Провод
Допустим, что электромагнитные волны создаются проходящим по проводу электрическим током синусоидальной формы с частотой. Такую же форму и такую же частоту будут иметь возникающие в окружающем пространстве электромагнитные волны. Обозначим через X длину волны, т. е. расстояние между двумя ближайшими точками в пространстве, на котором фаза волны меняется на 360 (2я), через Т – период колебания волны, т. е. время, в течении которого электромагнитная волна проходит путь, равный длине волны, и через С – скорость распространения электромагнитной волны в свободном пространстве (для воздуха С=3108м/с).
Международным консультативным комитетом радиосвязи (МККР) утверждено следующее распределение радиоволн на диапазоны.
Ультракороткие волны (УКВ) отличаются от более длинных волн многими признаками и свойствами. Так, например, они распространяются преимущественно прямолинейно и почти не огибают природных и искусственных преград (гор, высоких строений), встречающихся на их пути. Сантиметровые и миллиметровые волны сильно поглощаются атмосферными осадкамц (дождем, снегом) и газами атмосферы (кислородом, водяным паром), что приводит к быстрому ослабле-нию напряженности поля.
В настоящее время в диапазоне УКВ организовано как телевизионное вещание, так и высококачественное радиовещание, а также системы радиосвязи.
Для увеличения дальности передач на УКВ антенны поднимают над землей как можно выше.
Из рисунка ясно, что для величения дальности действия УКВ радиостанций необходимо увеличивать высоту передающей и приемной антенн. Чтобы приемную антенну удалить от передающей и перенести ее из точки В в точку Г при той же высоте, необходимо передающую антенну поднять на высоту Н2 и поместить в точку Б. Не поднимая передающей антенны, можно приемную антенну удалить от передающей, подняв ее на высоту h , и поместить в точку Д.
С помощью рассматриваемой формулы дальность действия УКВ передатчиков можно определить приблизительно, без учета преломления (рефракции) радиоволн в атмосфере.
Исследования, проведенные над распространением УКВ, свидетельствуют, что часто довольно качественный прием может быть на расстояниях, значительно превышающих расстояние прямой видимости. Нередко наблюдаются случаи сверхдальнего приема и телевизионных сигналов на метровых волнах. В чем же причина?
Как известно, Земля окружена газообразной оболочкой – атмосферой. Учитывая физические свойства и изменения в качественном составе атмосферы, ее подразделяют на пять областей или сфер.
От тропосферы до высоты 55 км простираетед стратосфера, затем следуют: от 55 до 80 км – мезо-сфера, от 80 км до 800 км – термосфера и самая вне-шняя область называется экзосферой. С точки зре-ния роли атмосферы в процессах распространения радиоволн особое значение имеют ее верхние ионизированные слои, расположенные выше волн. Они получили название ионосферы и состоят из свободных электронов, положительных и отрицательных ионов.
Ионизация атмосферы происходит под воздействием солнечной радиации, главным образом, ультрафиолетового излучения солнца, и имеет слоистый характер. В нижних слоях атмосферы плотность электронов небольшая, но уже на высоте 60 км она достигает значительной величины и влияет на распространение радиоволн. Относительно большая плотность электронов сохраняется до высоты 300-500 км, а затем она уменьшается. Степень ионизации атмосферы определяется количеством электронов в одном кубическом сантиметре газа. С повышением степени ионизации увеличиваются и ее преломляющие свойства; при одной и той же степени ионизации более короткие волны преломляются слабее, чем более длинные.
Максимум электронной плотности и изменение ее величины с высотой зависят от времени суток, периода года и неодинаковы из года в год. В течение дня обычно наблюдаются три четких максимума электронной плотности, которые располагаются друг над другом отдельными слоями: слой Е и слой F1 и F2. Ниже слоя Е находится зона относительно малой плотности ионизации, которая называется слоем D. Максимума плотности слой D достигает между 60 и 90 км высоты.
Максимум электронной плотности слоя Fx нахо-тся примерно на высоте 225 км и имеет незначи-рльные суточные и сезонные колебания. Высота слоя F в зависимости от широты подвержена значительным суточным и сезонным колебаниям. Ночью слой F2 опускается до высоты 250 км, а днем поднимается до 350 км. С наступлением темноты, т. е. после прекращения действия солнечного излучения, ионизация слоев F1 и D быстро уменьшается. В пределах всей толщи тропосферы воздух имеет такой же состав, как и у поверхности Земли. Несмотря на это, состояние тропосферы беспрерывно изменяется, что зависит от давления, температуры и влажности воздуха. Все это в свою очередь влияет на преломление радиоволн, а следовательно и на скорость их распространения.
Радиоволны огибают сферическую поверхность Земли при дальнем распространении в результате таких явлений, как дифракция, отражение от ионизированных слоев атмосферы, атмосферна рефракция. Сущность дифракции заключается в том, что радиоволны, встречая на своем пути какое-либо препятствие, в том числе и выпуклость Земли, огибают его.
Дифракция особенно заметна в тех случаях, когда геометрические размеры препятствий соизмеримы с длиной волн. Если же они во много раз превышают длину волн, то дифракция проявляется весьма незначительно и ею можно пренебречь. Именно поэтому в диапазоне УКВ дифракция значительно слабее, чем в диапазоне более длинных волн.
Чем же объясняется сверхдальнее распространение метровых волн?
1. Чаще всего сверхдальнее распространение волн длиной 6-10 м наблюдается при максимуме солнечной активности, которая повторяется через каждые 11 лет. В эти годы зимой электронная плотность слоя F2 достигает днем таких значений, при которых метровые волны отражаются от него и могут быть приняты на расстояниях 2000-2500 км. Ближе 2000 км радиоволны не принимаются. Радиосвязь в этом случае может осуществляться только периодически. Качество радиосвязи удовлетворительное.
2. Возникает сверхдальнее распространение ра4 диоволн и под действием высокой солнечной активности или при спорадических (нерегулярных) образованиях в ионосфере, когда на высоте около 110 км появляется сильно ионизированный слой Е (или ионизированной зоны), который назвали спорадическим. От этого слоя кратковременно могут отражаться радиоволны метрового диапазона, прием которых возможен на расстояниях до нескольких тысяч километров. Спорадический слой появляет нерегулярно, поэтому длительная устойчивая ° яосвязь в этом случае невозможна.
3. Ионизированные слои атмосферы, находящихся на высоте 75-90 км, неоднородны и подобны облакам, в которых электронная плотность, а следовательно, и диэлектрическая проницаемость отличается от электронной плотности и диэлектрической проницаемости окружающей среды. Радиоволны, попадающие на такой слой, рассеиваются отражающей зоной.
В результате использования рассеивания метровых волн на неоднородностях ионосферных слоев в настоящее время осуществляется нерегулярная радиосвязь на трассах длиной 1000-2000 км при мощности передатчика не менее 5 кВт. Наиболее устойчива связь на волнах длиной 5-10 м. На более коротких волнах напряженность поля в месте приема резко снижается, и связь становится невозможной. Рассмотрим, как содействует дальнему распространению УКВ явление атмосферной рефракции. Известно, что с удалением от земной поверхности коэффициент преломления воздуха уменьшается. Вследствие этого УКВ, выходящие под некоторым узлом к горизонту, проходя через тропосферу, преломляются и распространяются по криволинейным траекториям, отклоняясь к поверхности Земли. Эта кривизна определяется степенью неоднородности среды. Явление постепенного преломления лучей названо атмосферной рефракцией.
Для идеального случая однородности нижних слоев атмосферы, когда показатель преломления имеет неизменную величину по высоте, радиоволны распространяются по прямолинейным траекториям.
Когда показатель преломления уменьшается в за-имости от высоты значительно быстрее, нежели при нормальной рефракции, траектория радиоволн имеет радиус меньший радиуса земного шара, и радиоволна отражается от нижних слоев атмосферы и возвращается на Землю. При достаточной мощности передатчика радиоволны могут многократно отражаться от поверхности Земли и нижних слоев атмосферы и распространятся на значительные расстояния. Такое распространение радиоволн называется сверхрефракцией.
Однако могут быть и такие случаи, когда показатель преломления в зависимости от высоты не уменьшается, а увеличивается. Тогда УКВ будут распространяться по траекториям, повёрнутым выпуклостью вниз. Это уменьшает дальность радиосвязи, т. к. луч не огибает поверхности Земли. Таким образом, дальность распространения УКВ сильно зависит от изменения коэффициента преломления нижних слоев атмосферы, а следовательно, и от их состояния. Практически довольно хорошо заметно, что дальность распространения УКВ не одинакова, например, в сухую и сырую погоду, в летний и зимний периоды.
При нормальной рефракции радиоволна проходит над поверхностью Земли расстояние большее, ем Расстояние прямой видимости, т.е. расстояние рямои видимости как бы увеличивается. Для это-лучая дальность прямой видимости определяет-ся Формулой:
К = 4,12(л/]Н+л/п”)км,
Таким образом, благодаря рефракции эта дальность увеличивается на 15%.
Практически установлено, что уверенный прием телевизионных сигналов на приемники высокой чувствительности с использованием антенн с большим коэффициентом усиления осуществляется на расстояниях от телевизионных центров, превышающих дальность прямой видимости примерно на 30%. На большие расстояния вдоль поверхности Земли при нормальной рефракции УКВ не распространяются, поэтому и уверенный прием сигналов становится невозможным.
Когда прием телевизионных программ происходит в крупном населенном пункте или городе, оснащенном телецентром или ретранслятором, вопрос о выборе источника сигнала обычно не стоит. В условиях же сельской местности, дачного поселка, садового участка и т. д. всегда приходится решать вопрос о том, сигналы какого телецентра или ретранслятора целесообразнее всего принимать. Такой выбор встает и тогда, когда телевизор расположен вдали от телецентра или ретрансляторов и некоторые из них вещают одну и ту же программу на разных каналах. Требуется выбрать тот, который обеспечит наиболее устойчивый прием, при этом нужно учитывать расстояние до передатчика по прямой, рельеф местности между передатчиком и пунктом приема, мощность передатчика и номер канала, на котором он работает.
Не всегда следует останавливаться на ближайшем передатчике: бывает что его мощность значительно меньше, чем более удаленного. В других случаях уровень сигнала удаленного передатчика в точке приема может оказаться выше из-за того, что он имеет более высокую антенну, расположен выше уровнем моря или между ближайшим передат-оМ и пунктом приема имеются естественные грады в ВИде возвышенностей, гор или холмов. От выбора типа антенн и тщательности ее установки и юстировки зависит уровень сигнала на входе телевизора, определяющий контрастность изображения и его качество, возможность получения цветного изображения. Для приема одной программы необходима узкополосная антенна, рассчитанная на прием определенного канала, на котором работает передатчик. Такие антенны обладают наибольшей эффективностью по сравнению с широкополосными антеннами, предназначенными для приема нескольких программ по разным каналам. Если выбранный телецентр или ретранслятор передает несколько программ, в зоне прямой видимости можно установить одну широкополосную антенну. Однако в зоне полутени придется установить в этом случае раздельные антенны для каждой программы. При необходимости принимать несколько программ с разных направлений, требуется устанавливать раздельные антенны, каждая из которых должна быть узкополосной и жестко ориентирована заданного передатчика в заданном частотном канале. Это связано с тем, что переориентировать антенну каждый раз при переходе с приема одной программы на другую крайне неудобно. Однако эта трудность легко преодо-ется, если использовать разделительный фильтр, который позволяет подключить к одному общему фидеру две раздельные антенны.
На прием телевизионного сигнала очень большое влияние оказывает правильное и весьма тщательное ориентирование приемной антенны. Она должна быть направлена на передатчик таким образом, чтобы изображение на экране телевизора имело наибольшую четкость по горизонтали, отсутствовали повторы на изображении. При распространении УКВ в пределах прямой видимости к месту расположения приемной антенны могут одновременно приходить несколько радиоволн: одна прямая и одна или несколько отраженных от расположенных вблизи сооружений или зданий, а также волны, создаваемые вторичным излучением от всевозможных металлических сооружений. Чаще всего это явление наблюдается в городах, где множество высотных зданий и сооружений и т. д. Попадая на приемную антенну, отраженные волны искажают принимаемое телевизионное изображение в виде повторов.
Теле-, радиоантенны - Провод
Остались вопросы по теме - "Провод", задайте их на