Поширення радіохвиль - домашнє радіо
поширення радіохвиль
Радіохвилі випромінюються антеною є електромагнітні та магнітні поля. Швидкість поширення радіохвиль в просторі 300000 км / с. Довжина хвилі λ (м) і частота f (МГц) пов'язані між собою співвідношенням: λ = 300 / f.
Таке співвідношення зручно для практики, тому радіомовні станції працюють в діапазонах:- кілометрових - 30. 300кГц
- гектаметрових - 300кГц. 3МГц
- декаметрових - 3. 30МГц
- метрових - 30. 300МГц
Діапазон приймається приймача звукового мовлення розподілений так:
- ДВ - 148..285кГц (2027. 1057м)
- СВ - 525. 1607кГц (571,4. 186,7м)
- КВ - 3,95. 26,1МГц (75,9. 11,49м)
- УКХ - 65,8. 74МГц (4,56. 4,06)
- FM - 87,5. 108МГц (3,4. 2,78)
- 3,95. 4МГц (75м)
- 5,95. 6,2МГц (49м)
- 7,16. 7,36МГц (41м)
- 9,5. 9,775МГц (31м)
- 11,7. 11,975 (25м)
- 15,1. 15,45МГц (19м)
- 17,7. 17,9МГц (16м)
- 21,45. 21,75МГц (13м)
- 25,6. 26,1МГц (11м)
Радіозв'язок може здійснюватися за допомогою поверхневих і просторових радіохвиль.
Поверхнева радіохвиля поширюється уздовж земної поверхні. Завдяки дифракції (Діфракціяволн - порушення прямолінійності поширення і супутні йому інтерференційні явища) вона огинає нерівності земної кулі і поширюється на відстані перевищують дальність прямої видимості.
Дифракція радіохвиль виникає при зустрічі радіохвиль з перешкодою, відхиляючись від прямолінійного шляху. Чим нижче частота сигналу, тим більше дальність розповсюдження радіохвиль.
Просторова хвиля поширюється шляхом одноразових або багаторазових відображень від іоносфери і землі.
В ДВ діапазоні стійкий прийом ведеться на відстань до 2500. 3000км. Якість прийому практично не залежить від часу доби і року. Але в цьому діапазоні є високий рівень атмосферних і промислових шумів. У цьому діапазоні можна розмістити мало станцій. так як радіопередавачі модулюють вузьким діапазоном частот до 7 кГц і використовують їх в основному для мовного мовлення. Передача музики і ДВ діапазоні матиме не високу якість, за рахунок ослаблення верхніх частот спектра.
СВ діапазон - в ньому розташована велика кількість радіостанцій, смуга частот модуляції не більше 10кГц. Якість музичних передач той же буде не досить високим. За рахунок поверхневої хвилі вдається забезпечить надійний прийом до 1000 км, а в темний час доби дальність зв'язку збільшується за рахунок відбитих від іоносфери (просторових радіохвиль). Так само в зимовий час відбувається поліпшення дальності прийому, за рахунок зменшення поглинання радіохвиль земною поверхнею. У цьому діапазоні має місце завмирання сигналу (Завмирання - це зниження рівня сигналу на вході приймача, пов'язані зі змінами факторів зовнішнього середовища і умов поширення радіохвиль). На відстанях, де протягом цілої доби домінує поле поверхневої хвилі, завмирання відсутня. Далі розташована зона ближніх замираний, де з настанням темряви прийняте поле є результатом інтерференції порівнянних по амплітуді поверхневої і просторової хвиль. Остання в слідстві нерегулярних флуктуацій (Флуктуація - термін, що характеризує будь-яке коливання або будь-яке періодичне зміна) в іоносфері безперервно змінює свою фазу.
Інтерференція радіохвиль - це взаємне накладення радіохвиль, що приходять в точку прийому різними шляхами. Якщо амплітуди радіохвиль однакові, то при збігу їх фаз результуюче поле подвоюється, а при протилежній фазі - дорівнює нулю, тому радіохвилі приходять до точки прийому мають приблизно однакову амплітуду але протилежні по фазі викликають завмирання сигналу.
В КВ діапазоні поверхневі хвилі сильно поглинаються грунтом, з цього надійний прийом можливий на відстань не більше 100 км, так само через велику завантаженість цього діапазону і високого рівня перешкод від радіостанцій мовлення в КВ діапазоні найчастіше застосовується в важкодоступних районах, де УКВ, CВ і ДВ виявляються не придатними через обмежений радіусу дії. Мовлення в КВ діапазоні в певній місцевості відбувається за допомогою відбитих від іоносфери хвиль. Електронна щільність іоносфери міняється залежно від часу доби і сезону, і завмирання мають інтерференційне і поляризаційне походження. Днем добре приймаються радіостанції працюють на більш коротких хвилях (25м і менше), а вночі більш оптимально використовувати 75..31м під діапазон.
У УКВ і FM діапазонах застосовується частотна модуляція і відносно низький рівень перешкод дозволяють отримає високоякісний прийом.
Через малу довжини хвилі радіохвилі поширюються тільки на відстань прямої видимості. Якщо на шляху радіохвилі буде перешкода, то напруженість електромагнітного поля різко зменшується.
Якщо припустити що поверхня землі має ідеальну сферичну форму без перешкод для радіохвиль на своїй поверхні то можна розрахувати дальність зв'язку при примою видимості:
де Н1 висота передавальної антени в м, Н2 - висота приймальної антени в м.
На малюнку показаний приклад прийому радіохвиль в трьох точках.
В реальних умовах УКВ радіосигнал має великий здатністю огинати перешкоди. Земна поверхня суттєво впливає на напруженість поля в місці прийому. Якщо антени підняті на гладкою поверхнею землі, то остання відбиває радіохвилі подібно, як дзеркало відображає світло. У підсумку до приймальні антени приходять 2-е хвилі - пряма і відбита. Вони будуть різними за амплітудою і фазі, але якщо вони прийдуть в точку прийому в однаковій фазі то напруженість поля збільшиться.
Найбільше цікавить питання поширення УКХ і FM над нерівною поверхнею, над такою місцевістю відбитий від землі сигнал буде ослаблений, тому що земна поверхня являє для сигналу криве дзеркало. Крім усього в точки прийому сигналу крім основного сигналу можуть відбиті хвилі.
На малюнку показаний приклад поширення радіо хвиль з реальним профілем місцевості.
На початку місцевість рівна і напруженість поля убуває плавно, на відстані 8 км місцевість піднімається і напруженість поля зростає. За пагорбом напруженість поля різко падає, це область тіні. За наступним пагорбом напруженість поля трохи вище, ніж поле яке повинно бути над рівною поверхнею. Це відбувається завдяки тому що даний пагорб своїми геометричними розмірами працює як ретранслятор. Падаючі на нього хвилі він перевипромінює на всі боки, в тому числі і в область тіні.
Однак далі напруженість поля швидко зменшується в міру збільшення відстані, і тим швидше чим коротше хвиля. При висоті прийомної антени 10..20м напруженість дифракційного поля на відстанях 100. 150 км дуже мала в порівнянні з напруженість поля отриманої завдяки дальньому тропосферні поширенню УКХ і FM. Завдяки тропосферні поширенню радіохвиль зона прямої видимості розширюється на 20%. Але тим не менш через неоднорідність тропосфери радіохвилі приходять в точку прийому з випадковою фазою і амплітудою, що часто викликає завмирання сигналу, при цьому практично вся випромінювана енергія метрового діапазону проникає через товщину тропосфери і не повертається на землю.
Велика неоднорідність поля в різних точках прийому обумовлена інтерференцією великого числа хвиль відбитих від різних перешкод, приклад цього поширення хвиль в межах міста. Рівень відображених сигналів в межах міста може становити 50-60% від прямого сигналу.
Наявність відбитих хвиль призводить так само до зміни поляризації первинного поля:Поляризація - для електромагнітних хвиль це явище спрямованого коливання векторів напруженості електричного поля E або напруженості магнітного поля H. Когерентне електромагнітне випромінювання може мати:
- Лінійну поляризацію - в напрямку, перпендикулярному напрямку поширення хвилі;
- Кругову поляризацію - праву або ліву, в залежності від напрямку обертання вектора індукції;
- Еліптичну поляризацію - випадок, проміжний між кругової і лінійними поляризациями.
Некогерентного випромінювання може бути не поляризованим, або бути повністю або частково поляризованим.
При теоретичному розгляді поляризації хвиля покладається розповсюджується горизонтально. Тоді можна говорити про вертикальної і горизонтальної лінійних поляризаціях хвилі.
Так наприклад якщо передавальна антена випромінювала хвилі з горизонтальною поляризацією, то при прийомі в міських умови виявляється вертикальна складова, рівень якої в середньому становить 30% від рівня горизонтальної складової.
Використана література та ін. Джерела:
- В.В. Бессонов - Електроніка для початківців (і не тільки)