосферой, затем Землей, еще раз
ионосферой, и т.д. Особенно малые потери мощности сигнала получаются
при рикошетирующем распространении, когда радиоволны возвращаются на
Землю, несколько раз переотразившись от ионосферы. Наиболее
благоприятные условия для возникновения рикошетирующих волн
возникают в утренние и вечерние часы, когда слои ионосферы наклонны
к горизонту. Напомним, что на ночной стороне Земли высота слоев
больше, чем на дневной.
На KB неоднократно наблюдали кругосветное эхо, когда сигнал,
посланный с помощью направленной антенны на восток, приходит снова к
месту расположения передатчика с запада. Время запаздывания
кругосветного эхо составляет около 0,14 с. Полагают, что число
отражений волны от ионосферы при кругосветном эхо достигает 12 14.
Разговор о "чудесах" коротких волн можно продолжать долго. Вот, к
примеру, любопытное явление: "зона молчания", или "мертвая зона".
Пусть мы вылетели на самолете (или вышли на корабле, кому как
нравится) из города, где работает KB радиостанция, и во время пути
прослушиваем ее работу. Сначала благодаря поверхностной волне мы ее
хорошо слышим, но на расстоянии 150...200 км волна уже не способна
преодолеть кривизну поверхности, и сигнал радиостанции пропадает.
Терпеливо ждем (на корабле терпения нужно больше),
и при расстоянии 1500.. .2000 км сигнал появляется снова! Вокруг
радиостанции образовалось как бы кольцо "зоны молчания", где
поверхностных волн уже нет, а волны, отраженные от ионосферы, еще не
пришли. Внимательный читатель отметит для себя, что "зона молчания"
образуется лишь при работе передатчика на частоте выше критической,
когда вертикальные лучи уже не отражаются ионосферой.
Как вы помните, МПЧ-это максимальная частота волны, еще отражающейся
от ионосферы. Значит, на всех частотах ниже МПЧ возможна связь на
дальних и сверхдальних трассах? Ничего подобного! С понижением
частоты возрастает и поглощение радиоволн в ионосфере. Поэтому
значительно понижать частоту тоже нельзя. Ввели понятие наинизшей
применимой частоты (НПЧ). Где-то между МПЧ и НПЧ лежит оптимальная
для данной трассы частота, на которой только и гарантирована
надежная связь. Например, в летний полдень значения МПЧ возрастают
до 20.. .30 МГц. В этих условиях хорошо проходят волны, например,
13- и 16-метровых радиовещательных диапазонов - на них слышно много
дальних станций. А в диапазонах 41 и 49 м можно принять лишь местные
радиостанции, сигнал которых распространяется земной волной. День
клонится к вечеру, и "оживают" диапазоны 19, 25 и 31 м. А в
диапазоне 13 м уже не слышно ни одной радиостанции! Ночью диапазоны
41 и 49 м буквально переполнены сигналами радиостанций, а на более
коротковолновых (более высокочастотных) диапазонах все тихо, как в
спящей квартире. Часто радисты используют даже термины "ночные волны"
(длиннее 25 м) и "дневные волны" (короче 25 м). То же повторяется и
при смене сезонов года: зимой лучше приходят более длинные волны.
Уровень сигнала удаленной радиостанции зависит не только от времени
суток и года. В течение нескольких минут он может измениться в сотни
раз. Происходят хорошо известные замирания сигнала, или фединги.
Основная причина замираний-быстрых и сильных изменений уровня
сигнала - интерференция нескольких волн, пришедших от передатчика к
приемнику различными путями. Длины путей различны, поэтому различны
и фазы пришедших сигналов. Когда волны синфазны, происходит их
сложение, а когда противофазны-одна волна ослабляет другую и общая
напряженность поля у приемной антенны уменьшается. Интерферировать
могут волны, пришедшие одним и двумя скачками, отраженные от разных
областей ионосферы, земная и пространственная волны. Другая причина
федингов неоднородность самой ионосферы. Отражающий слой может вдруг
принять форму вогнутого зеркала, фокусируя лучи и усиливая сигнал,
или, напротив, рассеять лучи в пространстве. Подобно обычным облакам
на летнем небе, в ионосфере возникают, перемещаются и тают невидимые
облака ионизированного газа, и все это отражается на уровне
принимаемого сигнала. С замираниями стараются бороться, применяя
различные системы автоматической регулировки усиления приемника.
Эффективнее прием на несколько разнесенных в пространстве антенн.
Еще разительнее суточные измерения "ионосферной погоды"
прослеживаются в диапазоне средних волн. Включите ваш приемник (все
равно какой - карманный, порта''- зный или стационарный) в диапазоне
средних волн днем. Вы услышите только две-три местные радиостанции.
А ночью? Эфир полон: голоса массы городов и стран зазвучат в тишине
вашей квартиры. Дело в том, что волны средневолнового (СВ) диапазона
отражаются слоем ?, критическая частота которого достигает
нескольких мегагерц. Но днем ниже слоя Е появляется слой D, сильно
поглощающий волны СВ и длинноволнового (ДВ) диапазонов. Для
сверхдлинных же волн слой D с критической частотой, не превосходящей
700 кГц, служит хорошим отражателем, и поглощение этих волн мало в
любое время суток. Собственно, для сверхдлинных волн с длиной в
несколько или даже десятки километров уже нельзя говорить о лучевом
распространении - ведь высота слоев сравнима с длиной волны. И
сверхдлинные волны распространяются как бы в волноводе между
ионосферой и Землей.
Таковы особенности распространения радиоволн различных диапазонов. В
настоящее время сверхдлинные волны используют в основном для
сверхдальней телеграфной связи, передачи эталонных частот и сигналов
точного времени, а также для глобальных систем навигации. Одна из
них, "Омега", включает шесть - восемь передатчиков, работающих на
частотах 10... 14 кГц и разбросанных по всей поверхности земного
шара. В любой точке Земли удается принять сигналы двух-трех
передатчиков. Сравнивая фазы принятых колебаний, вычисляют
местоположение судна или самолета (разумеется, это делает бортовая
ЭВМ) с точностью порядка сотен метров!
Диапазоны ДВ и СВ отведены для радиовещания и иногда используются
для радионавигационных систем ближнего действия. А на KB тесно,
работает много всяких служб: и радиовещание, и служебная дальняя
связь, и любительская, и много-много других. В результате KB
диапазон "забит" сигналами станций до отказа. На УКВ, которые уже не
отражаются ионосферой, работают телевизионные и радиовещательные
передатчики с частотной модуляцией (ЧМ). Они занимают более широкий
спектр частот по сравнению с AM передатчиками диапазонов ДВ, СВ и
KB, но просторный УКВ диапазон, имеющий ширину в десятки мегагерц,
это позволяет.
Однако не следует думать, что, прослушивая эфир, можно принимать
только сигналы радиостанций. Эфир полон и другими, нерегулярными
сигналами естественного происхождения. О них мы немного и поговорим
в следующем параграфе.
