Распространение радиоволн -процессы распространения электромагнитных волн радиодиапазона в атмосфере, космическом пространстве и толще Земли.
Подразделение радиоволн на диапазоны:
ВОЛНЫ | Диапазон длин радиоволн | Диапазон радиочастот | Термины |
Декамегаметровые | 1000 000…10 000 км | 3…30 Гц | |
Мегаметровые | 10 000…1000 км | 30…300 Гц | |
Гектокилометровые | 1000…100 км | 300…3000 Гц | |
Мириаметровые | 100…10 км | 3…30 кГц | Сверхдлинные (СДВ) |
Километровые | 10…1 км | 30…300 кГц | Длинные (ДВ) |
Гектометровые | 1000…100 м | 300…3000 кГц | Средние (СВ) |
Декаметровые | 100…10 м | 3…30 МГц | Короткие (КВ) |
Метровые | 10…1 м | 30…300 МГц | |
Дециметровые | 100…10 см | 300…3000 МГц | |
Сантиметровые | 10…1 см | 3…30 ГГц | Ультракороткие (УКВ) |
Миллиметровые | 10…1 мм | 30…300 ГГц | |
Децимиллиметровые | 1…0.1 мм | 300…3000 ГГц | Субмиллиметровые (УКВ) |
Радиоволны, излучаемые передатчиком, прежде чем попасть в приёмник, проходят путь, который может быть сложным. Радиоволны могут достигать пункта приёма, распространяясь по прямолинейным траекториям, огибая выпуклую поверхность Земли, отражаясь от ионосферы, и т.д. Способы Р. р. существенно зависят от длины волны l, от освещённости земной атмосферы Солнцем и от ряда др. факторов (см. ниже).
Прямые волны. В однородных средах радиоволны распространяются прямолинейно с постоянной скоростью, подобно световым лучам (радиолучи). Такое Распространение радиоволн называется свободным. Условия Распространение радиоволн в космическом пространстве при радиосвязи между наземной станцией и космическим объектом, между двумя космическими объектами, при радиоастрономических наблюдениях, при радиосвязи наземной станции с самолётом или между самолётами близки к свободному.
Волну, излученную антенной, на больших расстояниях от неё можно считать плоской. Плотность потока электромагнитной энергии, пропорциональная квадрату напряжённости поля волны, убывает с увеличением расстояния r от источника обратно пропорционально r 2, что приводит к ограничению расстояния, на котором может быть принят сигнал передающей станции. Дальность действия радиостанции (при отсутствии поглощения) равна: , где P c — мощность сигнала на входе приёмника, Р ш — мощность шумов, G1, G2 — коэффициенты направленного действия передающей и приёмной антенн. Скорость Р. р. в свободном пространстве равна скорости света в вакууме: с = 300 000 км / сек.
Дальность прямой видимости определяется: , где h1 и h2 – Высоты передающей и приемной антенн соответственно.
, П-вектор Умова-Пойтинга.
-энергия, излучаемая антенной.
- энергия, приходящая к антенне. - эффективная площадь раскрыва антенны.
, где -коэффициент направленного действия.
, .
При распространении волны в материальной среде (например, в земной атмосфере, в толще Земли, в морской воде и т.п.) происходят изменение её фазовой скорости и поглощение энергии. Это объясняется возбуждением колебаний электронов и ионов в атомах и молекулах среды под действием электрического поля волны и переизлучением ими вторичных волн. Если напряжённость поля волны мала по сравнению с напряжённостью поля, действующего на электрон в атоме, то колебания электрона под действием поля волны происходят по гармоническому закону с частотой пришедшей волны. Поэтому электроны излучают радиоволны той же частоты, но с разными амплитудами и фазами. Сдвиг фаз между первичной и переизлучённой волнами приводит к изменению фазовой скорости. Потери энергии при взаимодействии волны с атомами являются причиной поглощения радиоволн. Поглощение и изменение фазовой скорости в среде характеризуются показателем поглощения c и показателем преломления n, которые, в свою очередь, зависят от диэлектрической проницаемости e и проводимости s среды, а также от длины волны l:
(1)
Коэффициент поглощения b = 2pc/l, фазовая скорость u= c / n. В этом случае r д определяется не только характеристиками передатчика, приёмника и длиной волны, но и свойствами среды (e, s). В земных условиях Р. р. обычно отличается от свободного. На Р. р. оказывают влияние поверхность Земли, земная атмосфера, структура ионосферы и т.д. Влияние тех или иных факторов зависит от длины волны.