Was ist Radiowellen Lichtemission? Theorie der Radiowellen: Bildungsprogramm. Funkspektrumzuweisung

Die Dielektrizitätskonstante des ionisierten Gases ist kleiner als eins und hängt von der Schwingungsfrequenz ab. Medien, bei denen die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Radiowellen von der Frequenz abhängt, werden als dispersive Medien bezeichnet. In dispersiven Medien werden Phasen- und Gruppengeschwindigkeiten der Funkwellenausbreitung unterschieden. Die Geschwindigkeit, die die Bewegungsgeschwindigkeit der Wellenfront kennzeichnet, wird als Phase bezeichnet. Die Phasengeschwindigkeit wird durch die Formel (1.45) oder (für Medien, die sich in ihren Eigenschaften einem Dielektrikum nähern) (1.55) bestimmt. Daher gilt für ein ionisiertes Gas ohne Berücksichtigung von Verlusten gemäß Ausdruck (4.8)

Folglich hat jede Frequenz ihre eigene Phasengeschwindigkeit, und diese Geschwindigkeit ist größer als die Lichtgeschwindigkeit.

Um ein Signal zu übertragen, muss eine Störung erzeugt werden - der Beginn der Übertragung von Sinusschwingungen, eine Unterbrechung oder ein Impuls, dh die Übertragung einer bestimmten Gruppe von Wellen (Abb. 4.8).

In einem nichtdispersiven Medium wird eine Gruppe von Wellen unverzerrt übertragen. In einem dispersiven Medium wird jede der Frequenzen des Impulsspektrums mit einer anderen Geschwindigkeit übertragen, und der gesamte Impuls wird mit einer anderen Geschwindigkeit übertragen. Um die Gruppengeschwindigkeit der Wellenausbreitungsspiele in einem dispersiven Medium zu bestimmen, sollte die aus dem Kurs "Elektrodynamik" bekannte Formel verwendet werden:

Nach Berechnung des Differentials des Nenners

gleichung (4.36) wird vereinfacht:

Der Vergleich der Formeln (4.35) und (4.37) zeigt die Beziehung zwischen den Phasen- und Gruppengeschwindigkeiten der Wellenausbreitung in einem ionisierten Gas:

υ gr υ Ф \u003d с 2. (4,38)

Somit breitet sich das Signal in einem ionisierten Gas mit einer Geschwindigkeit aus, die geringer als die Lichtgeschwindigkeit ist.

Wenn sich die Betriebsfrequenz der Eigenfrequenz des ionisierten Gases nähert (ω → ω 0), nimmt die Gruppengeschwindigkeit ab (υ gr → 0) und die Phasengeschwindigkeit nimmt stark zu (υ f → ∞). Tatsächlich erreicht die Phasengeschwindigkeit aufgrund des Verlusts an Wellenenergie in einem realen ionisierten Gas einen großen endlichen Wert.

Um einen Impuls zu übertragen, muss ein bestimmtes Frequenzband übertragen werden, dessen Breite umgekehrt proportional zur Impulsdauer ist. Jede der Gruppen von Impulsharmonischen breitet sich mit ihrer eigenen Gruppengeschwindigkeit aus. Wenn der Impuls nicht sehr kurz ist und sein Spektrum nicht breit ist, ist der Unterschied in den Gruppengeschwindigkeiten einzelner Gruppen von Impulsharmonischen gering und es kann angenommen werden, dass sich der gesamte Impuls mit einer Geschwindigkeit ausbreitet, die der Gruppengeschwindigkeit der Trägerfrequenz entspricht. Die kurzen Impulse enthalten ein breites Frequenzspektrum und sind beim Durchgang durch die Ionosphäre verzerrt. Die Art der Verzerrung eines Rechteckimpulses ist in Fig. 4 gezeigt. 4.9.

Eine Gruppe hoher Harmonischer breitet sich mit einer großen Gruppengeschwindigkeit aus und erzeugt einen Impuls - einen Vorläufer (siehe Abb. 4.9, Teil a-b). Der Hauptteil der Energie - der "Körper" des Impulses (siehe Abb. 4.9, Teil b-c) breitet sich mit einer Geschwindigkeit aus, die der Trägerfrequenz entspricht. Eine Gruppe niedriger Harmonischer breitet sich mit einer niedrigeren Gruppengeschwindigkeit aus und erzeugt einen verzögerten Impuls (siehe Abb. 4.9, Teil c-d). Der Impuls selbst erweist sich als "unscharf". Verzerrungen sind schwerwiegend, wenn der Puls kurz ist und die Trägerfrequenz nahe an der Eigenfrequenz des ionisierten Gases liegt. Bei der Ausbreitung durch die Ionosphäre unterliegen Dispersionsverzerrungen Impulsen mit einer Dauer von mehreren Mikrosekunden. Lange Telegraphenimpulse werden durch Dispersion praktisch nicht verzerrt.

WAS SIND RADIOWELLEN?

Radiowellen sind elektromagnetische Schwingungen, die sich mit Lichtgeschwindigkeit (300.000 km / s) durch den Raum ausbreiten. Übrigens sind Licht auch elektromagnetische Wellen mit ähnlichen Eigenschaften wie Radiowellen (Reflexion, Brechung, Dämpfung usw.).

Radiowellen transportieren die von einem elektromagnetischen Oszillator emittierte Energie durch den Raum. Und sie entstehen, wenn sich das elektrische Feld ändert, beispielsweise wenn ein elektrischer Wechselstrom durch einen Leiter fließt oder wenn Funken durch den Raum gleiten, d. H. eine Reihe von schnell aufeinander folgenden Stromimpulsen.

Elektromagnetische Strahlung ist durch Frequenz, Wellenlänge und Leistung der übertragenen Energie gekennzeichnet. Die Frequenz elektromagnetischer Wellen zeigt, wie oft sich die Richtung des elektrischen Stroms im Emitter pro Sekunde ändert und daher wie oft sich die Größe der elektrischen und magnetischen Felder an jedem Punkt im Raum ändert. Die Frequenz wird in Hertz (Hz) gemessen - Einheiten, benannt nach dem großen deutschen Wissenschaftler Heinrich Rudolf Hertz. 1 Hz ist eine Schwingung pro Sekunde, 1 Megahertz (MHz) ist eine Million Schwingungen pro Sekunde. In dem Wissen, dass die Bewegungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen gleich der Lichtgeschwindigkeit ist, ist es möglich, den Abstand zwischen Punkten im Raum zu bestimmen, an denen sich das elektrische (oder magnetische) Feld in derselben Phase befindet. Dieser Abstand wird als Wellenlänge bezeichnet. Die Wellenlänge in Metern wird nach folgender Formel berechnet:

Oder grob gesagt
dabei ist f die Frequenz der elektromagnetischen Strahlung in MHz.

Die Formel zeigt, dass beispielsweise eine Frequenz von 1 MHz einer Wellenlänge von ca. 300 m. Mit zunehmender Frequenz nimmt die Wellenlänge mit abnehmender ab - raten Sie selbst. Im Folgenden stellen wir sicher, dass die Wellenlänge die Länge der Funkantenne direkt beeinflusst.

Elektromagnetische Wellen treten frei durch Luft oder den Weltraum (Vakuum). Wenn sich jedoch ein Metalldraht, eine Antenne oder ein anderer leitender Körper auf dem Weg der Wellen trifft, geben sie ihm ihre Energie und verursachen dadurch einen elektrischen Wechselstrom in diesem Leiter. Aber nicht die gesamte Wellenenergie wird vom Leiter absorbiert, ein Teil davon wird von seiner Oberfläche reflektiert und geht entweder zurück oder wird im Raum gestreut. Dies ist übrigens die Grundlage für die Verwendung elektromagnetischer Wellen im Radar.

Eine weitere nützliche Eigenschaft elektromagnetischer Wellen ist ihre Fähigkeit, sich auf ihrem Weg um einige Hindernisse zu biegen. Dies ist jedoch nur möglich, wenn die Abmessungen des Objekts kleiner als die Wellenlänge sind oder mit dieser vergleichbar sind. Um beispielsweise ein Flugzeug zu erkennen, muss die Länge der Radarfunkwelle kleiner sein als ihre geometrischen Abmessungen (weniger als 10 m). Wenn der Körper länger als die Wellenlänge ist, kann er sie reflektieren. Aber es kann nicht reflektieren. Denken Sie an die militärische Stealth-Technologie, die Geometrien entwickelt, Materialien und Beschichtungen absorbiert, um die Sichtbarkeit von Objekten für Ortungsgeräte zu verringern.

Die von elektromagnetischen Wellen getragene Energie hängt von der Leistung des Generators (Emitters) und der Entfernung zu diesem ab. Wissenschaftlich klingt es so: Der Energiefluss pro Flächeneinheit ist direkt proportional zur Strahlungsleistung und umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung zum Emitter. Dies bedeutet, dass die Kommunikationsreichweite von der Leistung des Senders abhängt, jedoch in viel größerem Maße von der Entfernung zu ihm.

SPEKTRUMVERTEILUNG

Funkwellen, die in der Funktechnik verwendet werden, decken ein Gebiet oder mehr wissenschaftlich ab - das Spektrum von 10.000 m (30 kHz) bis 0,1 mm (3.000 GHz). Dies ist nur ein Teil des breiten Spektrums elektromagnetischer Wellen. Auf Radiowellen (in abnehmender Länge) folgen Wärme- oder Infrarotstrahlen. Nach ihnen gibt es einen schmalen Abschnitt sichtbarer Lichtwellen, also - das Spektrum der Ultraviolett-, Röntgen- und Gammastrahlen - all dies sind elektromagnetische Schwingungen gleicher Art, die sich nur in der Wellenlänge und damit in der Frequenz unterscheiden.

Obwohl das gesamte Spektrum in Regionen unterteilt ist, werden die Grenzen zwischen ihnen konventionell umrissen. Regionen folgen fortlaufend nacheinander, gehen ineinander über und überlappen sich in einigen Fällen.

Durch internationale Abkommen wird das gesamte Spektrum der in der Funkkommunikation verwendeten Funkwellen in Bereiche unterteilt:

Angebot Frequenzen	Name des Frequenzbereichs	Name Wellenbereich	Wellenlänge
	Sehr niedrige Frequenzen (VLF)	Myriameter
	Niedrige Frequenzen (LF)	Kilometer
300-3000 kHz	Mittenfrequenzen (Mitten)	Hektometrisch
	Höhen (HF)	Dekameter
	Sehr hohe Frequenzen (VHF)	Meter
300-3000 MHz	Ultrahochfrequenz (UHF)	Dezimeter
	Ultrahochfrequenzen (Mikrowelle)	Zentimeter
	Extrem hohe Frequenzen (EHF)	Millimeter
300-3000 GHz	Hyperhochfrequenzen (HHF)	Dezimillimeter

Diese Bereiche sind jedoch sehr umfangreich und wiederum in Abschnitte unterteilt, zu denen die sogenannten Rundfunk- und Fernsehbands, Bands für Land- und Luftfahrt, Raumfahrt- und Seekommunikation, Datenübertragung und Medizin, Radar- und Funknavigation usw. gehören. Jedem Funkdienst wird ein eigener Abschnitt des Bereichs oder feste Frequenzen zugewiesen.

Aufteilung des Spektrums zwischen verschiedenen Diensten.

Diese Aufschlüsselung ist ziemlich verwirrend, weshalb viele Dienste ihre eigene "interne" Terminologie verwenden. Normalerweise werden die folgenden Namen verwendet, um die für die Landmobilkommunikation zugewiesenen Bänder zu bezeichnen:

	Frequenzbereich	Erklärungen
		Aufgrund der Art seiner Verbreitung wird es hauptsächlich für die Fernkommunikation verwendet.
	25,6-30,1 MHz	Der zivile Bereich, in dem Einzelpersonen kommunizieren können. In verschiedenen Ländern sind diesem Abschnitt 40 bis 80 feste Frequenzen (Kanäle) zugeordnet.
		Reichweite der mobilen terrestrischen Kommunikation. Es ist nicht klar warum, aber in der russischen Sprache gab es keinen Begriff, der diesen Bereich definiert.
	136-174 MHz	Der häufigste Bereich der mobilen terrestrischen Kommunikation.
	400-512 MHz	Reichweite der mobilen terrestrischen Kommunikation. Manchmal ist dieser Abschnitt keinem separaten Bereich zugeordnet, aber sie sagen UKW, was ein Frequenzband von 136 bis 512 MHz impliziert.
	806-825 und 851-870 MHz	Traditionelles "amerikanisches" Sortiment; weit verbreitet in der Mobilkommunikation in den Vereinigten Staaten. Wir haben nicht viel Verteilung erhalten.

Die offiziellen Namen der Frequenzbänder dürfen nicht mit den Namen der Bereiche verwechselt werden, die verschiedenen Diensten zugeordnet sind. Es ist erwähnenswert, dass die weltweit größten Hersteller von Geräten für die mobile terrestrische Kommunikation Modelle herstellen, die für diese Bereiche entwickelt wurden.

In Zukunft werden wir über die Eigenschaften von Funkwellen in Bezug auf ihre Verwendung in der Landmobilfunkkommunikation sprechen.

WIE RADIO WELLEN VERBREITEN

Radiowellen werden durch die Antenne in den Weltraum abgestrahlt und als Energie in einem elektromagnetischen Feld verbreitet. Obwohl die Art der Radiowellen dieselbe ist, hängt ihre Ausbreitungsfähigkeit stark von der Wellenlänge ab.

Für Radiowellen ist die Erde ein elektrischer Leiter (wenn auch kein sehr guter). Radiowellen, die über die Erdoberfläche laufen, werden allmählich schwächer. Dies liegt daran, dass elektromagnetische Wellen elektrische Ströme in der Erdoberfläche anregen, für die ein Teil der Energie verbraucht wird. Jene. Energie wird von der Erde absorbiert und je mehr, desto kürzer die Wellenlänge (höhere Frequenz).

Darüber hinaus schwächt sich auch die Energie der Welle ab, da sich die Strahlung in alle Raumrichtungen ausbreitet. Je weiter der Empfänger vom Sender entfernt ist, desto weniger Energie wird pro Flächeneinheit und desto weniger gelangt sie in die Antenne.

Langwellige Rundfunkstationen können in einer Entfernung von mehreren tausend Kilometern empfangen werden, und der Signalpegel nimmt ohne Sprünge gleichmäßig ab. Mittelwellenstationen sind im Umkreis von tausend Kilometern zu hören. Bei kurzen Wellen nimmt ihre Energie mit der Entfernung vom Sender stark ab. Dies erklärt die Tatsache, dass zu Beginn der Funkentwicklung Wellen von 1 bis 30 km hauptsächlich für die Kommunikation verwendet wurden. Wellen, die kürzer als 100 Meter sind, wurden im Allgemeinen als ungeeignet für Fernkommunikation angesehen.

Weitere Untersuchungen von kurzen und ultrakurzen Wellen haben jedoch gezeigt, dass sie schnell zerfallen, wenn sie sich in der Nähe der Erdoberfläche bewegen. Wenn die Strahlung nach oben gerichtet ist, kommen kurze Wellen zurück.

Bereits 1902 sagten der englische Mathematiker Oliver Heaviside und der amerikanische Elektrotechniker Arthur Edwin Kennelly fast gleichzeitig voraus, dass sich über der Erde eine ionisierte Luftschicht befindet - ein natürlicher Spiegel, der elektromagnetische Wellen reflektiert. Diese Schicht wurde als Ionosphäre bezeichnet.

Die Ionosphäre der Erde sollte es ermöglichen, den Ausbreitungsbereich von Radiowellen in Entfernungen zu vergrößern, die die Sichtlinie überschreiten. Diese Annahme wurde 1923 experimentell bewiesen. Hochfrequenzimpulse wurden vertikal nach oben gesendet und zurückgegebene Signale wurden empfangen. Messungen der Zeit zwischen Sende- und Empfangsimpulsen ermöglichten die Bestimmung der Höhe und Anzahl der Reflexionsschichten.

Lang- und Kurzwellenausbreitung.

Nachdem sie von der Ionosphäre reflektiert wurden, kehren kurze Wellen zur Erde zurück und hinterlassen Hunderte von Kilometern "toter Zone" unter ihnen. Nachdem die Welle in die Ionosphäre und zurück gereist ist, "beruhigt" sie sich nicht, sondern wird von der Erdoberfläche reflektiert und stürzt erneut in die Ionosphäre, wo sie erneut reflektiert wird usw. Somit kann die Radiowelle bei wiederholter Reflexion mehrmals um den Globus wandern.

Es wurde festgestellt, dass die Reflexionshöhe hauptsächlich von der Wellenlänge abhängt. Je kürzer die Welle ist, desto höher tritt ihre Reflexion auf und desto größer ist daher die "Totzone". Diese Abhängigkeit gilt nur für den kurzwelligen Teil des Spektrums (bis ca. 25-30 MHz). Bei kürzeren Wellenlängen ist die Ionosphäre transparent. Wellen durchdringen sie und gehen in den Weltraum.

Die Abbildung zeigt, dass die Reflexion nicht nur von der Frequenz, sondern auch von der Tageszeit abhängt. Dies liegt an der Tatsache, dass die Ionosphäre durch Sonnenstrahlung ionisiert wird und mit Beginn der Dunkelheit allmählich ihr Reflexionsvermögen verliert. Der Ionisationsgrad hängt auch von der Sonnenaktivität ab, die sich im Laufe des Jahres und von Jahr zu Jahr in einem Siebenjahreszyklus ändert.

Reflektierende Schichten der Ionosphäre und die Ausbreitung kurzer Wellen in Abhängigkeit von Häufigkeit und Tageszeit.

UKW-Radiowellen ähneln in ihren Eigenschaften eher Lichtstrahlen. Sie reflektieren praktisch nicht von der Ionosphäre, biegen sich sehr leicht um die Erdoberfläche und breiten sich innerhalb der Sichtlinie aus. Daher ist der Wirkungsbereich ultrakurzer Wellen kurz. Dies hat jedoch einen entscheidenden Vorteil für die Funkkommunikation. Da sich die Wellen im UKW-Bereich innerhalb der Sichtlinie ausbreiten, können Radiosender ohne gegenseitige Beeinflussung in einem Abstand von 150-200 km voneinander platziert werden. Dadurch können benachbarte Stationen mehrmals dieselbe Frequenz verwenden.

Ausbreitung von kurzen und ultrakurzen Wellen.

Die Eigenschaften von Funkwellen im DTSV- und 800-MHz-Bereich liegen noch näher an Lichtstrahlen und haben daher eine weitere interessante und wichtige Eigenschaft. Erinnern wir uns, wie eine Taschenlampe funktioniert. Das Licht einer Glühbirne im Fokus des Reflektors wird in einem schmalen Strahl gesammelt, der in jede Richtung gesendet werden kann. Etwa das Gleiche gilt für hochfrequente Funkwellen. Sie können sie mit Antennenspiegeln sammeln und in schmalen Strahlen senden. Es ist unmöglich, eine solche Antenne für niederfrequente Wellen zu bauen, da ihre Abmessungen zu groß wären (der Durchmesser des Spiegels sollte viel größer als die Wellenlänge sein).

Die Möglichkeit einer gerichteten Wellenemission verbessert die Effizienz des Kommunikationssystems. Dies liegt an der Tatsache, dass ein schmaler Strahl eine geringere Energiedissipation in Seitenrichtungen bietet, was die Verwendung weniger leistungsfähiger Sender ermöglicht, um einen bestimmten Kommunikationsbereich zu erreichen. Richtungsstrahlung erzeugt weniger Interferenzen mit anderen Kommunikationssystemen, die nicht mit dem Strahl übereinstimmen.

Das Empfangen von Funkwellen kann auch die gerichtete Strahlung nutzen. Beispielsweise sind viele mit parabolischen Satellitenschüsseln vertraut, die die Strahlung eines Satellitensenders auf den Punkt fokussieren, an dem der Empfangssensor installiert ist. Die Verwendung von Richtempfangsantennen in der Radioastronomie hat viele grundlegende wissenschaftliche Entdeckungen ermöglicht. Die Fähigkeit, hochfrequente Funkwellen zu fokussieren, hat sie in der Radar-, Funkrelaiskommunikation, Satellitenübertragung, drahtlosen Datenübertragung usw. weit verbreitet gemacht.

Parabolische gerichtete Satellitenschüssel (Foto von ru.wikipedia.org).

Es ist zu beachten, dass mit abnehmender Wellenlänge die Dämpfung und Energieabsorption in der Atmosphäre zunimmt. Insbesondere die Ausbreitung von Wellen, die kürzer als 1 cm sind, wird durch Phänomene wie Nebel, Regen und Wolken beeinflusst, die zu einer ernsthaften Störung werden können, die den Kommunikationsbereich einschränkt.

Wir haben festgestellt, dass Funkwellen je nach Wellenlänge unterschiedliche Ausbreitungseigenschaften haben und dass jeder Teil des Funkspektrums dort verwendet wird, wo seine Vorteile am besten genutzt werden.

Historisch gesehen wurden Radiowellen entdeckt, als Lichtphänomene bereits ziemlich gut untersucht waren und als es bereits Maxwells Theorie gab, die Lichtwellen als elastische Wellen im Äther beschrieb, die sich darin mit einer charakteristischen Geschwindigkeit ausbreiteten c... Als festgestellt wurde, dass die Geschwindigkeit von Radiowellen mit dieser Geschwindigkeit übereinstimmt [F2], entschieden sie zur Freude, dass Licht und Radiowellen dieselbe physikalische Natur haben und sich nur in ihren Frequenzbereichen unterscheiden. Bisher enthalten Lehrbücher und Nachschlagewerke die "Skala der elektromagnetischen Wellen", die alle denkbaren Frequenzen abdeckt - von Null bis unendlich. Dieser Zustand ist umso überraschender, als direkte Hinweise auf die grundlegend unterschiedliche Natur von Licht- und Radiowellen seit langem bekannt sind.

Der Hauptunterschied zwischen beiden besteht darin, dass Licht eine Quantenübertragung von Energie ist, während Radiowellen Wellen sind. Beachten Sie, dass wir über die physikalische Essenz dieser Phänomene sprechen und nicht über ihre mathematische Beschreibung. Mathematisch können sowohl Licht- als auch Radiowellen sowohl als Wellen als auch als Quanten beschrieben werden: Papier wird alles aushalten. Physisch gibt es einen großen Unterschied. Wenn eine Funkwelle ausgesendet, ausgebreitet und empfangen wird, können sich geladene Teilchen mit der Wellenfrequenz bewegen. Solange der Generator arbeitet und kontinuierlich Ladungen entlang der emittierenden Antenne antreibt, flattern geladene Teilchen im umgebenden Raum genauso lange. Im Falle von Licht gibt es keine Bewegung geladener Teilchen bei der Lichtfrequenz. Woher kommen sie, wenn der Energieübertragungsmechanismus völlig anders ist? Übrigens konnte selbst ein Elektron mit seiner geringen Masse aufgrund seiner inerten Eigenschaften bei Lichtfrequenzen nicht schwingen. Zunächst glaubte man, dass in Atomen gebundene Elektronen dazu in der Lage sind - zum Beispiel nach dem Modell des Atoms von J. J. Thomson. Dieses Modell wurde jedoch zugunsten des Rutherford-Bohr-Modells aufgegeben ... das Konzept der Photonen nahm Gestalt an ... die nach dem Dekret des Ersten Solvay-Kongresses von Atomen emittiert und absorbiert werden sofort... Daraus folgte, dass es in Atomen keine Schwingungen geladener Teilchen gibt, die die Photonenfrequenz einstellen. Sie sehen, woher die Orthodoxen selbst gekommen sind: Bei Radiowellen sind Schwingungen geladener Teilchen vorhanden, bei Licht jedoch nicht. Aber sie schrieben Radiowellen und Licht weiterhin dieselbe physikalische Natur zu. Um es mysteriöser zu machen!

Dieser Unterschied zwischen dem Vorhandensein oder Fehlen von Schwingungen geladener Teilchen ist jedoch nicht nur auf den Unterschied in den Frequenzbereichen zurückzuführen - in diesem Fall handelt es sich um eine Grundsatzfrage [D10]. Der Navigator, dessen Arbeit wir oben skizziert haben ( 3.4 ) dient nur der Quantenübertragung von Energie, nämlich der Übertragung von Quanten der Anregungsenergie von Atom zu Atom, aber sicherlich nicht von Elektron zu Elektron. Denn ein Objekt, das Anregungsenergie aufnehmen und abgeben kann, muss über eine geeignete strukturelle Organisation verfügen, die einen internen Freiheitsgrad bietet, der die Möglichkeit der Anregungsenergie ermöglicht. Und ein freies Elektron, das ein Elementarteilchen ist, hat keinen solchen inneren Freiheitsgrad. Daher kann ein Elektron kein Quantum an Anregungsenergie aufnehmen und dementsprechend nicht aufgeben.

Was gesagt wurde, reicht aus, um zu erkennen, dass Licht und Radiowellen grundlegend unterschiedliche physikalische Phänomene sind. Wir werden auf die Frage nach der Art der Radiowellen weiter unten zurückkommen ( 5.3 ), aber beachten Sie jetzt Folgendes. Beim Vergleich der traditionellen Konzepte von Licht als fliegende Photonen und unserer Konzepte als Kette von Quantenübergängen der Anregungsenergie von Atom zu Atom fällt ihr grundlegender Unterschied auf. Beim traditionellen Ansatz hat durch Materie "ausgespucktes" Licht eine autarke Existenz unabhängig von der Materie: Ein Photon kann angeblich lange Lichtjahre im interstellaren Raum fliegen, bis es auf ein Atom trifft, das es absorbiert. In unserem Ansatz existiert Licht nicht isoliert von Materie, weil Lichtenergie ist nur auf Atomen lokalisiert und bewegt sich während des Quantentransfers von einem Atom zum anderen nicht entlang des die Atome trennenden Raums. Und jetzt, da die Akademiker das Photon in die vier fundamentalen, absolut stabilen Teilchen aufgenommen haben, haben die Akademiker zur Verteidigung der Idee der Existenz von Photonen unabhängig von der Materie ein rührendes Gedankenexperiment. Nehmen wir an, in zehn Lichtjahren Entfernung wurde von uns ein starker Lichtblitz erzeugt, nach dem der Emitter sofort zerlegt wurde ... und wir haben es bis zum Ende des zehnten Jahres kaum geschafft, den Empfänger zu bauen - aber wir haben immer noch das Lichtsignal erhalten. Wo, sagen sie, war die Lichtenergie all diese zehn Jahre, als der Sender nicht mehr da war und der Empfänger noch nicht da war? Wir antworten: Lichtenergie wurde im interstellaren Raum von Atom zu Atom übertragen und bewegte sich in Richtung des im Bau befindlichen Empfängers. "Dann", rufen die Wissenschaftler feierlich aus, "würde die Grenzintensität des durchgelassenen Lichts durch die Konzentration der Atome bestimmt, über die es" geworfen "wurde! Je niedriger diese Konzentration, desto schlechter würde das Licht durchgelassen! Dies ist jedoch nicht der Fall: In Labors leiten wir Laserintensitäten durch ein Ultrahochvakuum! " Ja, es funktioniert in Labors. Es stellt sich jedoch heraus, dass hier die Volumina mit einem Ultrahochvakuum klein sind: Für Senderatome, die sich am Eingangsfenster einer Vakuumkammer befinden, findet der Navigator erfolgreich Empfängeratome an seinem Ausgangsfenster oder auf einem Ziel darin. Hier wird die "Laserintensität" durch einen kurzen Abschnitt des Ultrahochvakuums geleitet, als ob dieser Abschnitt überhaupt nicht existiert. Wenn jedoch ein Abschnitt mit einem Ultrahochvakuum ausreichend groß gewesen wäre, wäre alles anders verlaufen. Es erscheint uns logisch, dass der Navigator auf der Suche nach einem Empfängeratom einen bestimmten maximalen Radius für das Scannen des Raums hat. Wenn bei Erreichen dieses Grenzradius das Empfängeratom nicht erkannt wird, endet der Scan (und möglicherweise beginnt sein neuer Zyklus sofort). Bei einer ausreichend großen Länge eines Abschnitts des Lichtweges durch ein Hochvakuum sollte dann genau eine kleine Materiekonzentration als Begrenzer der Lichtübertragungskapazität dieses Abschnitts dienen.

Und tatsächlich gibt es Hinweise darauf, dass auf diese Weise alles im Weltraum geschieht. Warum ist zum Beispiel die "Sonnenkonstante" konstant? die Kraft der Sonnenstrahlung pro Flächeneinheit im Radius der Erdumlaufbahn? Selbst in den Jahren der aktiven Sonne mit erhöhter Sonnenfleckenbildung und einer entsprechend erhöhten Energieabgabe nach außen ändert sich die genannte Leistung praktisch nicht [R5]. Sie versuchen normalerweise, dieses Phänomen der Stabilisierung der Sonnenstrahlung durch einen der Sonne innewohnenden Mechanismus der automatischen Regulierung zu erklären. Es ist schwierig, an einen solchen Mechanismus zu glauben, wenn man sich Videomaterial von der Sonnenoberfläche ansieht: Diese Oberfläche kocht und spuckt monströse Vorsprünge aus. Energie platzt heraus, aber etwas hält sie zurück. Und es scheint uns eine plausible Version, dass “ der Fluss elektromagnetischer Energie, der von der Sonne kommt, wird durch die begrenzte Tragfähigkeit einer stark verdünnten Weltraumumgebung stabilisiert"[K5]. Wenn die Konzentration der Atome im interplanetaren Raum um eine Größenordnung höher gewesen wäre, hätte uns die Sonne verbrannt. Schauen Sie hier: Als ein großer Komet zwischen Sonne und Erde vorbeiging und stark genug „vergast“ wurde, bildete sein von der Sonne gerichteter Schwanz einen Querschnitt mit einer erhöhten Konzentration an Materie. In diesem Abschnitt hat die Sonne die Erde mehr als gewöhnlich gebacken, was zu einem Anstieg der Klimaanomalien und Naturkatastrophen führte. Es scheint, dass der Ruhm, der aus den Tiefen der Jahrhunderte über Kometen als Vorboten von Unglück und Kataklysmen stammt, nicht auf Aberglauben beruht, sondern auf realen Ursache-Wirkungs-Beziehungen.

Aber diese Geschichte ist sozusagen die Angelegenheit vergangener Tage. Gibt es etwas Moderneres aus Wissenschaft und Technologie? Aber wie! Dies ist eine warnende Geschichte darüber, wie schändlich die Idee, Weltraumobjekte mit Laserstrahlen zu treffen, gescheitert ist. Immerhin stellten sie Proben von gasdynamischen Kampflasern her, die Panzerungen durchbrennen und Marschflugkörper niederschlagen. Es stimmt, sie tun dies in der Nähe der Erdoberfläche in einer Standardatmosphäre. Wenn wir vom Konzept der fliegenden Photonen ausgehen, sollten diese Laser im Weltraum Kampfmissionen noch besser bewältigen. Aber nein. Nur in Filmen und Computerspielen, die zum Thema "Star Wars" hergestellt wurden, werden Raumschiffe durch Laserstrahlen in Stücke gerissen. In Wirklichkeit stellt sich jedoch heraus, dass der Laserstrahl, der durch die Luft durch die Panzerung brennt, die lächerliche Aufgabe im Weltraum kaum bewältigt: die lichtempfindlichen Elemente des Spionagesatelliten zu deaktivieren. Erinnern Sie sich, lieber Leser, es gab eine Zeit, in der die US Strategic Defense Initiative (SDI) das zentrale Thema in den Medien war? Wir haben über diese Initiative gesprochen und dann plötzlich - einmal! - und alles war sofort ruhig. Und später im Zentralfernsehen, in der Sendung "Vremya", gab es eine Kurzgeschichte: Bei den Demonstrationstests des Weltraumkampflasers wurde das Modell des Sprengkopfs, der unter seinen Strahl fiel, wirklich in Stücke gerissen - aber das liegt daran, dass die tapferen amerikanischen Krieger umsichtig ein Sprengmittel darin installiert haben. und im richtigen Moment auf die Schaltfläche geklickt. Um ehrlich zu sein, gelang es ihnen nicht: Etwas hinderte die Kampfphotonen daran, im kosmischen Vakuum so schneidig wie in der Nähe der Erdoberfläche zu fliegen. Die Frage, warum Kampflaser den Erwartungen im Weltraum nicht gerecht wurden, wurde übrigens in speziellen Foren im Internet aufgeworfen. Und diese Frage wurde ernst genommen! Eine Menge Anwälte begann diese Frage zu beantworten und erfand die Gründe für das daraus resultierende Scheitern. Hier zum Beispiel eine ihrer Vorstellungen: Der Sprengkopf dreht sich im Flug, so dass sich der Laserspot entlang seiner Oberfläche bewegt, sodass der Laser ihn nicht "nimmt". Nun, nur ein Pech: Sie haben einen strategischen Verteidigungslaser genietet, ihn ins All gebracht ... und alles ist zur Hölle zusammengebrochen! Niemand an der Spitze von Wissenschaft und Technologie hätte vorhersehen können, dass sich der Sprengkopf im Flug drehen würde!

Physiklehrbücher enthalten clevere Formeln zum Thema Funkwellenbereich, die selbst von Menschen mit Sonderpädagogik und Berufserfahrung manchmal nicht vollständig verstanden werden. In dem Artikel werden wir versuchen, die Essenz herauszufinden, ohne auf Schwierigkeiten zurückzugreifen. Der erste, der Radiowellen entdeckte, war Nikola Tesla. In seiner Zeit, als es keine High-Tech-Ausrüstung gab, verstand Tesla nicht ganz, was dieses Phänomen war, das er später Äther nannte. Ein Wechselstromleiter ist der Ursprung einer Funkwelle.

Quellen von Radiowellen

Natürliche Quellen für Radiowellen sind astronomische Objekte und Blitze. Ein künstlicher Radiowellenstrahler ist ein elektrischer Leiter, in dem sich ein elektrischer Wechselstrom bewegt. Die Schwingungsenergie des Hochfrequenzgenerators wird über eine Funkantenne in den umgebenden Raum verteilt. Die erste funktionierende Quelle für Funkwellen war Popovs Funksender-Funkempfänger. In diesem Gerät wurde die Funktion von einem Hochspannungsspeicher ausgeführt, der an eine Antenne angeschlossen war - einen Hertz-Vibrator. Künstlich erzeugte Funkwellen werden für stationäres und mobiles Radar, Rundfunk, Funkkommunikation, Kommunikationssatelliten, Navigations- und Computersysteme verwendet.

Funkwellenbereich

Die in der Funkkommunikation verwendeten Wellen liegen im Frequenzbereich von 30 kHz bis 3000 GHz. Basierend auf der Wellenlänge und Frequenz der Welle und den Ausbreitungsmerkmalen wird der Funkwellenbereich in 10 Teilbänder unterteilt:

SDV - extra lang.
DV - lang.
SV - mittel.
KV - kurz.
UKW - ultrakurze.
MV - Meter.
UHF - Dezimeter.
CMB - Zentimeter.
MMV - Millimeter.
SMMV - Submillimeter

Radiofrequenzbereich

Das Funkwellenspektrum ist herkömmlicherweise in Abschnitte unterteilt. Je nach Frequenz und Länge werden Funkwellen in 12 Teilbänder unterteilt. Der Frequenzbereich von Funkwellen hängt mit der Frequenz des Wechselstroms des Signals zusammen. Radiowellen in den internationalen Funkbestimmungen werden durch 12 Namen dargestellt:

Mit zunehmender Frequenz einer Funkwelle nimmt ihre Länge ab, mit abnehmender Frequenz einer Funkwelle nimmt sie zu. Die Ausbreitung in Abhängigkeit von ihrer Länge ist die wichtigste Eigenschaft einer Funkwelle.

Die Ausbreitung von Funkwellen mit 300 MHz - 300 GHz wird aufgrund ihrer relativ hohen Frequenz als ultrahohe Mikrowellenfrequenzen bezeichnet. Sogar die Teilbänder sind sehr umfangreich, so dass sie wiederum in Intervalle unterteilt sind, die bestimmte Fernseh- und Rundfunkbänder für die See- und Raumfahrtkommunikation, die Land- und Luftfahrt, die Radar- und Funknavigation, die Übertragung medizinischer Daten usw. umfassen. Trotz der Tatsache, dass der gesamte Bereich der Funkwellen in Regionen unterteilt ist, sind die angegebenen Grenzen zwischen ihnen bedingt. Die Diagramme folgen fortlaufend, gehen ineinander über und überlappen sich manchmal.

Merkmale der Funkwellenausbreitung

Die Ausbreitung von Funkwellen ist die Übertragung von Energie durch ein elektromagnetisches Wechselfeld von einem Raumbereich in einen anderen. In einem Vakuum breiten sich Funkwellen aus Wenn Funkwellen der Umgebung ausgesetzt sind, kann die Ausbreitung von Funkwellen schwierig sein. Dies äußert sich in Signalverzerrung, Änderung der Ausbreitungsrichtung, Verzögerung der Phasen- und Gruppengeschwindigkeit.

Jeder Wellentyp wird auf unterschiedliche Weise angewendet. Längere können Hindernissen besser ausweichen. Dies bedeutet, dass sich der Bereich der Funkwellen entlang der Ebene von Erde und Wasser ausbreiten kann. Die Verwendung langer Wellen ist in U-Booten und Seeschiffen weit verbreitet, sodass Sie überall im Meer in Kontakt bleiben können. Die Empfänger aller Leuchtfeuer und Rettungsstationen sind auf sechshundert Meter mit einer Frequenz von fünfhundert Kilohertz eingestellt.

Die Ausbreitung von Radiowellen in verschiedenen Bändern hängt von ihrer Frequenz ab. Je kürzer die Länge und je höher die Frequenz, desto gerader wird der Wellenweg. Je niedriger die Frequenz und je länger die Länge ist, desto besser kann sie sich um Hindernisse biegen. Jeder Bereich von Funkwellenlängen hat seine eigenen Ausbreitungseigenschaften. An der Grenze benachbarter Bereiche wird jedoch keine starke Änderung der Unterscheidungsmerkmale beobachtet.

Ausbreitungscharakteristik

Ultralange und lange Wellen umrunden die Oberfläche des Planeten und verbreiten Oberflächenstrahlen über Tausende von Kilometern.

Mittlere Wellen werden stärker absorbiert und können daher nur eine Entfernung von 500 bis 1500 Kilometern zurücklegen. Wenn die Ionosphäre in diesem Bereich verdichtet ist, kann ein Signal von einem räumlichen Strahl übertragen werden, der eine Kommunikation über mehrere tausend Kilometer ermöglicht.

Kurze Wellen breiten sich aufgrund der Absorption ihrer Energie durch die Oberfläche des Planeten nur in kurzen Entfernungen aus. Räumliche sind in der Lage, wiederholt von der Erdoberfläche und der Ionosphäre zu reflektieren, große Entfernungen zu überwinden und Informationen zu übertragen.

Ultrakurze können große Informationsmengen übertragen. Radiowellen dieser Reichweite dringen durch die Ionosphäre in den Weltraum ein und sind daher für die terrestrische Kommunikation praktisch ungeeignet. Oberflächenwellen dieser Bereiche werden in einer geraden Linie emittiert, ohne sich um die Oberfläche des Planeten zu biegen.

Die Übertragung großer Informationsmengen ist in optischen Bändern möglich. Am häufigsten wird das dritte optische Wellenband für die Kommunikation verwendet. In der Erdatmosphäre unterliegen sie einer Dämpfung, sodass sie in Wirklichkeit ein Signal über eine Entfernung von bis zu 5 km senden. Durch die Verwendung solcher Kommunikationssysteme entfällt jedoch die Notwendigkeit, Genehmigungen für Telekommunikationsinspektionen einzuholen.

Modulationsprinzip

Um Informationen zu übertragen, muss die Funkwelle mit einem Signal moduliert werden. Der Sender sendet modulierte Funkwellen aus, dh modifiziert. Kurze, mittlere und lange Wellen sind amplitudenmoduliert und werden daher als AM bezeichnet. Vor der Modulation bewegt sich die Trägerwelle mit konstanter Amplitude. Die Amplitudenmodulation für die Übertragung ändert ihre Amplitude entsprechend der Signalspannung. Die Amplitude einer Funkwelle ändert sich direkt proportional zur Signalspannung. Ultrakurze Wellen sind frequenzmoduliert, weshalb sie als FM bezeichnet werden. legt eine zusätzliche Frequenz fest, die Informationen enthält. Um ein Signal über eine Distanz zu übertragen, muss es mit einem Signal höherer Frequenz moduliert werden. Um ein Signal zu empfangen, müssen Sie es von der Unterträgerwelle trennen. Frequenzmodulation erzeugt weniger Interferenzen, aber der Radiosender ist gezwungen, auf UKW zu senden.

Faktoren, die die Qualität und Effizienz von Funkwellen beeinflussen

Die Methode der gerichteten Strahlung beeinflusst die Qualität und Effizienz des Funkwellenempfangs. Ein Beispiel wäre eine Satellitenschüssel, die Strahlung auf den Ort eines installierten Empfangssensors lenkt. Diese Methode ermöglichte es, auf dem Gebiet der Radioastronomie bedeutende Fortschritte zu erzielen und viele wissenschaftliche Entdeckungen zu machen. Er entdeckte die Möglichkeiten der drahtlosen Satellitenübertragung und vieles mehr. Es stellte sich heraus, dass Radiowellen von der Sonne, vielen Planeten außerhalb unseres Sonnensystems sowie kosmischen Nebeln und einigen Sternen ausgestrahlt werden können. Es wird angenommen, dass es Objekte außerhalb unserer Galaxie gibt, die starke Funkemissionen aufweisen.

Die Reichweite von Radiowellen, die Ausbreitung von Radiowellen wird nicht nur von der Sonnenstrahlung, sondern auch von meteorologischen Bedingungen beeinflusst. Meterwellen hängen also tatsächlich nicht von den meteorologischen Bedingungen ab. Und der Ausbreitungsbereich von Zentimetern hängt stark von den meteorologischen Bedingungen ab. Dies liegt daran, dass in der aquatischen Umgebung bei Regen oder bei hoher Luftfeuchtigkeit kurze Wellen gestreut oder absorbiert werden.

Ihre Qualität wird auch von Hindernissen auf dem Weg beeinflusst. In solchen Momenten tritt das Signalschwund auf, während die Hörbarkeit erheblich beeinträchtigt ist oder für einige Momente oder länger ganz verschwindet. Ein Beispiel wäre die Reaktion des Fernsehgeräts auf ein fliegendes Flugzeug, wenn das Bild flackert und weiße Streifen erscheinen. Dies liegt an der Tatsache, dass die Welle vom Flugzeug reflektiert wird und an der TV-Antenne vorbeigeht. Solche Phänomene bei Fernsehgeräten und Funksendern treten in Städten häufiger auf, da sich die Reichweite der Funkwellen in Gebäuden und Hochhäusern widerspiegelt und den Wellenweg vergrößert.

Funkfrequenzbereich und seine Verwendung für die Funkkommunikation

2.1 Grundlagen der Funkausbreitung

Die Funkkommunikation ermöglicht die Übertragung von Informationen über eine Entfernung mithilfe elektromagnetischer Wellen (Funkwellen).

Radiowellen - Dies sind elektromagnetische Schwingungen, die sich mit Lichtgeschwindigkeit (300.000 km / s) im Raum ausbreiten. Licht bezieht sich übrigens auch auf elektromagnetische Wellen, die ihre sehr ähnlichen Eigenschaften (Reflexion, Brechung, Dämpfung usw.) bestimmen.

Zahl: 2.1 Aufbau einer elektromagnetischen Welle.

Die Frequenz wird in Hertz (Hz) gemessen - Einheiten, benannt nach dem großen deutschen Wissenschaftler Heinrich Rudolf Hertz. 1 Hz ist eine Schwingung pro Sekunde, 1 MegaHertz (MHz) ist eine Million Schwingungen pro Sekunde. In dem Wissen, dass die Bewegungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen gleich der Lichtgeschwindigkeit ist, ist es möglich, den Abstand zwischen Punkten im Raum zu bestimmen, an denen sich das elektrische (oder magnetische) Feld in derselben Phase befindet. Dieser Abstand wird als Wellenlänge bezeichnet.

Die Wellenlänge (in Metern) wird nach folgender Formel berechnet:

oder ungefähr

dabei ist f die Frequenz der elektromagnetischen Strahlung in MHz.

Aus der Formel ist ersichtlich, dass beispielsweise eine Frequenz von 1 MHz einer Wellenlänge von etwa 300 m entspricht. Mit zunehmender Frequenz nimmt die Wellenlänge mit abnehmender ab.

Elektromagnetische Wellen treten frei durch Luft oder den Weltraum (Vakuum). Wenn sich jedoch ein Metalldraht, eine Antenne oder ein anderer leitender Körper auf dem Weg der Welle trifft, geben sie ihr ihre Energie und verursachen dadurch einen elektrischen Wechselstrom in diesem Leiter. Aber nicht die gesamte Wellenenergie wird vom Leiter absorbiert, ein Teil davon wird von der Oberfläche reflektiert. Die Verwendung elektromagnetischer Wellen im Radar basiert übrigens darauf.

Eine weitere nützliche Eigenschaft elektromagnetischer Wellen (wie auch anderer Wellen) ist ihre Fähigkeit, sich auf ihrem Weg um Körper zu biegen. Dies ist jedoch nur möglich, wenn die Körpergröße kleiner als die Wellenlänge ist oder mit dieser vergleichbar ist. Um beispielsweise ein Flugzeug zu erkennen, muss die Länge der Radarfunkwelle kleiner sein als ihre geometrischen Abmessungen (weniger als 10 m). Wenn der Körper länger als die Wellenlänge ist, kann er sie reflektieren. Aber es kann nicht reflektieren - erinnern Sie sich an "Stealth".

Die von elektromagnetischen Wellen getragene Energie hängt von der Leistung des Generators (Emitters) und der Entfernung zu diesem ab, d.h. Der Energiefluss pro Flächeneinheit ist direkt proportional zur Strahlungsleistung und umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung zum Strahler. Dies bedeutet, dass die Kommunikationsreichweite von der Leistung des Senders abhängt, jedoch in viel größerem Maße von der Entfernung zu ihm.

Beispielsweise erreicht der Energiefluss elektromagnetischer Strahlung von der Sonne zur Erdoberfläche 1 Kilowatt pro Quadratmeter, und der Energiefluss eines mittelwelligen Rundfunksenders beträgt nur Tausendstel und sogar Millionstel Watt pro Quadratmeter.

2.2 Zuordnung des Funkspektrums

In der Funktechnik verwendete Funkwellen (Funkfrequenzen) decken ein Spektrum von 10.000 m (30 kHz) bis 0,1 mm (3.000 GHz) ab. Dies ist nur ein Teil des breiten Spektrums elektromagnetischer Wellen. Auf Radiowellen (in abnehmender Länge) folgen Wärme- oder Infrarotstrahlen. Nach ihnen gibt es einen schmalen Abschnitt sichtbarer Lichtwellen, dann - das Spektrum von Ultraviolett-, Röntgen- und Gammastrahlen - all dies sind elektromagnetische Schwingungen gleicher Art, die sich nur in der Wellenlänge und damit in der Frequenz unterscheiden.

Diese Bereiche sind jedoch sehr umfangreich und wiederum in Abschnitte unterteilt, die sogenannte Rundfunk- und Fernsehbänder, Bereiche für Land- und Luftfahrt, Weltraum- und Seekommunikation, Datenübertragung und Medizin, Radar- und Funknavigation usw. umfassen. Jedem Funkdienst wird ein eigener Abschnitt des Bereichs oder feste Frequenzen zugewiesen. In der Realität werden für Funkkommunikationszwecke Schwingungen im Frequenzbereich von 10 kHz bis 100 GHz verwendet. Die Verwendung des einen oder anderen Frequenzintervalls für die Kommunikation hängt von vielen Faktoren ab, insbesondere von den Ausbreitungsbedingungen von Funkwellen unterschiedlicher Bereiche, dem erforderlichen Kommunikationsbereich, der Durchführbarkeit der Sendeleistungswerte im ausgewählten Frequenzintervall usw.

Durch internationale Abkommen ist das gesamte Spektrum der in der Funkkommunikation verwendeten Funkwellen in Bereiche unterteilt (Tabelle 1):

Tabelle 1

Stückzahl	Bereichsname			Bereichsgrenzen
Stückzahl	Wellen	Veraltete Begriffe	Frequenzen	Radiowellen	Frequenzen
1	DKMGMVDecaMega-Messgeräte		Extrem niedrige Frequenzen (ELF)	100.000-10.000 km	3-30 Hz
2	MGMVMegameter		Ultra-niedrige Frequenzen (ELF)	10.000-1.000 km	30-3.000Hz
3	GCMMVHect-Kilometer		Infrarotfrequenzen (LF)	1.000-100 km	0,3-3 kHz
4	MRMV	ADV	Sehr niederfrequente (VLF) VLF	100-10 km	3-30 kHz
5	KMVKilometer	DV	Niedrige Frequenzen (LF) LF	10-1 km	30-300 kHz
6	GCMVHectameter	SV	Mittenfrequenzen (MF) VF	1000-100m	0,3-3 MHz
7	DKMVDecameter	Kv	Höhen (HF) HF	100-10m	3-30 MHz
8	MVMeter	UKW	Sehr hochfrequentes (VHF) VHF	10-1m	30-300 MHz
9	DCMV	UKW	Ultrahochfrequenz (UHF) UHF	10-1 dm	0,3-3 GHz
10	SMVS Zentimeter	UKW	Ultrahochfrequenz (SHF) SHF	10-1 cm	3-30 GHz
11	MMVMillimeter	UKW	Extremhochfrequenz (EHF) EHF	10-1 mm	30-300 GHz
12	DCMMVDetsimilli- meter Submillie- meter	SUMME	Hyperhochfrequenzen (HHF)	1-0,1 mm	0,3-3 THz
13	Licht			< 0,1 мм	\u003e 3 THz

Zahl: 2.2 Ein Beispiel für die Frequenzzuteilung zwischen verschiedenen Diensten.

Die Ionosphäre der Erde sollte es ermöglichen, den Ausbreitungsbereich von Radiowellen in Entfernungen zu vergrößern, die die Sichtlinie überschreiten. Diese Annahme wurde 1923 experimentell bewiesen. HF-Impulse wurden vertikal nach oben gesendet und zurückgegebene Signale wurden empfangen. Messungen der Zeit zwischen Sende- und Empfangsimpulsen ermöglichten die Bestimmung der Höhe und Anzahl der Reflexionsschichten.

2.3 Einfluss der Atmosphäre auf die Funkwellenausbreitung

Die Art der Ausbreitung von Radiowellen hängt von der Wellenlänge, der Krümmung der Erde, dem Boden, der atmosphärischen Zusammensetzung, der Tages- und Jahreszeit, dem Zustand der Ionosphäre, dem Erdmagnetfeld und den meteorologischen Bedingungen ab.

Betrachten wir die Struktur der Atmosphäre, die einen erheblichen Einfluss auf die Ausbreitung von Radiowellen hat. Feuchtigkeitsgehalt und Luftdichte ändern sich je nach Tages- und Jahreszeit.

Die die Erdoberfläche umgebende Luft bildet eine Atmosphäre mit einer Höhe von etwa 1000 bis 2000 km. Die Zusammensetzung der Erdatmosphäre ist heterogen.

Zahl: 2.3 Die Struktur der Atmosphäre.

Schichten der Atmosphäre bis zu einer Höhe von etwa 100 bis 130 km sind homogen zusammengesetzt. Diese Schichten enthalten Luft, die (nach Volumen) 78% Stickstoff und 21% Sauerstoff enthält. Die untere Schicht der Atmosphäre mit einer Dicke von 10-15 km (Abb. 2.3) wird genannt troposphäre... Diese Schicht enthält Wasserdampf, dessen Gehalt bei sich ändernden meteorologischen Bedingungen stark schwankt.

Die Troposphäre verwandelt sich allmählich in stratosphäre... Die Grenze ist die Höhe, bei der der Temperaturabfall aufhört.

In Höhen von etwa 60 km und höher über der Erde tritt unter dem Einfluss von Sonnen- und kosmischen Strahlen eine Luftionisation in der Atmosphäre auf: Einige der Atome zerfallen in freie elektronen und ionen... In der oberen Atmosphäre ist die Ionisation vernachlässigbar, da das Gas sehr verdünnt ist (es gibt eine kleine Anzahl von Molekülen pro Volumeneinheit). Wenn die Sonnenstrahlen in die dichteren Schichten der Atmosphäre eindringen, nimmt der Ionisationsgrad zu. Bei Annäherung an die Erde nimmt die Energie der Sonnenstrahlen ab und der Ionisationsgrad nimmt wieder ab. Außerdem können in den unteren Schichten der Atmosphäre aufgrund der hohen Dichte negative Ladungen nicht lange existieren; Es gibt einen Prozess der Wiederherstellung neutraler Moleküle.

Die Ionisierung in einer verdünnten Atmosphäre in Höhen von 60 bis 80 km von der Erde und darüber hält lange an. In diesen Höhen ist die Atmosphäre sehr verdünnt, die Dichte der freien Elektronen und Ionen ist so gering, dass Kollisionen und damit die Wiederherstellung neutraler Atome relativ selten sind.

Die obere Atmosphäre wird Ionosphäre genannt. Ionisierte Luft hat einen signifikanten Einfluss auf die Ausbreitung von Radiowellen.

Tagsüber werden vier regelmäßige Schichten oder Ionisationsmaxima gebildet - Schichten D., E., F. 1 und F. 2. Die F 2 -Schicht weist die höchste Ionisation auf (die größte Anzahl freier Elektronen pro Volumeneinheit).

Nach Sonnenuntergang fällt die ionisierende Strahlung stark ab. Die Wiederherstellung neutraler Moleküle und Atome erfolgt, was zu einer Abnahme des Ionisationsgrades führt. Schichten verschwinden nachts vollständig D. und F. 2, Schichtionisation E. nimmt deutlich ab und die Schicht F. 2 behält die Ionisation mit einer gewissen Dämpfung bei.

Zahl: 2.4 Abhängigkeit der Funkwellenausbreitung von Frequenz und Tageszeit.

Die Höhe der Schichten der Ionosphäre ändert sich ständig in Abhängigkeit von der Intensität der Sonnenstrahlen. Tagsüber ist die Höhe der ionisierten Schichten geringer, nachts höher. Im Sommer ist in unseren Breiten die Elektronenkonzentration ionisierter Schichten höher als im Winter (mit Ausnahme der Schicht) F. 2). Der Ionisationsgrad hängt auch von der Sonnenaktivität ab, die durch die Anzahl der Sonnenflecken bestimmt wird. Die Dauer der Sonnenaktivität beträgt ca. 11 Jahre.

In polaren Breiten werden unregelmäßige Ionisationsprozesse beobachtet, die mit sogenannten ionosphärischen Störungen verbunden sind.

Es gibt mehrere Wege, die die Funkwelle nimmt, um die Empfangsantenne zu erreichen. Wie bereits erwähnt, werden Radiowellen, die sich über der Erdoberfläche ausbreiten und diese aufgrund des Phänomens der Beugung umhüllen, als Oberflächen- oder Erdwellen bezeichnet (Richtung 1, Abb. 2.5). Wellen, die sich in Richtung 2 und 3 ausbreiten, werden aufgerufen räumlich... Sie sind in ionosphärische und troposphärische unterteilt. Letztere werden nur im UKW-Bereich beobachtet. Ionosphärisch Wellen werden von der Ionosphäre als reflektiert oder gestreut bezeichnet. troposphärisch - Wellen, die von inhomogenen Schichten oder "Körnern" der Troposphäre reflektiert oder gestreut werden.

Zahl: 2.5 Ausbreitungswege von Funkwellen.

Oberflächenwelle Die Basis seiner Vorderseite berührt die Erde, wie in Abb. 2.6. Bei einer Punktquelle hat diese Welle immer eine vertikale Polarisation, da die horizontale Komponente der Welle von der Erde absorbiert wird. Bei einem ausreichenden Abstand von der Quelle, ausgedrückt in Wellenlängen, ist jedes Segment der Wellenfront eine ebene Welle.

Die Erdoberfläche absorbiert einen Teil der Energie der Oberflächenwellen, die sich entlang der Erde ausbreiten, da die Erde einen aktiven Widerstand hat.

Zahl: 2.6 Ausbreitung von Oberflächenwellen.

Je kürzer die Welle ist, d.h. Je höher die Frequenz, desto mehr Strom wird in der Erde induziert und desto größer ist der Verlust. Die Verluste in der Erde nehmen mit zunehmender Leitfähigkeit des Bodens ab, da die Wellen in die Erde eindringen, je geringer die Leitfähigkeit des Bodens ist. Dielektrische Verluste treten auch auf der Erde auf, die ebenfalls mit der Verkürzung der Welle zunehmen.

Bei Frequenzen über 1 MHz wird die Oberflächenwelle aufgrund der Absorption durch die Erde tatsächlich stark gedämpft und wird daher nur im lokalen Abdeckungsbereich verwendet. Bei Fernsehfrequenzen ist die Dämpfung so groß, dass die Oberflächenwelle in Entfernungen von nicht mehr als 1-2 km vom Sender verwendet werden kann.

Die Kommunikation über große Entfernungen erfolgt hauptsächlich über Raumwellen.

Um eine Brechung zu erhalten, dh die Rückkehr einer Welle zur Erde, muss die Welle in einem bestimmten Winkel zur Erdoberfläche emittiert werden. Der größte Strahlungswinkel, unter dem eine Funkwelle einer bestimmten Frequenz zum Boden zurückkehrt, wird genannt kritischer Winkel für eine gegebene ionisierte Schicht (Abb. 2.7).

Zahl: 2.7 Einfluss des Strahlungswinkels auf den Durchgang der Himmelswelle.

Jede ionisierte Schicht hat ihre eigene kritische Frequenz und kritischer Winkel.

In Abb. 2.7 zeigt einen Strahl, der von einer Schicht leicht gebrochen wird E.da der Strahl in einem Winkel unterhalb des kritischen Winkels dieser Schicht eintritt. Strahl 3 passiert den Bereich E.kehrt aber in einer Schicht zur Erde zurück F. 2, weil es in einem Winkel unterhalb des kritischen Winkels der Schicht eintritt F. 2. Strahl 4 geht auch durch die Schicht E.... Es tritt in die Schicht ein F. 2 in seinem kritischen Winkel und kehrt zur Erde zurück. Strahl 5 passiert beide Bereiche und geht im Raum verloren.

Alle in Abb. 2.7 beziehen sich auf eine Frequenz. Wenn eine niedrigere Frequenz verwendet wird, sind für beide Regionen größere kritische Winkel erforderlich. Wenn umgekehrt die Frequenz zunimmt, haben beide Bereiche kleinere kritische Winkel. Wenn Sie die Frequenz weiter erhöhen, wird es einen Moment geben, in dem die Welle, die sich vom Sender parallel zur Erde ausbreitet, den kritischen Winkel für jede Region überschreitet. Dieser Zustand tritt bei einer Frequenz von etwa 30 MHz auf. Oberhalb dieser Frequenz wird die Skywave-Kommunikation unzuverlässig.

Jede kritische Frequenz hat also ihren eigenen kritischen Winkel, und umgekehrt hat jeder kritische Winkel ihre eigene kritische Frequenz. Folglich kehrt jede Himmelswelle, deren Frequenz gleich oder niedriger als die kritische ist, in einem bestimmten Abstand vom Sender zur Erde zurück.

In Abb. 2.7 Strahl 2 fällt in einem kritischen Winkel auf Schicht E. Beachten Sie, wo die reflektierte Welle auf die Erde trifft (wenn der kritische Winkel überschritten wird, geht das Signal verloren). Die Raumwelle, die die ionisierte Schicht erreicht hat, wird von ihr reflektiert und kehrt in großer Entfernung vom Sender zur Erde zurück. In einiger Entfernung vom Sender ist es abhängig von der Sendeleistung und der Wellenlänge möglich, eine Oberflächenwelle zu empfangen. Von wo aus der Empfang der Oberflächenwelle endet, ruhezone und es endet dort, wo die reflektierte räumliche Welle erscheint. Die Zone der Stille hat keinen scharfen Rand.

Zahl: 2.8 Empfangsbereiche für Oberflächen- und Raumwellen.

Mit zunehmender Frequenz steigt die Menge todeszone nimmt aufgrund einer Abnahme des kritischen Winkels zu. Um mit einem Korrespondenten in einer bestimmten Entfernung vom Sender zu bestimmten Tages- und Jahreszeiten zu kommunizieren, gibt es maximal zulässige Frequenzdie für Skywave-Kommunikation verwendet werden kann. Jede ionosphärische Region hat ihre eigene maximal zulässige Frequenz für die Kommunikation.

Kurze und darüber hinaus ultrakurze Wellen in der Ionosphäre verlieren einen unbedeutenden Teil ihrer Energie. Je höher die Frequenz ist, desto weniger Weg durchlaufen die Elektronen während ihrer Schwingungen, wodurch die Anzahl ihrer Kollisionen mit Molekülen abnimmt, d. H. Die Wellenenergieverluste abnehmen.

In Schichten mit niedrigerer Ionisierung sind die Verluste größer, da ein erhöhter Druck eine höhere Gasdichte anzeigt und mit einer höheren Gasdichte die Wahrscheinlichkeit einer Kollision von Partikeln zunimmt.

Lange Wellen werden von den unteren Schichten der Ionosphäre, die die niedrigste Elektronenkonzentration aufweisen, in allen Elevationswinkeln reflektiert, einschließlich solchen nahe 90 °. Boden mit mittlerer Feuchtigkeit ist fast ein Leiter für lange Wellen, daher reflektieren sie gut von der Erde. Mehrfachreflexionen von der Ionosphäre und der Erde erklären die Ausbreitung langer Wellen über große Entfernungen.

Langwellenausbreitung hängt nicht von der Jahreszeit und den meteorologischen Bedingungen, von der Sonnenaktivität und von ionosphärischen Störungen ab. Wenn sie von der Ionosphäre reflektiert werden, absorbieren lange Wellen stark. Aus diesem Grund sind Hochleistungssender für die Fernkommunikation erforderlich.

Mittlere Wellen werden in der Ionosphäre und im Boden mit schlechter und mittlerer Leitfähigkeit merklich absorbiert. Tagsüber wird nur eine Oberflächenwelle beobachtet, da eine Raumwelle (länger als 300 m) in der Ionosphäre fast vollständig absorbiert wird. Für eine vollständige innere Reflexion müssen die durchschnittlichen Wellen einen bestimmten Weg in den unteren Schichten der Ionosphäre zurücklegen, die, obwohl sie eine geringe Elektronenkonzentration aufweisen, eine signifikante Luftdichte aufweisen.

Nachts, mit dem Verschwinden der D-Schicht, nimmt die Absorption in der Ionosphäre ab, wodurch es möglich ist, die Kommunikation auf Raumwellen in Entfernungen von 1500 bis 2000 km mit einer Sendeleistung von etwa 1 kW aufrechtzuerhalten. Die Kommunikationsbedingungen sind im Winter etwas besser als im Sommer.

Die Tugend der Mittelwellen ist, dass sie nicht von ionosphärischen Störungen betroffen sind.

Gemäß internationalem Abkommen werden Notsignale (SOS-Signale) auf Wellen von etwa 600 m übertragen.

Die positive Seite der Skywave-Kommunikation bei kurzen und mittleren Wellen ist die Möglichkeit der Fernkommunikation mit geringer Sendeleistung. Aber raumwellenverbindunghat und erhebliche Nachteile.

Erstens, die Instabilität der Kommunikation aufgrund von Änderungen in der Höhe der ionisierten Schichten der Atmosphäre während des Tages und des Jahres. Um die Kommunikation mit demselben Punkt aufrechtzuerhalten, müssen Sie die Wellenlänge 2-3 Mal pro Tag ändern. Aufgrund einer Änderung des Atmosphärenzustands wird die Kommunikation häufig für einige Zeit vollständig unterbrochen.

Zweitens, das Vorhandensein einer Zone der Stille.

Wellen kürzer als 25 m werden als "Tageswellen" bezeichnet, da sie sich tagsüber gut ausbreiten. "Nachtwellen" umfassen Wellen, die länger als 40 m sind. Diese Wellen breiten sich nachts gut aus.

Die Bedingungen für die Ausbreitung kurzer Radiowellen werden durch den Zustand der ionisierten Schicht Fg bestimmt. Die Elektronenkonzentration dieser Schicht wird häufig durch Unregelmäßigkeiten der Sonnenstrahlung gestört, die ionosphärische Störungen und magnetische Stürme verursachen. Infolgedessen wird die Energie kurzer Funkwellen erheblich absorbiert, was die Funkkommunikation beeinträchtigt und manchmal sogar völlig unmöglich macht. Ionosphärische Störungen werden besonders häufig in Breiten nahe den Polen beobachtet. Daher ist die Kurzwellenkommunikation dort unzuverlässig.

Am bemerkenswertesten ionosphärische Störungen haben ihre eigene Periodizität: sie werden danach wiederholt 27 Tage (Rotationszeit der Sonne um ihre Achse).

Im kurzwelligen Bereich ist der Einfluss industrieller, atmosphärischer und gegenseitiger Interferenzen stark.

Optimale Kommunikationsfrequenzen auf kurzen Wellen werden anhand von Funkvorhersagen ausgewählt, die in unterteilt sind langfristig und kurzfristig... Langzeitprognosen geben den erwarteten Durchschnittszustand der Ionosphäre für einen bestimmten Zeitraum (Monat, Jahreszeit, Jahr oder länger) an, während Kurzzeitprognosen für einen Tag, fünf Tage erstellt werden und mögliche Abweichungen der Ionosphäre von ihrem Durchschnittszustand charakterisieren. Vorhersagen werden in Form von Graphen als Ergebnis systematischer Beobachtungen der Ionosphäre, der Sonnenaktivität und des Zustands des Erdmagnetismus erstellt.

Ultrakurze Wellen (VHF) werden nicht von der Ionosphäre reflektiert, sie passieren sie frei, d. H. Diese Wellen haben keine räumliche ionosphärische Welle. Die ultrakurze Oberflächenwelle, auf der Funkkommunikation möglich ist, weist zwei wesentliche Nachteile auf: Erstens bewegt sich die Oberflächenwelle nicht um die Erdoberfläche und große Hindernisse und zweitens wird sie stark vom Boden absorbiert.

Ultrakurze Wellen werden häufig verwendet, wenn eine kurze Reichweite eines Radiosenders erforderlich ist (die Kommunikation ist normalerweise auf die Sichtlinie beschränkt). In diesem Fall erfolgt die Kommunikation über eine räumliche troposphärische Welle. Es besteht normalerweise aus zwei Komponenten: einem direkten Strahl und einem von der Erde reflektierten Strahl (Abb. 2.9).

Zahl: 2.9 Direkte und reflektierte Strahlen der Himmelswelle.

Wenn die Antennen nahe genug sind, erreichen normalerweise beide Strahlen die Empfangsantenne, aber die Intensitäten sind unterschiedlich. Der von der Erde reflektierte Strahl ist aufgrund der Verluste, die während der Reflexion von der Erde auftreten, schwächer. Der direkte Strahl hat fast die gleiche Dämpfung wie die Freiraumwelle. An der Empfangsantenne ist das Gesamtsignal gleich der Vektorsumme dieser beiden Komponenten.

Die Empfangs- und Sendeantennen haben normalerweise die gleiche Höhe, sodass sich die Weglänge des reflektierten Strahls geringfügig vom direkten Strahl unterscheidet. Die reflektierte Welle ist um 180 ° phasenverschoben. Wenn also die Verluste in der Erde während der Reflexion vernachlässigt werden und zwei Strahlen dieselbe Strecke zurückgelegt haben, ist ihre Vektorsumme Null, was dazu führt, dass kein Signal in der Empfangsantenne vorhanden ist.

In der Realität legt der reflektierte Strahl eine etwas längere Strecke zurück, daher beträgt die Phasendifferenz in der Empfangsantenne etwa 180 °. Die Phasendifferenz wird durch die Wegdifferenz in Bezug auf die Wellenlänge bestimmt, nicht in linearen Einheiten. Mit anderen Worten hängt das unter diesen Bedingungen empfangene Gesamtsignal hauptsächlich von der verwendeten Frequenz ab. Wenn beispielsweise die Betriebswellenlänge 360 \u200b\u200bm und die Wegdifferenz 2 m beträgt, unterscheidet sich die Phasenverschiebung von 180 ° nur um 2 °. Infolgedessen fehlt fast vollständig ein Signal in der Empfangsantenne. Wenn die Wellenlänge 4 m beträgt, verursacht dieselbe Wegdifferenz von 2 m eine Phasendifferenz von 180 °, wodurch die Phasenverschiebung der Reflexion um 180 ° vollständig kompensiert wird. In diesem Fall wird die Spannung des Signals verdoppelt.

Daraus folgt, dass bei niedrigen Frequenzen die Verwendung von Raumwellen für die Kommunikation nicht von Interesse ist. Nur bei hohen Frequenzen, bei denen die Wegdifferenz der verwendeten Wellenlänge entspricht, wird die Himmelswelle häufig verwendet.

Die Reichweite von UKW-Sendern wird erheblich erhöht, wenn sich Flugzeuge in der Luft und am Boden befinden.

ZU vorteile von UKW sollte die Möglichkeit der Verwendung kleiner Antennen beinhalten. Darüber hinaus kann eine große Anzahl von Radiosendern gleichzeitig im UKW-Band ohne gegenseitige Störung arbeiten. Im Wellenlängenbereich von 10 bis 1 m können mehr Stationen gleichzeitig eingesetzt werden als in den kurzen, mittleren und langen Wellenlängen zusammen.

UKW-Relaisleitungen sind weit verbreitet. Zwischen zwei weit entfernten Kommunikationspunkten sind mehrere UKW-Transceiver installiert, die sich innerhalb der Sichtlinie voneinander befinden. Zwischenstationen arbeiten automatisch. Durch die Organisation von Relaisleitungen können Sie die Kommunikationsreichweite auf UKW erhöhen und eine Mehrkanal-Kommunikation durchführen (mehrere Telefon- und Telegraphenübertragungen gleichzeitig durchführen).

Viel Aufmerksamkeit wird jetzt der Verwendung des UKW-Bandes für die Fernfunkkommunikation gewidmet.

Die am weitesten verbreiteten Kommunikationsleitungen arbeiten im Bereich von 20 bis 80 MHz und nutzen die Phänomene der ionosphärischen Streuung. Es wurde angenommen, dass Funkkommunikation durch die Ionosphäre nur bei Frequenzen unter 30 MHz (Wellenlänge über 10 m) möglich ist, und da dieser Bereich vollständig belastet ist und eine weitere Erhöhung der Anzahl der Kanäle darin unmöglich ist, ist das Interesse an einer gestreuten Ausbreitung von Funkwellen verständlich.

Dieses Phänomen besteht darin, dass ein Teil der Energie ultrahochfrequenter Strahlung durch Unregelmäßigkeiten in der Ionosphäre gestreut wird. Diese Inhomogenitäten entstehen durch Luftströmungen von Schichten mit unterschiedlichen Temperaturen und Luftfeuchtigkeit, wandernden geladenen Teilchen, Ionisationsprodukten von Meteoritenschwänzen und anderen noch wenig untersuchten Quellen. Da die Troposphäre immer inhomogen ist, erfolgt systematisch eine gestreute Brechung von Radiowellen.

Die gestreute Ausbreitung von Radiowellen ist wie die Streuung von Scheinwerfern in einer dunklen Nacht. Je stärker der Lichtstrahl ist, desto diffuser ist das Licht.

Beim Lernen entfernte Ausbreitung Bei ultrakurzen Wellen wurde das Phänomen einer starken kurzfristigen Erhöhung der Hörbarkeit von Signalen festgestellt. Solche zufälligen Bursts dauern mehrere Millisekunden bis einige Sekunden. In der Praxis werden sie jedoch tagsüber mit Unterbrechungen beobachtet, die selten einige Sekunden überschreiten. Das Auftreten von Momenten mit erhöhter Hörbarkeit ist hauptsächlich auf die Reflexion von Radiowellen von ionisierten Schichten von Meteoriten zurückzuführen, die in einer Höhe von etwa 100 km brennen. Der Durchmesser dieser Meteoriten überschreitet einige Millimeter nicht und ihre Spuren erstrecken sich über mehrere Kilometer.

Von meteoritenspuren Funkwellen mit einer Frequenz von 50-30 MHz (6-10 m) werden gut reflektiert.

Täglich fliegen mehrere Milliarden dieser Meteoriten in die Erdatmosphäre und hinterlassen ionisierte Spuren mit einer hohen Dichte an Luftionisation. Dies ermöglicht einen zuverlässigen Betrieb von Fernfunkverbindungen bei Verwendung von Sendern mit relativ geringer Leistung. Ein wesentlicher Bestandteil der Stationen auf solchen Leitungen sind Hilfsdirektdruckgeräte, die mit einem Speicherelement ausgestattet sind.

Da jeder Meteoritenpfad nur wenige Sekunden dauert, erfolgt die Übertragung in kurzen Stößen automatisch.

Kommunikations- und Fernsehübertragungen über Satelliten mit künstlicher Erde sind mittlerweile weit verbreitet.

Somit können gemäß dem Mechanismus der Funkwellenausbreitung Funkkommunikationsleitungen in Leitungen klassifiziert werden, indem:

der Prozess der Ausbreitung von Radiowellen entlang der Erdoberfläche mit Biegung um sie herum (die sogenannte irdisch oder Oberflächenwellen);

der Prozess der Ausbreitung von Radiowellen innerhalb der Sichtlinie ( gerade Wellen);

reflexion von Radiowellen aus der Ionosphäre ( ionosphärisch Wellen);

der Prozess der Ausbreitung von Radiowellen in der Troposphäre ( troposphärisch Wellen);

reflexion von Radiowellen von Meteorspuren;

reflexion oder erneute Übertragung von künstlichen Erdsatelliten;

reflexion von künstlich erzeugten Formationen von Gasplasma oder künstlich erzeugten leitenden Oberflächen.

2.4 Merkmale der Ausbreitung von Funkwellen verschiedener Bänder

Die Bedingungen für die Ausbreitung von Funkwellen im Raum zwischen Sender und Funkempfänger der Korrespondenten werden von der endlichen Leitfähigkeit der Erdoberfläche und den Eigenschaften des Mediums über der Erde beeinflusst. Dieser Effekt ist für verschiedene Wellenlängen (Frequenzen) unterschiedlich.

Myriameter und kilometer wellen (ADV und DV) kann sich sowohl terrestrisch als auch ionosphärisch ausbreiten. Das Vorhandensein einer Erdwelle, die sich über Hunderte und sogar Tausende von Kilometern ausbreitet, erklärt sich aus der Tatsache, dass die Feldstärke dieser Wellen mit der Entfernung ziemlich langsam abnimmt, da die Absorption ihrer Energie durch die Erd- oder Wasseroberfläche gering ist. Je länger die Welle und je besser die Leitfähigkeit des Bodens ist, desto länger wird Funkverbindung hergestellt.

Sandige trockene Böden und Gesteine \u200b\u200babsorbieren weitgehend elektromagnetische Energie. Bei der Ausbreitung aufgrund des Phänomens der Beugung biegen sie sich um die konvexe Erdoberfläche, Hindernisse auf dem Weg: Wälder, Berge, Hügel usw. Aus einer Entfernung von 300 bis 400 km vom Sender erscheint eine ionosphärische Welle, die vom unteren Bereich der Ionosphäre (von der D- oder E-Schicht) reflektiert wird. Während des Tages wird aufgrund der Anwesenheit der D-Schicht die Absorption elektromagnetischer Energie signifikanter. Nachts, mit dem Verschwinden dieser Schicht, nimmt die Kommunikationsreichweite zu. Daher ist der Durchgang langer Wellen nachts im Allgemeinen besser als tagsüber. Globale Kommunikationen in VLF und LW werden durch Wellen ausgeführt, die sich in einem sphärischen Wellenleiter ausbreiten, der von der Ionosphäre und der Erdoberfläche gebildet wird.

Vorteil von SDV-, DV-Band:

vLF- und LW-Funkwellen haben die Eigenschaft, die Wassersäule zu durchdringen und sich auch in einigen Bodenstrukturen auszubreiten.

aufgrund der Wellen, die sich im sphärischen Wellenleiter der Erde ausbreiten, wird die Kommunikation über Tausende von Kilometern bereitgestellt.

die Kommunikationsreichweite hängt wenig von ionosphärischen Störungen ab.

gute Beugungseigenschaften von Funkwellen in diesen Bereichen ermöglichen die Kommunikation über Hunderte und sogar Tausende von Kilometern mit einer Erdwelle.

die Konstanz der Parameter der Funkverbindung sorgt für einen stabilen Signalpegel am Empfangspunkt.

NachteileSDV-, DV, - Bereiche:

eine effektive Strahlung von Wellen der betrachteten Teile des Bereichs kann nur mit Hilfe sehr sperriger Antennenvorrichtungen erreicht werden, deren Abmessungen der Wellenlänge entsprechen. Der Bau und die Restaurierung von Antennengeräten dieser Größe in begrenzter Zeit (für militärische Zwecke) ist schwierig.

da die Abmessungen der tatsächlich hergestellten Antennen kleiner als die Wellenlänge sind, wird eine Kompensation ihres verringerten Wirkungsgrads erreicht, indem die Leistung der Sender auf Hunderte oder mehr kW erhöht wird.

die Erzeugung von Resonanzsystemen in diesem Bereich und bei signifikanten Leistungen bestimmt die Größe der Ausgangsstufen: Sender, die Komplexität der schnellen Abstimmung auf eine andere Frequenz;

für die Stromversorgung von VLF- und DV-Band-Radiosendern sind große Kraftwerke erforderlich.

ein wesentlicher Nachteil der VLF- und LW-Bereiche ist ihre Niederfrequenzkapazität.

ein ausreichend hohes Maß an industriellen und atmosphärischen Störungen;

abhängigkeit des Signalpegels am Empfangspunkt von der Tageszeit.

Der Bereich der praktischen Anwendung von VLF-, DV-Band-Funkwellen:

kommunikation mit Unterwasserobjekten;

globales Rückgrat und unterirdische Kommunikation;

funkfeuer sowie Kommunikation in der Langstreckenluftfahrt und der Marine.

Hektometerwellen (SV) kann durch Oberflächen- und Raumwellen verbreitet werden. Darüber hinaus ist der Kommunikationsbereich mit einer Oberflächenwelle geringer (überschreitet 1000-1500 km nicht), da ihre Energie vom Boden stärker absorbiert wird als die von langen Wellen. Wellen, die die Ionosphäre erreichen, werden von der Schicht intensiv absorbiert D.wenn es existiert, aber in einer Schicht gut entladen E. E.

Bei Mittelwellen ist der Kommunikationsbereich sehr abhängig von Uhrzeit. Tagsüber sind die mittleren Wellen so stark absorbiert In den unteren Schichten der Ionosphäre fehlt die Himmelswelle praktisch. Nachtschicht D. und der Boden der Schicht E. verschwinden, so dass die Absorption von Mittelwellen abnimmt; und Raumwellen beginnen eine große Rolle zu spielen. Ein wichtiges Merkmal von Mittelwellen ist daher, dass die Kommunikation tagsüber durch eine Oberflächenwelle und nachts durch Oberflächen- und Raumwellen gleichzeitig aufrechterhalten wird.

Vorteile der CB-Band:

nachts im Sommer und während des größten Teils des Tages im Winter erreicht die Kommunikationsreichweite der ionosphärischen Welle Tausende von Kilometern.

mittelwellenantennengeräte sind sehr effektiv und haben selbst für die Mobilfunkkommunikation akzeptable Abmessungen.

die Frequenzkapazität dieses Bereichs ist größer als die der VLF- und LW-Bereiche.

gute Beugungseigenschaften von Radiowellen in diesem Bereich;

die Leistung der Sender ist geringer als die der VLF- und LW-Bänder.

geringe Abhängigkeit von ionosphärischen Störungen und magnetischen Stürmen.

Nachteile des CB-Bereichs:

die Überlastung des MW-Bandes mit leistungsstarken Rundfunksendern führt zu Schwierigkeiten bei der weit verbreiteten Nutzung.

die begrenzte Frequenzkapazität des Bereichs erschwert das Manövrieren von Frequenzen.

die Kommunikationsreichweite im Nordosten ist tagsüber im Sommer immer begrenzt, da dies nur durch eine Erdwelle möglich ist.

ausreichend hohe Sendeleistungen;

es ist schwierig, hocheffiziente Antennengeräte zu verwenden, da die Komplexität der Konstruktion und Restaurierung in kurzer Zeit besteht.

ein ausreichend hohes Maß an gegenseitiger und atmosphärischer Interferenz.

Der Bereich der praktischen Anwendung von CB-Funkwellen; Mittelwellenradiosender werden in den arktischen Regionen am häufigsten als Backup bei Verlust der weit verbreiteten Kurzwellenfunkkommunikation aufgrund ionosphärischer und magnetischer Störungen sowie in der Langstreckenluftfahrt und der Marine eingesetzt.

Dekameterwellen (KB) eine Sonderstellung einnehmen. Sie können sowohl terrestrische als auch ionosphärische Wellen ausbreiten. Bei relativ geringen Sendeleistungen, die für Mobilfunkstationen typisch sind, breiten sich Bodenwellen über Entfernungen von nicht mehr als einigen zehn Kilometern aus, da sie eine signifikante Absorption im Boden erfahren, die mit zunehmender Frequenz zunimmt.

Ionosphärische Wellen aufgrund von Einzel- oder Mehrfachreflexionen von der Ionosphäre unter günstigen Bedingungen können sich über große Entfernungen ausbreiten. Ihre Haupteigenschaft ist, dass sie von den unteren Regionen der Ionosphäre (Schichten) schwach absorbiert werden D. und E.) und spiegeln sich gut in den oberen Bereichen (hauptsächlich in der Schicht) wider F.2 ... befindet sich in einer Höhe von 300-500 km über dem Boden). Dies ermöglicht die Verwendung von Radiosendern mit relativ geringem Stromverbrauch für die direkte Kommunikation über einen unendlich großen Bereich von Entfernungen.

Eine signifikante Abnahme der Qualität der HF-Funkkommunikation durch ionosphärische Wellen tritt aufgrund von Signalschwund auf. Die Art des Verblassens wird hauptsächlich auf die Interferenz mehrerer am Empfangsort ankommender Strahlen reduziert, deren Phase sich aufgrund einer Änderung des Zustands der Ionosphäre ständig ändert.

Die Gründe für das Eintreffen mehrerer Strahlen am Signalempfangsort können sein:

bestrahlung der Ionosphäre in Winkeln, in denen die Strahlen durchlaufen

unterschiedliche Anzahl von Reflexionen von der Ionosphäre und der Erde konvergieren am Empfangspunkt;

das Phänomen der Doppelbrechung unter dem Einfluss des Erdmagnetfeldes, aufgrund dessen zwei Strahlen (gewöhnlich und außergewöhnlich), die von verschiedenen Schichten der Ionosphäre reflektiert werden, denselben Empfangspunkt erreichen;

inhomogenität der Ionosphäre, was zu einer diffusen Reflexion von Wellen aus ihren verschiedenen Regionen führt, d.h. zur Reflexion von Strahlen vieler Elementarstrahlen.

Ein Fading kann auch aufgrund von Polarisationsschwankungen von Wellen auftreten, wenn diese von der Ionosphäre reflektiert werden, was zu einer Änderung des Verhältnisses der vertikalen und horizontalen Komponenten des elektrischen Feldes am Empfangspunkt führt. Polarisationsschwund wird viel seltener beobachtet als Interferenzschwund und macht 10-15% ihrer Gesamtzahl aus.

Infolge des Fading kann der Signalpegel an den Empfangspunkten über einen weiten Bereich variieren - zehn- oder sogar hunderte Male. Das Zeitintervall zwischen tiefem Fading ist ein zufälliger Wert und kann von Zehntelsekunden bis zu mehreren Sekunden und manchmal auch länger variieren. Der Übergang von einem hohen zu einem niedrigen Pegel kann entweder glatt oder sehr abrupt sein. Schnelle Pegeländerungen überschneiden sich häufig mit langsamen.

Die Bedingungen für den Durchgang kurzer Wellen durch die Ionosphäre variieren von Jahr zu Jahr, was mit einer fast periodischen Änderung der Sonnenaktivität verbunden ist, d.h. mit einer Änderung der Anzahl und Fläche der Sonnenflecken (Wolfszahl), die Strahlungsquellen sind, die die Atmosphäre ionisieren. Die Wiederholungsdauer der maximalen Sonnenaktivität beträgt 11,3 ± 4 Jahre. Während der Jahre maximaler Sonnenaktivität nehmen die maximal nutzbaren Frequenzen (MUF) zu und die Bereiche der Betriebsfrequenzbereiche erweitern sich.

In Abb. 2.10 zeigt eine typische Familie von täglichen MUF- und LUF-Diagrammen (Least Usable Frequenzen) für eine Strahlungsleistung von 1 kW.

Zahl: 2.10 Der Verlauf der MUF- und NUF-Kurven.

Diese Familie von Tageskarten entspricht bestimmten geografischen Gebieten. Daraus folgt, dass der anwendbare Frequenzbereich für die Kommunikation über eine gegebene Entfernung sehr klein sein kann. Es sollte berücksichtigt werden, dass ionosphärische Vorhersagen einen Fehler aufweisen können. Daher versuchen sie bei der Auswahl der maximalen Kommunikationsfrequenzen, die Linie der sogenannten optimalen Betriebsfrequenz (OPF) nicht zu überschreiten und die MUF-Linie um 20-30% zu unterschreiten. Es versteht sich von selbst, dass die Arbeitsbreite des Bereichs hiervon weiter reduziert wird. Die Abnahme des Signalpegels bei Annäherung an die maximal nutzbare Frequenz erklärt sich aus der Variabilität der Parameter der Ionosphäre.

Aufgrund der Tatsache, dass sich der Zustand der Ionosphäre ändert, erfordert die Kommunikation durch eine ionosphärische Welle die richtige Wahl der Frequenzen während des Tages:

TAG mit Frequenzen 12-30 MHz,

MORGEN und ABEND 8-12 MHz, NACHT 3-8 MHz.

Die Grafiken zeigen auch, dass mit einer Verringerung der Länge der Funkkommunikationsleitung der Bereich der anwendbaren Frequenzen abnimmt (für Entfernungen von bis zu 500 km in der Nacht kann er nur 1-2 MHz betragen).

Die Bedingungen der Funkkommunikation für lange Leitungen sind günstiger als für kurze, da es weniger davon gibt und der Bereich geeigneter Frequenzen für sie viel breiter ist.

Ionosphärische und magnetische Stürme können einen signifikanten Einfluss auf den Zustand der HF-Funkkommunikation haben (insbesondere in den Polarregionen), d. H. Störungen der Ionosphäre und des Erdmagnetfeldes unter dem Einfluss geladener Teilchenströme, die von der Sonne ausgebrochen werden. Diese Ströme zerstören häufig die hauptsächliche reflektierende ionosphärische Schicht F2 im Bereich hoher geomagnetischer Breiten. Magnetische Stürme können sich nicht nur in den Polarregionen, sondern auf der ganzen Welt manifestieren. Ionosphärische Störungen haben eine Periodizität und sind mit der Umdrehungszeit der Sonne um ihre Achse verbunden, die 27 Tagen entspricht.

Kurze Wellen sind durch das Vorhandensein von Ruhezonen (Totzonen) gekennzeichnet. Die Ruhezone (Abb. 2.8) tritt während der Fernfunkkommunikation in Bereichen auf, in denen die Oberflächenwelle aufgrund ihrer Dämpfung nicht erreicht wird und die Raumwelle in größerer Entfernung von der Ionosphäre reflektiert wird. Dies tritt auf, wenn Antennen mit schmalem Strahl verwendet werden, wenn in kleinen Winkeln zum Horizont abgestrahlt wird.

Vorteile des HF-Bandes:

ionosphärische Wellen können sich aufgrund einfacher oder mehrfacher Reflexionen von der Ionosphäre unter günstigen Bedingungen über große Entfernungen ausbreiten. Sie werden von den unteren Regionen der Ionosphäre (D- und E-Schichten) schwach absorbiert und von den oberen (hauptsächlich von der F2-Schicht) gut reflektiert.

die Fähigkeit, Radiosender mit relativ geringem Stromverbrauch für die direkte Kommunikation über einen unendlich großen Bereich von Entfernungen zu verwenden;

die Frequenzkapazität des HF-Bandes ist viel größer als die der VLF-, DV- und MW-Bänder, wodurch es möglich ist, eine große Anzahl von Radiosendern gleichzeitig zu betreiben.

antennengeräte, die im Dekameterwellenbereich verwendet werden, haben akzeptable Abmessungen (auch für die Installation auf sich bewegenden Objekten) und können ausgeprägte Richtungseigenschaften aufweisen. Sie haben eine kurze Bereitstellungszeit, sind billig und können leicht von Schäden wiederhergestellt werden.

Nachteile des HF-Bandes:

funkkommunikation durch ionosphärische Wellen kann durchgeführt werden, wenn die verwendeten Frequenzen unter den Maximalwerten (MUF) liegen, die für jede Länge der Funkkommunikationsleitung durch den Ionisationsgrad der reflektierenden Schichten bestimmt werden;

kommunikation ist nur möglich, wenn die Leistung der Sender und die Verstärkung der verwendeten Antennen mit der Energieabsorption in der Ionosphäre die notwendige Stärke des elektromagnetischen Feldes am Empfangspunkt liefern. Diese Bedingung begrenzt die Untergrenze der verwendbaren Frequenzen (LUF);

unzureichende Frequenzkapazität für die Verwendung von Breitbandbetriebsarten und Frequenzmanövern;

eine große Anzahl gleichzeitig arbeitender Radiosender mit großer Kommunikationsreichweite führt zu einer starken gegenseitigen Störung.

eine große Kommunikationsreichweite erleichtert es dem Feind, absichtlich einzugreifen.

das Vorhandensein von Ruhezonen bei der Kommunikation über große Entfernungen;

eine signifikante Abnahme der Qualität der HF-Funkkommunikation durch ionosphärische Wellen aufgrund des Verblassens von Signalen aufgrund der Variabilität der Struktur der reflektierenden Schichten der Ionosphäre, ihrer konstanten Störung und der Mehrwegeausbreitung von Wellen.

Praktische Anwendung von HF-Funkwellen

KB-Radiosender finden die breiteste praktische Anwendung für die Kommunikation mit Remote-Teilnehmern.

Meterwellen (VHF) umfassen eine Reihe von Abschnitten des Frequenzbereichs, die eine enorme Frequenzkapazität aufweisen.

Natürlich unterscheiden sich diese Bereiche in den Eigenschaften der Funkwellenausbreitung erheblich voneinander. Die Energie von UKW wird von der Erde stark absorbiert (im Allgemeinen proportional zum Quadrat der Frequenz), so dass sich die Erdwelle ziemlich schnell abschwächt. Für UKW ist eine regelmäßige Reflexion von der Ionosphäre ungewöhnlich, daher wird die Kommunikation unter Verwendung einer Erdwelle und einer Welle berechnet, die sich im freien Raum ausbreiten. Raumwellen, die kürzer als 6-7 m (43-50 MHz) sind, passieren in der Regel die Ionosphäre, ohne von dieser reflektiert zu werden.

Die UKW-Ausbreitung ist unkompliziert, die maximale Reichweite wird durch die Sichtlinie begrenzt. Es kann durch die Formel bestimmt werden:

wobei Dmax die Sichtweite ist, km;

h1 ist die Höhe der Sendeantenne, m;

h2 - Empfangsantennenhöhe, m.

Aufgrund der Brechung (Brechung) ist die Ausbreitung von Radiowellen jedoch gekrümmt. In diesem Fall beträgt der Koeffizient in der Bereichsformel nicht 3,57, sondern 4,1-4,5. Aus dieser Formel folgt, dass zur Erhöhung der UKW-Kommunikationsreichweite die Sende- und Empfangsantennen höher angehoben werden müssen.

Eine Erhöhung der Sendeleistung führt nicht zu einer proportionalen Erhöhung des Kommunikationsbereichs, daher werden in diesem Bereich Funkstationen mit geringer Leistung verwendet. Die Kommunikation aufgrund troposphärischer und ionosphärischer Streuung erfordert Sender mit erheblicher Leistung.

Auf den ersten Blick sollte der Kommunikationsbereich von Bodenwellen auf UKW sehr klein sein. Es sollte jedoch berücksichtigt werden, dass mit zunehmender Frequenz die Effizienz von Antennengeräten zunimmt, wodurch Energieverluste auf der Erde kompensiert werden.

Der Kommunikationsbereich durch terrestrische Wellen hängt von der Wellenlänge ab. Die größte Reichweite wird bei Meterwellen erreicht, insbesondere bei Wellen neben dem HF-Band.

Meterwellen haben die Eigenschaft beugungd.h. das Grundstück, um unebenes Gelände zu biegen. Die Vergrößerung des Kommunikationsbereichs bei Meterwellen wird durch das Phänomen der Troposphäre erleichtert brechungd.h. das Phänomen der Brechung in der Troposphäre, das die Kommunikation auf geschlossenen Wegen gewährleistet.

Im Bereich der Meterwellen wird häufig eine Ausbreitung von Funkwellen über große Entfernungen beobachtet, was auf eine Reihe von Gründen zurückzuführen ist. Eine weitreichende Ausbreitung kann unter Bildung sporadisch ionisierter Wolken auftreten ( sporadische Schicht Fs). Es ist bekannt, dass diese Schicht zu jeder Jahreszeit und zu jeder Tageszeit auftreten kann, jedoch für unsere Hemisphäre - hauptsächlich im späten Frühling und im Frühsommer tagsüber. Ein Merkmal dieser Wolken ist eine sehr hohe Ionenkonzentration, die manchmal ausreicht, um Wellen des gesamten UKW-Bereichs zu reflektieren. In diesem Fall befindet sich der Bereich des Standorts der Strahlungsquellen relativ zu den Empfangspunkten meist in einer Entfernung von 2000 bis 2500 km und manchmal sogar noch näher. Die Intensität der von der Fs-Schicht reflektierten Signale kann selbst bei sehr geringen Quellenleistungen sehr hoch sein.

Ein weiterer Grund für die Fernausbreitung von Meterwellen in den Jahren maximaler Sonnenaktivität kann die reguläre F2-Schicht sein. Diese Ausbreitung manifestiert sich in den Wintermonaten zur beleuchteten Zeit der Reflexionspunkte, d.h. wenn die Absorption von Wellenenergie in den unteren Regionen der Ionosphäre minimal ist. In diesem Fall kann der Kommunikationsbereich globale Maßstäbe erreichen.

Die Ausbreitung von Meterwellen über große Entfernungen kann auch bei nuklearen Explosionen in großer Höhe auftreten. In diesem Fall erscheint zusätzlich zum unteren Bereich der erhöhten Ionisation ein oberer (auf der Ebene der Fs-Schicht). Meterwellen durchdringen den unteren Bereich, erfahren eine gewisse Absorption, werden vom oberen reflektiert und kehren zur Erde zurück. Die in diesem Fall zurückgelegten Entfernungen liegen im Bereich von 100 bis 2500 km. Feldstärke reflektiert jene Wellen hängen von der Frequenz ab: Die niedrigsten Frequenzen werden im unteren Ionisationsbereich am stärksten absorbiert, und die höchsten Frequenzen erfahren eine unvollständige Reflexion im oberen Bereich.

Die Grenzfläche zwischen KB- und Meterwellen verläuft mit einer Wellenlänge von 10 m (30 MHz). Die Ausbreitungseigenschaften von Funkwellen können sich nicht abrupt ändern, d.h. Es muss einen Bereich oder Abschnitt von Frequenzen geben Übergang... Ein solcher Abschnitt des Frequenzbereichs ist ein Abschnitt von 20 bis 30 MHz. In den Jahren minimaler Sonnenaktivität (sowie nachts, unabhängig von der Aktivitätsphase) sind diese Frequenzen für die Fernkommunikation durch ionosphärische Wellen praktisch ungeeignet und ihre Verwendung ist äußerst begrenzt. Gleichzeitig kommen die Eigenschaften der Wellenausbreitung in diesem Bereich unter den angegebenen Bedingungen den Eigenschaften von Meterwellen sehr nahe. Es ist kein Zufall, dass dieser Frequenzabschnitt im Interesse der Funkkommunikation verwendet wird, die sich an Messwellen orientiert.

Vorteile der UKW-Band:

die kleinen Abmessungen der Antennen ermöglichen es, eine ausgeprägte gerichtete Strahlung zu realisieren, die die schnelle Dämpfung der Funkwellenenergie kompensiert.

die Ausbreitungsbedingungen hängen im Allgemeinen nicht von der Tages- und Jahreszeit sowie der Sonnenaktivität ab.

die begrenzte Kommunikationsreichweite ermöglicht die mehrfache Verwendung derselben Frequenzen auf Oberflächen, deren Abstand zwischen den Grenzen nicht geringer ist als die Summe der Reichweite von Radiosendern mit denselben Frequenzen.

geringeres Maß an unbeabsichtigten (natürlichen und künstlichen) und absichtlichen Störungen aufgrund schmaler Richtantennen und ogbegrenzte Kommunikationsreichweite;

enorme Frequenzkapazität, die die Verwendung von Anti-Jamming-Breitbandsignalen für eine große Anzahl von gleichzeitig betriebenen Stationen ermöglicht;

bei Verwendung von Breitbandsignalen für die Funkkommunikation ist die Frequenzinstabilität der Funkverbindung ausreichend δf \u003d 10 -4;

die Fähigkeit von UKW, die Ionosphäre ohne signifikante Energieverluste zu durchdringen, ermöglichte es, Weltraumfunkkommunikation über Entfernungen in Millionen von Kilometern durchzuführen.

hochwertiger Funkkanal;

aufgrund der sehr geringen Energieverluste im freien Raum kann die Kommunikationsreichweite zwischen Flugzeugen, die mit Radiosendern mit relativ geringem Stromverbrauch ausgestattet sind, mehrere hundert Kilometer betragen.

eigenschaft der Fernausbreitung von Meterwellen;

geringe Leistung der Sender und geringe Abhängigkeit des Kommunikationsbereichs von der Leistung.

Nachteile des UKW-Bandes:

kurze Reichweite der Funkkommunikation durch eine Erdwelle, praktisch begrenzt durch die Sichtlinie;

bei Verwendung eng gerichteter Antennen ist es schwierig, mit mehreren Korrespondenten zu arbeiten.

bei Verwendung von Antennen mit kreisförmiger Richtwirkung werden die Kommunikationsreichweite, der Intelligenzschutz und die Störfestigkeit verringert.

Anwendungsbereich der UKW-Dianazon-Funkwellen Die Reichweite wird gleichzeitig von einer großen Anzahl von Radiosendern genutzt, zumal die Reichweite der gegenseitigen Interferenz zwischen ihnen in der Regel gering ist. Die Eigenschaften der Ausbreitung von Erdwellen bieten eine breite Anwendung von ultrakurzen Wellen für die Kommunikation in der taktischen Steuerverbindung, einschließlich zwischen verschiedenen Arten von mobilen Objekten. Kommunikation über interplanetare Entfernungen.

In Anbetracht der Vor- und Nachteile der einzelnen Bänder können wir den Schluss ziehen, dass die Wellenlängen für Dekameter (KB) und Meter (VHF) die akzeptabelsten Bereiche für Radiosender mit geringer Leistung sind.

2.5 Einfluss nuklearer Explosionen auf den Stand der Funkkommunikation

Bei nuklearen Explosionen erzeugt die sofortige Gammastrahlung, die mit den Atomen der Umgebung interagiert, einen Strom schneller Elektronen, die mit hoher Geschwindigkeit hauptsächlich in radialer Richtung vom Zentrum der Explosion fliegen, und positive Ionen, die praktisch an Ort und Stelle bleiben. So kommt es im Raum für einige Zeit zu einer Trennung von positiven und negativen Ladungen, was zur Entstehung elektrischer und magnetischer Felder führt. Aufgrund ihrer kurzen Dauer werden diese Felder normalerweise aufgerufen elektromagnetischer Puls (Amy) Nukleare Explosion. Die Dauer seines Bestehens beträgt ungefähr 150-200 Millisekunden.

Elektromagnetischer Puls (der fünfte schädliche Faktor einer nuklearen Explosion) Wenn keine besonderen Schutzmaßnahmen getroffen werden, kann dies die Steuerungs- und Kommunikationsausrüstung beschädigen und den Betrieb elektrischer Geräte stören, die an lange externe Leitungen angeschlossen sind.

Kommunikations-, Signal- und Steuerungssysteme sind am anfälligsten für die Wirkung eines elektromagnetischen Impulses durch eine nukleare Explosion. Infolge des Einflusses der EMP einer nuklearen Explosion am Boden oder in der Luft auf die Antennen von Radiosendern wird in diesen eine elektrische Spannung induziert, unter deren Einfluss ein Zusammenbruch der Isolierung, Transformatoren, Schmelzen von Drähten, Ausfall von Ableitern, Beschädigung von elektronischen Lampen, Halbleiterbauelementen, Kondensatoren, Widerständen usw. ...

Es wurde festgestellt, dass beim Anlegen von EMP an das Gerät die höchste Spannung an den Eingangsschaltungen induziert wird. In Bezug auf Transistoren wird die folgende Abhängigkeit beobachtet: Je höher die Transistorverstärkung ist, desto geringer ist ihre Spannungsfestigkeit.

Das Funkgerät hat eine konstante Spannungsdielektrizitätsstärke von nicht mehr als 2-4 kV. In Anbetracht der Tatsache, dass der elektromagnetische Impuls einer nuklearen Explosion nur von kurzer Dauer ist, kann die endgültige elektrische Stärke von Geräten ohne Schutzausrüstung als höher angesehen werden - ungefähr 8-10 kV.

Tabelle 1 zeigt die ungefähren Entfernungen (in km), bei denen zum Zeitpunkt einer nuklearen Explosion gefährliche Spannungen für Geräte über 10 und 50 kV in den Antennen von Radiosendern induziert werden.

Tabelle 1

Bei größeren Entfernungen ähnelt der Effekt der EMR dem Effekt einer nicht sehr weit entfernten Blitzentladung und verursacht keine Beschädigung des Geräts.

Die Wirkung eines elektromagnetischen Impulses auf Funkgeräte wird bei Anwendung besonderer Schutzmaßnahmen stark reduziert.

Der affektivste Weg, um zu schützen Radioelektronische Geräte in Strukturen sind elektrisch leitende (Metall-) Bildschirme, die die Größe der an internen Drähten und Kabeln induzierten Spannungen erheblich reduzieren. Es werden blitzschutzähnliche Schutzausrüstungen verwendet: Ableiter mit Entwässerungs- und Verriegelungsspulen, Sicherungseinsätze, Entkopplungsvorrichtungen, automatische Trennkreise für Geräte von der Leitung.

Eine gute Schutzmaßnahme ist auch eine zuverlässige Erdung des Geräts an einem Punkt. Es ist auch effektiv, Funktechnikgeräte in Blöcken zu implementieren, wobei jeder Block und das gesamte Gerät als Ganzes geschützt werden. Dies ermöglicht es, eine ausgefallene Einheit schnell durch eine redundante zu ersetzen (bei den kritischsten Geräten werden die Einheiten mit automatischer Umschaltung dupliziert, wenn die Hauptgeräte beschädigt sind). In einigen Fällen können Selenelemente und Stabilisatoren zum Schutz vor EMP verwendet werden.

Darüber hinaus kann angewendet werden schützende EingangsvorrichtungenDies sind verschiedene Relais oder elektronische Geräte, die auf Überspannung im Stromkreis reagieren. Wenn ein Spannungsimpuls ankommt, der durch einen elektromagnetischen Impuls in der Leitung induziert wird, schalten sie die Stromversorgung des Geräts aus oder unterbrechen einfach die Arbeitskreise.

Bei der Auswahl der Schutzeinrichtungen ist zu berücksichtigen, dass die Auswirkungen von EMP durch Massivität gekennzeichnet sind, dh durch gleichzeitiges Auslösen von Schutzausrüstung in allen im Explosionsbereich eingeschlossenen Kreisläufen. Daher sollten die angewendeten Schutzschemata den Betrieb der Schaltkreise unmittelbar nach Beendigung des elektromagnetischen Impulses automatisch wiederherstellen.

Der Widerstand der Ausrüstung gegen die Beanspruchung der Leitungen während einer nuklearen Explosion hängt in hohem Maße vom ordnungsgemäßen Betrieb der Leitung und der sorgfältigen Überwachung der Wartungsfreundlichkeit der Schutzausrüstung ab.

ZU wichtige betriebliche Anforderungen umfasst eine regelmäßige und zeitnahe Überprüfung der elektrischen Festigkeit der Isolierung der Leitung und der Eingangsstromkreise des Geräts, die rechtzeitige Identifizierung und Beseitigung neu auftretender Kabelerdungen, die Überwachung der Wartungsfreundlichkeit von Ableitern, Sicherungseinsätzen usw.

Atomexplosion in großer Höhe begleitet von der Bildung von Regionen mit erhöhter Ionisation. Bei Explosionen in Höhen bis zu etwa 20 km wird der ionisierte Bereich zuerst durch die Größe des Leuchtbereichs und dann durch die Explosionswolke begrenzt. In Höhen von 20 bis 60 km sind die Abmessungen des ionisierten Bereichs etwas größer als die Abmessungen der Explosionswolke, insbesondere an der oberen Grenze dieses Höhenbereichs.

Bei nuklearen Explosionen in großen Höhen treten in der Atmosphäre zwei Regionen mit erhöhter Ionisierung auf.

Erster Bereich wird im Bereich der Explosion aufgrund der ionisierten Substanz der Munition und der Ionisierung der Luft durch die Stoßwelle gebildet. Die Abmessungen dieses Bereichs in horizontaler Richtung erreichen Dutzende und Hunderte von Metern.

Zweiter Bereich Eine erhöhte Ionisierung tritt unterhalb des Explosionszentrums in der Atmosphäre in Höhen von 60 bis 90 km infolge der Absorption von eindringender Strahlung durch Luft auf. Die Entfernungen, in denen eindringende Strahlung eine Ionisierung in horizontaler Richtung erzeugt, betragen Hunderte und sogar Tausende von Kilometern.

Bereiche mit erhöhter Ionisierung, die durch eine nukleare Explosion in großer Höhe entstehen, absorbieren Funkwellen und ändern die Ausbreitungsrichtung, was zu einer erheblichen Störung des Betriebs von Funkgeräten führt. In diesem Fall treten Unterbrechungen der Funkkommunikation auf, die in einigen Fällen vollständig unterbrochen werden.

Die Art der schädlichen Wirkung des elektromagnetischen Impulses von nuklearen Explosionen in großer Höhe ähnelt im Wesentlichen der Art der schädlichen Wirkung der EMP von Boden- und Luftexplosionen.

Die Schutzmaßnahmen gegen die schädliche Wirkung des elektromagnetischen Impulses von Explosionen in großer Höhe sind dieselben wie gegen die EMP von Boden- und Luftexplosionen.

2.5.1 Schutz vor ionisierender und elektromagnetischer Strahlung

nukleare Explosionen in großer Höhe (HNE)

Interferenzen mit RS können durch Explosionen von Atomwaffen entstehen, begleitet von der Emission starker elektromagnetischer Impulse von kurzer Dauer (10-8 Sekunden) und Änderungen der elektrischen Eigenschaften der Atmosphäre.

EMP (Radio Flash) tritt auf:

erstens infolge der asymmetrischen Ausdehnung der Wolke elektrischer Entladungen, die unter dem Einfluss ionisierender Strahlung von Explosionen erzeugt wird;

zweitens aufgrund der schnellen Expansion eines aus den Explosionsprodukten gebildeten hochleitenden Gases (Plasma).

Nach einer Explosion im Weltraum entsteht ein Feuerball, eine hochionisierte Kugel. Diese Kugel dehnt sich schnell (mit einer Geschwindigkeit von etwa 100 bis 120 km / h) über der Erdoberfläche aus und verwandelt sich in eine Kugel mit falscher Konfiguration. Die Dicke der Kugel erreicht 16 bis 20 km. Die Elektronenkonzentration in einer Kugel kann 105-106 Elektronen / cm³ erreichen, d. H. 100-1000-mal höher als die normale Elektronenkonzentration in der ionosphärischen Schicht D..

Kernexplosionen in großer Höhe (HNE) in Höhen über 30 km beeinflussen die elektrischen Eigenschaften der Atmosphäre über lange Zeiträume erheblich und haben daher einen starken Einfluss auf die Ausbreitung von Funkwellen.

Darüber hinaus induziert ein starker elektromagnetischer Impuls, der während des IYE auftritt, hohe Spannungen (bis zu 10.000-50.000 V) und Ströme bis zu mehreren tausend Ampere in drahtgebundenen Kommunikationsleitungen.

Die Leistung des EMP ist so groß, dass seine Energie ausreicht, um bis zu 30 m in die Erddicke einzudringen und die EMF in einem Radius von 50 bis 200 km vom Epizentrum der Explosion zu induzieren.

Der Haupteffekt des IJW besteht jedoch darin, dass die während der Explosion freigesetzte enorme Energiemenge sowie die intensiven Flüsse von Neutronen, Röntgen-, Ultraviolett- und Gammastrahlen zur Bildung hochionisierter Regionen in der Atmosphäre und zu einer Erhöhung der Elektronendichte in der Ionosphäre führen, was wiederum dazu führt zur Absorption von Funkwellen und zur Störung der Funktionsstabilität des Steuerungssystems.

2.5.2 Charakteristische Anzeichen von IJV

Das Auge in einem bestimmten Gebiet oder in dessen Nähe wird von einer sofortigen Unterbrechung des Empfangs entfernter Stationen im HF-Wellenbereich begleitet.

Im Moment der Beendigung der Kommunikation wird ein kurzes Klicken in den Telefonen beobachtet, und dann sind nur die eigenen Geräusche des Empfängers und schwache Knistern wie Blitzschläge zu hören.

Einige Minuten nach Beendigung der Kommunikation über HF nehmen die Störungen durch entfernte Stationen im Wellenbereich des Messgeräts auf UKW stark zu.

Die Reichweite des Radars und die Genauigkeit der Koordinatenmessung werden verringert.

Der Schutz elektronischer Geräte basiert auf der korrekten Verwendung des Frequenzbereichs und allen Faktoren, die sich aus der Verwendung von IYA ergeben

2.5.3 Grundlegende Definitionen:

reflektierte Radiowelle (reflektierte Welle ) Breitet sich eine Funkwelle nach Reflexion von der Grenzfläche zwischen zwei Medien oder von Inhomogenitäten des Mediums aus;

direkte Funkwelle (gerade Welle ) Ausbreitet sich eine Funkwelle direkt von den Quellen zum Empfangsort?

terrestrische Funkwelle (erdwelle ) - eine Funkwelle, die sich in der Nähe der Erdoberfläche ausbreitet und eine direkte Welle, eine von der Erde reflektierte Welle und eine Oberflächenwelle enthält;

ionosphärische Radiowelle (ionosphärische Welle ) Ausbreitet sich eine Radiowelle infolge von Reflexion von der Ionosphäre oder Streuung auf dieser;

absorption von Radiowellen (absorption ) - eine Abnahme der Energie einer Funkwelle aufgrund ihres teilweisen Übergangs in Wärmeenergie infolge der Wechselwirkung mit der Umwelt;

multipath (multipath ) - Ausbreitung von Funkwellen von der Sendeantenne zur Empfangsantenne auf mehreren Wegen;

effektive Reflexionshöhe der Schicht (effektive Höhe ) Wird die hypothetische Höhe der Reflexion der Funkwelle von der ionisierten Schicht in Abhängigkeit von der Verteilung der Elektronenkonzentration über die Höhe und Länge der Funkwelle in Bezug auf die Zeit zwischen Senden und Empfangen der reflektierten ionosphärischen Welle während des vertikalen Schallens unter der Annahme bestimmt, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Funkwelle entlang des gesamten Weges gleich der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist;

ionosphärischer Sprung (sprung ) Ist der Ausbreitungsweg einer Radiowelle von einem Punkt auf der Erdoberfläche zu einem anderen, dessen Durchgang von einer Reflexion der Ionosphäre begleitet wird;

maximal nutzbare Frequenz (MUF) - die höchste Frequenz der Funkemission, bei der sich unter bestimmten Bedingungen zu einem bestimmten Zeitpunkt ionosphärische Funkwellen zwischen bestimmten Punkten ausbreiten; dies ist die Frequenz, die noch von der Ionosphäre reflektiert wird;

optimale Betriebsfrequenz (ORCH) - die Frequenz der Funkemission unterhalb der ZF, bei der unter bestimmten geophysikalischen Bedingungen eine stabile Funkkommunikation durchgeführt werden kann. Typischerweise ist der ORF 15% niedriger als der MUF;

vertikal ionosphärisch klingend (vertikal klingend ) - ionosphärischer Schall mittels Funksignalen, die senkrecht zur Erdoberfläche senkrecht nach oben gesendet werden, sofern die Sende- und Empfangspunkte ausgerichtet sind;

ionosphärische Störung - Verletzung der Verteilung der Ionisation in der Atmosphäre, die normalerweise die Änderung der durchschnittlichen Eigenschaften der Ionisation unter bestimmten geografischen Bedingungen übersteigt;

ionosphärischer Sturm - langfristige ionosphärische Störung hoher Intensität.

Kategorien
- Windows 10
- Browser
- Smartphones
- Antivirus
- Auf der Straße
- Bedingungen
- Apfel
- Android
- Programme
- Ios

Beliebt