Радиоизлучение

Характеристики распространения

Радиоволны в диапазоне УВЧ распространяются почти полностью за счет распространения в пределах прямой видимости (LOS) и отражения от земли; в отличие от ВЧ полосы там практически нет отражения от ионосферы ( SkyWave распространения), или поверхностной волны . Радиоволны УВЧ блокируются холмами и не могут выходить за горизонт, но могут проникать через листву и здания для приема внутри помещений. Поскольку длины волн УВЧ сопоставимы с размерами зданий, деревьев, транспортных средств и других обычных объектов, отражение и дифракция от этих объектов могут вызвать замирание из-за многолучевого распространения , особенно в застроенных городских районах. Атмосферная влажность снижает или ослабляет мощность УВЧ-сигналов на больших расстояниях, а затухание увеличивается с увеличением частоты. Телевизионные сигналы УВЧ обычно более ухудшаются из-за влажности, чем более низкие диапазоны, такие как телевизионные сигналы УКВ .

Поскольку передача в диапазоне УВЧ ограничена визуальным горизонтом 30–40 миль (48–64 км) и, как правило, более короткими расстояниями в зависимости от местности, это позволяет повторно использовать одни и те же частотные каналы другими пользователями в соседних географических областях ( повторное использование частот ). Радио ретрансляторы используются для ретрансляции сигналов УВЧ, когда требуется расстояние, превышающее прямую видимость.

Иногда при подходящих условиях УВЧ-радиоволны могут распространяться на большие расстояния по тропосферным каналам, поскольку атмосфера нагревается и охлаждается в течение дня.

Как воздействуют радиоволны на облучаемый физический объект?

Проходящая в пространстве электромагнитная
волна возбуждает в проводнике (антенне)
колебательные движения электронов и
соответствующий ей переменный ток, но
часть энергии может отразиться.

6. Какие
радиоволны называют отраженными?

Радиоволны,
которые отразились от объектов, размеры
которых превышают длину волны радиоволны,
диэлектриков и слоев атмосферы,
проводников.

7. Что
такое поляризация радиоволны?

а) Поляризация
радиоволн определяется ориентировкой
вектора напряженности электрического
поля радиоволны в пространстве, причем
направление вектора определяет
направление поляризации Поляризация
радиоволны.

Б) Характеристика
радиоволны, определяющая направление
вектора напряженности электрического
поля

8. Что
такое вертикальная поляризация
радиоволны?

Вертикально
поляризованная волна – это электромагнитная
волна, вектор электрического поля
которой направлен перпендикулярно
относительно проводящей поверхности,
над которой она распространяется.

9. Что
такое горизонтальная поляризация
радиоволны?

Горизонтально
поляризованная волна – это электромагнитная
волна, вектор электрического поля
которой направлен параллельно относительно
проводящей поверхности, над которой
она распространяется.

10. Что
такое вращающаяся поляризация радиоволны?

Вращающаяся
поляризация – при этом типе поляризации
векторы электрического и магнитного
поля вращаются в плоскости распространения
радиоволны. Вращение их происходит по
синусоидальному закону с угловой
скоростью вращения равной угловой
частоте (т.е. вращение происходит с
частотой сигнала). Вращающейся поляризацией
могут обладать волны с круговой и
эллиптической поляризацией.

11. Что
называют амплитудой радиоволны?

Амплитуда —
это максимальное отклонение от положения
равновесия, амплитуда радиоволны
соответствует величине напряженности
электрического и магнитного поля.

12. Как
зависит амплитуда радиоволны от дальности
распространения?

Интенсивность
электромагнитной волны обратно
пропорциональна квадрату расстояния
до источника. Интенсивность гармонической
электромагнитной волны прямо
пропорциональна квадрату амплитуды
напряженности электрического поля.

13. Как
изменяется путь, проходимый радиоволной?

На проходимый
путь радиоволны влияет множество
факторов:

Отражение
и преломление
при переходе из одной
среды в другую. Угол падения равен углу
отражения.

Дифракция.
Встречая на своем пути непрозрачное
тело, радиоволны огибают его. Дифракция
проявляется в разной мере в зависимости
от соотношения геометрических размеров
препятствия и длины волны.

Рефракция.
В неоднородных средах, свойства которых
плавно изменяются от точки к точке,
радиоволны распространяются по
криволинейным траекториям. Чем резче
изменяются свойства среды, тем больше
кривизна траектории.

Полное
внутреннее отражение.
Если при переходе
из оптически более плотной среды в менее
плотную, угол падения превышает некоторые
критические значения, то луч во вторую
среду не проникает и полностью отражается
от границы раздела сред. Критический
угол падения называют углом полного
внутреннего отражения.

Интерференция.
Это явление наблюдается при сложении
в пространстве нескольких волн. В
различных точках пространства получается
увеличение или уменьшение амплитуды
результирующей волны в зависимости от
соотношения фаз складывающихся волн.

Слушая Млечный Путь

Может показаться удивительным, но до 1933 года такой науки как радиоастрономия не существовало. Более того, открытие радиоволн, поступающих из галактического центра и вовсе было случайностью. Так, инженер Карл Янский работал над помехами, которые наблюдались во время разработки первой в мире телефонной системы Александра Белла. Проблема заключалась в том, что при попытке позвонить через Атлантический океан вместо друг друга люди слышали по ту сторону провода шипящий звук.

Выясняя причину неполадки Янский пришел к выводу, что шум – это радиоволны, которые исходят из центра галактики, нарушая телефонную связь и создают помехи. С того момента прошло без малого 88 лет, но теперь мы знаем о космосе и Вселенной несравнимо больше.

Радиоастрономия позволила нам заглянуть в места, слишком темные для человеческого глаза, но в радиоволнах эти участки буквально светятся.

Современные телескопы способны улавливать самые разные виды волн – от световых волн и гамма-излучения до радиоволн, которые позволили ученым составить довольно подробную карту наблюдаемой Вселенной. Следует отметить, что радиоволны преимущественно исходят от далеких галактик и очень холодных звезд, позволяя астрономам заглянуть в самые темные участки космического океана.

Поля и волны

Вы могли бы потратить годы на изучение деталей электромагнетизма. К счастью, вам не нужен такой опыт для успешного проектирования и реализации радиочастотных схем. Но вам нужно иметь базовое представление о таинственной энергии, излучаемой антенной вашего устройства.

Как следует из названия, электромагнитное излучение (ЭМИ) включает в себя как электрические поля, так и магнитные поля. Если у вас есть напряжение (напряжение, приложенное к импедансу антенны), то у вас есть электрическое поле (с математической точки зрения электрическое поле пропорционально пространственной скорости изменения напряжения). Если у вас есть электрический ток (ток, проходящий через импеданс антенны), то у вас есть магнитное поле (сила поля пропорциональна величине тока).

Электрическое и магнитное поля присутствуют, даже если величина напряжения или тока постоянна. Однако эти поля не будут распространяться. Если мы хотим, чтобы волна распространялась во вселенной, нам нужны изменения напряжения и тока.

Электрическая и магнитная составляющие электромагнитной волны представлены в виде перпендикулярных синусоид

Ключом к этому явлению распространения является самоподдерживающаяся связь между электрической и магнитной составляющими электромагнитного излучения (ЭМИ). Изменяющееся электрическое поле создает магнитное поле, а изменяющееся магнитное поле создает электрическое поле. Эта взаимная регенерация проявляется как отдельная сущность, а именно, как электромагнитная волна. Один раз образовавшись, эта волна будет распространяться в направлении от своего источника изо дня в день, со скоростью света, в сторону глубин неизвестного.

Частота электромагнитного излучения (радиоволны)

Электромагнитное излучение характеризуется частотой, длиной волны и мощностью переносимой энергии. Частота электромагнитного излучения показывает, сколько раз в секунду изменяется в излучателе направление электрического тока и, следовательно, сколько раз в секунду изменяется в каждой точке пространства величина электрического и магнитного полей. Измеряется частота электромагнитного излучения в герцах (Гц) – единицах названных именем великого немецкого ученого Генриха Рудольфа Герца. 1 Гц – это одно колебание в секунду, 1 мегагерц (МГц) – миллион колебаний в секунду. Это основная единица измерения для данного явления, (аналогично, например,  децибелу — единице уровней, затуханий и усилений). Электромагнитные волны, частота электромагнитного излучения которых условно ограничены 3000 ГГц, распространяются в пространстве без искусственного волновода. Нижняя граница радиоволн – 3 кГц – условная, установлена международными соглашениями. По длине волны диапазон радиоволн подразделяют на: мириаметровые (3—30 кГц), километровые (30—300 кГц), гектометровые (300—3000 кГц), декаметровые (3—30 МГц) и метровые (30—300 МГц), дециметровые (300—3000 МГц), сантиметровые (3—30 ГГц), миллиметровые (30—300 ГГц), децимиллиметровые (300—3000 ГГц).

Длина радиоволны

Длина радиоволны – это расстояние между двумя соседними максимально высокими или максимально низкими точками, расстояние, которое проходит волна за один период – за время одного колебания. Таким образом, длина радиоволны представляет собой расстояние между двумя соседними «возвышениями» или «впадинами» волны. Частота и длина радиоволны обратно пропорциональны друг другу. Поэтому, зная частоту и скорость распространения радиоволн, можно определить искомую величину. Длина радиоволны равна скорости распространения, поделенной на частоту. Как уже было описано, с увеличением частоты длина радиоволны уменьшается, с уменьшением – увеличивается

Знание длины волны очень важно при выборе антенны для радиосистемы, так как от нее напрямую зависит длина антенны. Энергия, которую несут радиоволны, зависит от мощности генератора (излучателя) и расстояния до него

Поток энергии, приходящийся на единицу площади, прямо пропорционален мощности излучения и обратно пропорционален квадрату расстояния до излучателя. Это значит, что дальность связи зависит от мощности передатчика, но в гораздо большей степени от расстояния до него.

2.2. Поляризация излучения

В предыдущем разделе мы встретились с
понятием поляризации электромагнитного излучения. Рассмотрим подробнее
поляризационные параметры и физические механизмы, влияющие на поляризацию
излучения.

В
общем случае радиоизлучение может содержать две компоненты – неполяризованную и
поляризованную. При распространении излучения конец мгновенного вектора
электрического поля волны, измеренного в некоторой фиксированной точке
пространства, описывает эллипс (рис. 2.1). Выберем систему координат, ось z которой направлена вдоль волнового
вектора (то есть, совпадает с направлением распространения, перпендикулярным
плоскости рис. 2.1), а оси x и y лежат в плоскости рисунка. Компоненты
вектора в проекциях на оси x и yзависят от времени следующим образом:

(2.15)

Отношение
E_x/E_y и разность фаз y_xy = y_x – y_yопределяют
позиционный угол эллипса c и отношение его осей p. Общая интенсивность I = I_пол
+ I_естравна сумме поляризованной и естественной
компонент; отношение r = I_полI называется степенью поляризации. В качестве
величин, описывающих состояние поляризации, обычно принимают параметры Стокса I, Q, U, V:

(2.16)

где
s =arctgp. Если антенна
радиотелескопа принимает две ортогональные линейные поляризации вдоль осей x и y, то измеряемые
интенсивности компонент равны

(2.17)

где черта означает усреднение по времени. Параметры Стокса:

(2.18)

Если
антенна принимает два направления круговой поляризации – правую r (вектор в приближающейся
волне вращается против часовой стрелки) и левую l (по часовой стрелке),
то интенсивности право- и левополяризованной компонент равны, соответственно

(2.19)

а
параметры Стокса выражаются через напряженности поля и , а также разность фаз y_rl право- и
левополяризованных компонент:

(2.20).

В общем случае поляризованное излучение
содержит смесь линейно и циркулярно поляризованных волн, то есть имеет
эллиптическую поляризацию, состояние которой можно однозначно описать
параметрами эллипса поляризации (рис. 2.1) либо параметрами Стокса.

Поляризованное излучение часто встречается в
радиоастрономии. Как правило, источники синхротронного излучения ) имеют линейную поляризацию. Излучение
активных областей на Солнце и космических гидроксильных мазеров ) бывает на 100% поляризовано по кругу.

Имеется ряд
физических факторов, влияющих на состояние поляризации излучения. Так,
суммарное синхротронное излучение источника с запутанным магнитным полем может
обладать лишь небольшой степенью линейной поляризации, так как волны от разных
частей источника, имеющие разные позиционные углы, складываясь, дают
практически неполяризованное излучение.

Поляризация может меняться и
во время распространения волны от источника к наблюдателю. Прохождение линейно
поляризованного излучения сквозь среду, содержащую свободные электроны и
магнитное поле, сопровождается фарадеевским вращением плоскости поляризации
(из-за различия коэффициентов преломления n₁, n₂ и,
для обыкновенной и необыкновенной волн, см. ). Угол
поворота вектора поляризации на пути Lволны частоты w определяется продольной компонентой H_║
магнитного поля (параллельной лучу зрения) и числом электронов на единичной
площади в направлении наблюдателя:

(2.21)

Здесь H_║ выражается в микрогауссах; l — в парсеках; длина волны l —
в метрах. Величина RM [рад/м2]
– называется мерой вращения. Мера вращения очень велика в короне Солнца (где N ~ 108–1010
см–3, H ~ 1 Гс), там Dq достигает ~106 радиан. В межзвездной
среде для удаленных радиоисточников (пульсары) мера вращения порядка десятков и
сотен радиан.

Расширенное применение радиоволн

Именно благодаря изучению этого явления, мы можем отправлять информацию на расстояния. Радиоволны формируются при прохождении по проводнику высокочастотного электрического тока. Заслугу изобретения радио многие учёные приписывают себе. И почти в каждой стране есть такой гений, кому мы обязаны этим уникальным изобретением. В нашей стране считают, что одним из изобретателей был Александр Степанович Попов.

Изобретение радио началось с устройства радиокондуктора Эдварда Бранли в 1890 году. Этот французский учёный создал свой прибор на основе идеи Генриха Герца, которая заключалась в том, что когда электромагнитная волна попадает на радиоустройство, возникает искра. Прибор Бранли использовали для приёма сигнала. Первым опробовал этот прибор на 40 метров англичанин Оливер Лодж в 1894 году. Александр Попов усовершенствовал приёмник Лоджа. Произошло это в 1895 году.

Создание ЭМИ и управление ЭМИ

Проектирование полной системы радиосвязи не является простым процессом. Тем не менее, очень легко создать электромагнитное излучение (ЭМИ), и на самом деле вы генерируете его, даже если не хотите этого. Любой изменяющийся во времени сигнал в любой цепи генерирует ЭМИ, это включает в себя и цифровые сигналы. В большинстве случаев это ЭМИ представляет собой просто шум. Если оно не вызывает никаких проблем, вы можете его игнорировать. В некоторых случаях оно может фактически мешать другим схемам, и в этом случае оно становится электромагнитными помехами (ЭМП).

Таким образом, мы видим, что радиочастотное проектирование заключается не только в создание ЭМИ; скорее, RF проектирование – это искусство и наука о генерации, манипуляции и интерпретации ЭМИ таким образом, чтобы можно было надежно передавать полезную информацию между двумя схемами, которые не имеют прямого электрического соединения.

Радиосвязь

В системах радиосвязи информация передается в пространстве с помощью радиоволн. На передающей стороне информация, которая должна быть отправлена, в форме изменяющегося во времени электрического сигнала подается на радиопередатчик . Информация, называемая сигналом модуляции , может быть аудиосигналом, представляющим звук с микрофона , видеосигналом, представляющим движущиеся изображения с видеокамеры , или цифровым сигналом, представляющим данные с компьютера . В передатчике электронный генератор генерирует переменный ток, колеблющийся на радиочастоте , называемый несущей волной, потому что он создает радиоволны, которые «переносят» информацию по воздуху. Информационный сигнал используется для модуляции несущей, изменяя некоторые ее аспекты, «совмещая» информацию с несущей. Модулированная несущая усиливается и подается на антенну . Колебательный ток толкает электроны в антенне вперед и назад, создавая колеблющиеся электрические и магнитные поля , которые излучают энергию от антенны в виде радиоволн. Радиоволны несут информацию к месту нахождения приемника.

В приемнике колеблющиеся электрические и магнитные поля входящей радиоволны толкают электроны в приемной антенне вперед и назад, создавая крошечное колебательное напряжение, которое является более слабой копией тока в передающей антенне. Это напряжение подается на радиоприемник , который извлекает информационный сигнал. Приемник сначала использует полосовой фильтр, чтобы отделить радиосигнал нужной радиостанции от всех других радиосигналов, принимаемых антенной, затем усиливает сигнал, чтобы он стал сильнее, а затем, наконец, извлекает несущий информацию сигнал модуляции в демодуляторе . Восстановленный сигнал отправляется в громкоговоритель или наушник для воспроизведения звука или на экран телевизионного дисплея для создания видимого изображения или на другие устройства. Сигнал цифровых данных подается на компьютер или микропроцессор , который взаимодействует с человеком-пользователем.

Радиоволны от многих передатчиков проходят по воздуху одновременно, не мешая друг другу. Их можно разделить в приемнике, потому что радиоволны каждого передатчика колеблются с разной скоростью, другими словами, каждый передатчик имеет разную частоту , измеряемую в килогерцах (кГц), мегагерцах (МГц) или гигагерцах (ГГц). Полосовой фильтр в приемнике состоит из колебательного контура , который действует как резонатор , аналогично камертон. Он имеет собственную резонансную частоту, на которой колеблется. Резонансная частота устанавливается равной частоте желаемой радиостанции. Колеблющийся радиосигнал от желаемой станции заставляет настроенную схему колебаться в согласии, и она передает сигнал остальной части приемника. Радиосигналы на других частотах блокируются настроенной схемой и не передаются.

Примечания

1. Регламент радиосвязи. Статьи. — Швейцария, Женева: МСЭ, 2012. Статья 1.5.
2. Геннадиева Е. Г., Дождиков В. Г., Кульба А. В. и др. Краткий энциклопедический словарь по радиоэлектронике и радиопромышленности / Под ред. В. Н. Саблина. М.: Диво, 2006. С. 276.
3. В. В. Никольский, Т. И. Никольская. Электродинамика и распространение радиоволн. М.: Наука, 1989. С. 467.
4. М. П. Долуханов. Распространение радиоволн. М.: Сов. радио, 1972.
5. Е. Г. Геннадиева, В. Г. Дождиков, А. В. Кульба, Ю. С. Лифанов, В. Н. Саблин, М. И. Салтан; под ред. В. Н. Саблина. Краткий энциклопедический словарь по радиоэлектронике и радиопромышленности. — Москва: Диво, 2006. — С. 276. — 286 с. — ISBN 5-87012-028-4 (В пер.).

Классификация по способу распространения

Прямые волны — радиоволны, распространяющиеся в свободном пространстве от одного предмета к другому, например от одного космического аппарата к другому, в некоторых случаях, от земной станции к космическому аппарату и между атмосферными аппаратами или станциями. Для этих волн влиянием атмосферы, посторонних предметов и Земли можно пренебречь.

Земные или поверхностные — радиоволны, распространяющиеся вдоль сферической поверхности Земли и частично огибающие её вследствие явления дифракции. Способность волны огибать встречаемые препятствия и дифрагировать вокруг них, как известно, определяется соотношением между длиной волны и размерами препятствий: чем меньше длина волны, тем слабее проявляется дифракция. По этой причине волны диапазона УВЧ и более высокочастотных диапазонов очень слабо дифрагируют на поверхности земного шара и дальность их распространения в первом приближении определяется расстоянием прямой видимости (прямые волны).

Тропосферные — радиоволны диапазонов ОВЧ и УВЧ, распространяющиеся за счёт рассеяния на неоднородностях тропосферы на расстояние до 1000 км.

Ионосферные или пространственные — радиоволны длиннее 10 м, распространяющиеся вокруг земного шара на сколь угодно большие расстояния за счёт однократного или многократного отражения от ионосферы и поверхности Земли.

Направляемые — радиоволны, распространяющиеся в направляющих системах (радиоволноводах).

Примечания [ править ]

1. Эллингсон SW (2016). . Издательство Кембриджского университета. С. 16–17. ISBN
2. «Глава 1: Терминология и технические характеристики — Термины и определения». . Женева: ITU . 2016. с. 7. ISBN
3. ↑ Harman PM (1998). Натурфилософия Джеймса Клерка Максвелла . Кембридж, Англия: Издательство Кембриджского университета. п. 6. ISBN 0-521-00585-X.
4. Рубин, Дж. . Juliantrubin.com . Проверено 8 ноя 2011 .
5. . 1728.org . 1728 Программные системы . Дата обращения 15 января 2018 .
6. . НРАО . Архивировано из 28 марта 2014 года . Дата обращения 15 января 2018 .
7. Ellingson, Steven W. (2016). . Издательство Кембриджского университета. С. 16–17. ISBN
8. ^ Сейболд Дж. С. (2005). . Введение в радиочастотное распространение . Джон Уайли и сыновья. С. 3–10. ISBN
9. ^ Brain, M (7 декабря 2000 г.). . HowStuffWorks.com . Проверено 11 сентября 2009 года .
10. Кухня R (2001). (2-е изд.). Newnes. стр.  -65. ISBN
11. VanderVorst A, Rosen A, Kotsuka Y (2006). . Джон Вили и сыновья. С. 121–122. ISBN
12. ↑ Graf RF, Sheets W (2001). . Newnes. п. 234. ISBN
13. Старейшина Дж. А., Кэхилл Д. Ф. (1984). . Биологические эффекты радиочастотного излучения . Агентство по охране окружающей среды США . С. 5.116–5.119.
14. ↑ Hitchcock RT, Patterson RM (1995). . Серия изданий по охране труда и технике безопасности. Джон Вили и сыновья. С. 177–179. ISBN
15. . www.iarc.fr (пресс-релиз). ВОЗ . 31 мая 2011 . Дата обращения 9 января 2019 .
16. . monographs.iarc.fr . МАИР . 9 ноя 2018 . Дата обращения 9 января 2019 .
17. Baan, R; Гросс, Й; Лауби-Секретан, B; и другие. (2014). . monographs.iarc.fr (плакат конференции). МАИР . Дата обращения 9 января 2019 .
18. Kimmel WD, Герка D (2018). . Рутледж. п. 6,67. ISBN
19. Национальная ассоциация вещателей (1996). . НАБ , Департамент науки и технологий. п. 186. ISBN.

Приёмники инфразвука. (Часть третья)

Опубликовано: 05.12.2018

     Объёмно-наскальные инфразвуковые информационные приёмники. Объёмно наскальные приёмники в отличие от объёмно камертонных приёмников, обычно строятся на поверхности земли. Они не имеют дромоса(подземной антенны). Роль антенны выполняет неоднородность среды распространения инфразвука разлом, хребет, гора, река. Направление неоднородности должно располагаться под углом 20-60° к источнику инфразвука. То есть построить такой приёмник возможно только в местах, где инфразвуковые волны от источника сигнала как-то концентрируются. Примером псевдокупольных приёмников на геологическом разломе являются тумулусы этрусков вблизи г.Червети в Италии. Здесь множество приёмников вытянулось линией в направлении геологического разлома. Основной задачей для постройки объёмно Читать дальше …

Примеры

Примеры выделенных радиодиапазонов

Диапазоны радиочастот в гражданской радиосвязи

В России для гражданской радиосвязи выделены три диапазона частот:

Некоторые диапазоны гражданской авиации

Некоторые

Похожие записи:

Ротор электродвигателя Транзистор tip42c Www.elbase.ru Какую температуру свечения (цвета) выбрать Крепеж для провода и кабеля по стене и потолку. использование монтажных пистолетов Какая схема стабилизатора напряжения на картинке правильная