Структура поля вблизи земной поверхности. Основные характеристики антенн

1.

СТРУКТУРА ПОЛЯ ВБЛИЗИ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АНТЕНН
Земная поверхность оказывает существенное влияние на
распространение радиоволн:
В полупроводящей поверхности земли радиоволны поглощаются;
При падении на земную поверхность они отражаются;
Сферическая форма земной поверхности препятствует
прямолинейному распространению радиоволн.
Радиоволны, распространяющиеся в непосредственной
близости от поверхности земли, называют
земными радиоволнами
рассматривая распространение земных волн, атмосферу
считают средой без потерь с относительной диэлектрической
проницаемостью ε, равной единице. Влияние атмосферы
учитывают отдельно, внося необходимые поправки.
В окружающей землю атмосфере различают три
области, оказывающие
влияние на распространение радиоволн: тропосферу,
стратосферу и ионосферу.
Границы между этими областями
выражены не резко
и зависят от времени и географического места.

2.

Тропосферой называется приземной слой атмосферы,
простирающийся до высоты 7-18 км. В области тропосферы
температура воздуха с высотой убывает. Тропосфера
неоднородна как в вертикальном направлении, так и вдоль
земной поверхности. Ее электрические параметры меняются
при изменении метеорологических условий. В тропосфере
происходит искривление траектории земных радиоволн
называемое рефракцией. Распространение
Схематическое изображение линии радиосвязи, использующей
тропосферных радиоволн возможно из-за рассеяния и
рассеяние радиоволн на неоднородностях тропосферы.
отражения их от неоднородностей тропосферы.
Радиоволны миллиметрового и сантиметрового диапазонов в тропосфере поглощаются
Стратосфера простирается от тропопаузы до высот 50—60 км. Стратосфера отличается от тропосферы существенно
меньшей плотностью воздуха и законом распределения температуры по высоте: до высоты 30—35 км температура
постоянна, а далее до высоты 60 км резко повышается. На распространение радиоволн стратосфера оказывает то же
влияние, что и тропосфера, но оно проявляется в меньшей степени из-за малой плотности воздуха.
Ионосферой называется область атмосферы на высоте 60—10 000 км
над земной поверхностью. На этих высотах плотность воздуха весьма
мала и воздух ионизирован, т. е. имеется большое число свободных
электронов. Присутствие свободных электронов существенно влияет на
электрические свойства ионосферы и обусловливает возможность
отражения от ионосферы радиоволн длиннее 10 м. Радиоволны,
распространяющиеся путем отражении от ионосферы или рассеяния в
ней, называют ионосферными волнами . На условия распространения
ионосферных волн свойства земной поверхности и тропосферы влияют
мало.
Условия распространения радиоволн 4,5 при космической радиосвязи обладают некоторыми специфическими
особенностями, а на радиоволны

3.

Радиоволны делятся на частотные диапазоны это: длинные
волны, средние волны, короткие волны, и
ультракороткие волны.
ДЛИННЫЕ ВОЛНЫ. Волны этого диапазона называются
длинными, поскольку их низкой частоте соответствует
большая длина волны. Они могут распространяться на
тысячи километров, так как способны огибать земную
поверхность. Поэтому многие международные радиостанции
вещают на длинных волнах.
СРЕДНИЕ ВОЛНЫ распространяются не на очень
большие расстояния, поскольку могут отражаться только от
ионосферы (одного из слоев атмосферы Земли). Передачи
на средних волнах лучше принимают ночью, когда
повышается отражательная способность ионосферного слоя.
КОРОТКИЕ ВОЛНЫ многократно отражаются от
поверхности Земли и от ионосферы, благодаря чему
распространяются на очень большие расстояния. Передачи
радиостанции, работающей на коротких волнах, можно
принимать на другой стороне земного шара.
УЛЬТРАКОРОТКИЕ ВОЛНЫ (УКВ) могут
отражаться только, от поверхности Земли и потому
пригодны для вещания лишь на очень малые
расстояния. На волнах УКВ-диапазона часто
передают стереозвук, так как на них слабее помехи.

4.

ПЕРЕДАТЧИК излучает радиоволны модулированными, т. е.
измененными так, что они несут звуковой сигнал.
МОДУЛЯЦИЯ. Чтобы радиоволны несли сигнал звуковой частоты, их
модулируют этим сигналом. Модуляция бывает двух
видов: амплитудная (АМ) и частотная (ЧМ)
Частотная модуляция
Амплитудная модуляция
Частота - это число повторений чего-либо в единицу
времени. Частота волны - это число ее максимумов,
проходящих за одну секунду через фиксированную точку.
Частота измеряться в герцах (Гц). Один герц - это одно
повторение в секунду.
Амплитуда - это максимальное отклонение от
положения равновесия при колебаниях.
Так, амплитуда волны, бегущей по поверхности
воды, равна высоте ее гребня над поверхностью.

5.

АМПЛИТУДНАЯ МОДУЛЯЦИЯ
При такой модуляции изменяют амплитуду несущей волны в
соответствии с напряжением сигнала звуковой частоты.
Амплитуда несущей волны увеличивается, когда
увеличивается напряжение сигнала звуковой частоты, и
уменьшается, когда уменьшается это напряжение. До
модуляции несущая волна имеет постоянные амплитуду и
частоту. Ее частота намного больше звуковой частоты.
ЧАСТОТНАЯ МОДУЛЯЦИЯ
При такой модуляции изменяют частоту несущей волны в
соответствии с напряжением сигнала звуковой частоты.
Частота несущей волны увеличивается при увеличении
напряжения этого сигнала и уменьшается при его
уменьшении. При частотной модуляции меньше помех, но
радиостанции приходиться работать в УКВ-диапазоне. Это
связано с тем, что частота несущей волны должна быть во
много раз больше звуковых частот.

6.

АНТЕННА — устройство, предназначенное для излучения или
приёма радиоволн.
Упрощённо принцип действия антенны состоит в
следующем. Как правило, конструкция антенны
содержит металлические (токопроводящие) элементы
соединённые электрически (непосредственно или
через питающую линию — фидер) с радиопередатчиком
или с радиоприёмником. В режиме передачи переменный
электрический ток, создаваемый источником (например,
радиопередатчиком), протекающий по токопроводящим
элементам такой антенны, в соответствии с законом
Ампера порождает в пространстве вокруг себя переменное
магнитное поле. Это меняющееся во времени магнитное поле, в свою очередь, не только
воздействует на породивший его электрический ток в соответствии с законом Фарадея, но и
создаёт вокруг себя меняющееся во времени электрическое поле. Это переменное электрическое
поле создаёт вокруг себя переменное магнитное поле и так далее — возникает взаимосвязанное
переменное электромагнитное поле, образующее электромагнитную волну, распространяющуюся
от антенны в пространство. Энергия источника электрического тока преобразуется антенной в
энергию электромагнитной волны и переносится электромагнитной волной в пространстве. В
режиме приёма переменное электромагнитное поле падающей на антенну волны наводит токи на
токопроводящих элементах конструкции антенны, которые поступают в нагрузку (фидер,
радиоприёмник).

7.

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ФИДЕРАМ И АНТЕННАМ.
Очевидное требование к фидеру передающей антенны — передача энергии от выхода
радиопередатчика до входа антенны с минимальными потерями. Специфическое требование
— фидер не должен обладать заметным антенным эффектом. Под антенным эффектом
фидера передающей антенны понимают его способность формировать нежелательное
радиоизлучение, кото- рое может ухудшить параметры передающей антенны
ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПЕРЕДАЮЩЕЙ АНТЕННЕ.
Первое – преобразовать электромагнитную энергию, поступающую на её вход, в энергию
радиоволн с минимальными потерями.
Второе – обеспечить необходимую пространственную концентрацию излучаемой энергии, т.е.
направленность.
Третье – обеспечить (совместно с радиопередатчиком) в месте приема необходимое значение
напряженности электромагнитного поля.
Четвертое – обеспечить заданную пространственно-временную ориентацию (поляризацию)
векторов напряженности электромагнитного поля радиоволн.

8.

ТРЕБОВАНИЯ, имеющие прямое отношение, как к фидеру, так и к антенне.
Первое – фидер и антенна по отношению к радиопередатчику являются нагрузкой.
Следовательно, значение этой нагрузки должно быть таким, что- бы обеспечивался эффективный
режим работы радиопередатчика.
Второе – дальность действия линии радиосвязи, кроме прочих факторов, зависит и от значения
излучаемой антенной мощности. В некоторых случаях мощность на входе антенны настолько
велика, что возникает реальная угроза механического разрушения отдельных элементов антенны
или фидера вследствие электрического пробоя или теплового перегрева. Чтобы избежать таких
разрушений и фидер, и антенна должны обладать определенной электрической прочностью.
Третье – фидер и антенна должны нормально функционировать в заданном диапазоне частот или
длин волн. Наряду с требованиями технического характера, перечисленными выше, к
передающим антеннам и фидерам предъявляются требования иного плана: технологичности
изготовления, удобства и безопасности эксплуатации, охраны окружающей среды (экологической
чистоты).
ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПРИЕМНОЙ АНТЕННЕ СЛЕДУЮЩИЕ.
Первое – обеспечить необходимую пространственную избирательность (направленность), т.е.
способность преимущественного приема радиоволн, приходящих с определенных направлений.
Направленные приемные антенны, в сравнении с ненаправленными, обеспечивают на входе
приемника более высокое отношение мощности радиосигнала к мощности помех. Последнее
является важнейшим условием качественного радиоприема.
Второе требование к приемной антенне – обеспечить преимущественное реагирование на
радиоволны определенного вида поляризации.

9.

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ФИДЕРУ ПРИЕМНОЙ
АНТЕННЫ.
Во-первых, передача энергии между антенной и входом радиоприемника должна
осуществляться с малыми потерями.
Во-вторых, фидер не должен обладать заметным антенным эффектом. Под антенным
эффектом фидера приемной антенны понимают его способность принимать
радиосигнал, что может ухудшить параметры собственно приемной антенны.
Требование на степень проявления антенного эффекта в фидерах приемных антенн
более жест- кое по сравнению с фидерами передающих антенн. Важно уяснить, что
приемная антенна по отношению к радиоприемнику выступают в роли эквивалентного
генератора, нагрузкой которого служит входное сопротивление приемного фидера,
подключенного к входным цепям радиоприемника. Следовательно, еще одно
требование, как к приемной антенне, так и её фидеру, состоит в том, чтобы во входных
цепях радиоприемника выполнялись условия выделения радиосигнала максимальной
мощности.

10.

Приемная антенна и её фидер должны обеспечивать возможность нормального
функционирования линии радиосвязи в заданном диапазоне частот или длин волн. Наряду с
требованиями технического характера к приемным антеннам и фидерам предъявляются
определенные требования иного плана — технологичности изготовления, защиты от грозовых
разрядов, удобства и безопасности эксплуатации и др. Требования электрической прочности и
экологической чистоты отсутствуют, поскольку мощность сигнала в приемной антенне и её
фидере очень незначительна. Рассмотренные нами требования к антеннам и фидерам являются
основными для антенн и фидеров большинства радиосредств, используемых в радиосвязи,
радиовещании и телевещании. Они не будут, однако, единственны- ми. Почти каждый класс
антенн и фидеров, применительно к их назначению, характеризуется ещё рядом
дополнительных требований и показателей, с которыми знакомятся уже в дальнейшем в
процессе изучения соответствующих разделов полного курса по антенно-фидерным
устройствам.