Лекция №1

Введение. Международная классификация диапазонов радиоволн

Одной из основ развития цивилизации является возможность передачи информации на расстояние. Закон Мура гласит: каждые 5 лет объём информации удваивается. В настоящее время базисом развития систем передачи информации являются электромагнитные волны. Электромагнитным полем (волной) является особый вид материи, создаваемый электрическими зарядами, токами, или существующими в свободном, отдаленном от заряженных частиц взаимообусловленных и взаимосвязанных электрическими и магнитными полями, распространяющимися в вакууме со скоростью света 3*м/с.

Основные характеристики электромагнитного поля.

1.Скорость распространения в непроводящей, нейтральной, неферромагнитной среде:

υ = с / c = 1 / =

- относительная магнитная проницаемость;

- относительная диэлектрическая проницаемость;

- диэлектрическая постоянная;

- магнитная постоянная.

2.Частота связана с длиной волны соотношениями:

f=c / λ f [Гц] λ=c / f λ [м]

Как показывают исследования, условия распространения радиоволн примерно одинаковы в пределах каждой из девяти полос, на которых разделён весь радиодиапазон. Сведения об этих полосах в соответствии с Регламентом радиосвязи, принятым Международным Консультативным Комитетом по Радио (МККР), приведены в таблице.

№ полосы	Обозначение диапазонов Межд.	Обозначение диапазонов РФ	Название	Частота f	Длина волны λ	Поддиапазоны волн
	ELF		Экстремально низкие	3-30 Гц
	SLF		Супер низкие	30-300 Гц
	ULF		Ультра низкие	300-3000 Гц
	VLF	OH4	Очень низкие	3-30 кГц	100-10 км	Миллиметровые сверхдлинные (СДВ)
	LF	H4	Низкие	30-300 кГц	10-1 км	Километровые длинные (ДВ)
	MF	C4	Средние	300-3000 кГц	1000-100 м	Гектометровые средние (СВ)
	HF	B4	Высокие	3-30 МГц	100-10 м	Декаметровые короткие (КВ)
	VHF	OB4	Очень высокие	30-300 МГц	10-1 м	Метровые
	UHF	УB4	Ультра высокие	300-3000 МГц	1-0,1 м	Дециметровые
	SHF	CB4	Сверх высокие	3-30 ГГц	10-1 см	Сантиметровые
	EHF	KB4	Крайне высокие	30-300 ГГц	10-1 мм	Миллиметровые
	GHF	ГВ4	Гипер высокие	300-3000 ГГц	1-0,1 мм	Децимиллиметровые

Определение литеров частотного диапазона

В системах связи широко используют понятие литеров частотного диапазона. Как правило, в этих диапазонах проектируются конкретные образцы связной техники.

1-2 ГГц	L – диапазон
2-4 ГГц	S - диапазон
4-8 ГГц	С – диапазон
8-12 ГГц	X – диапазон
12-18 ГГц	Ku - диапазон
18-27 ГГц	K – диапазон
27-40 ГГц	Ka – диапазон
40-75 Ггц	V - диапазон

Определение литеров частот радиовещания

AM	535-1,605 кГц
FM	88-108 МГц
TV CH 1-4	54-72 МГц
TV CH 5-6	76-88 МГц
TV CH 7-13	174-216 МГц
TV CH 14-83	470-890 МГц

В окружающей земной шар атмосфере различают две области, оказывающие влияние на распространение радиоволн: тропосферу и ионосферу.

Тропосфера – приземная область атмосферы, простирающаяся до высоты 10…15 км – неоднородна как в вертикальном направлении, так и вдоль земной поверхности; ее электрические параметры зависят от метеорологических условий. Тропосфера влияет на распространение земных волн и обеспечивает распространение так называемых тропосферных волн. Распространение тропосферных волн связано с рефракцией (искривлением траектории волны) в неоднородной тропосфере, а также с рассеянием и отражением радиоволн от неоднородностей тропосферы.

Ионосфера – от 50…80 км и примерно до 10000 км над поверхностью Земли. В этой области плотность газа весьма мала и газ ионизирован, т. е. имеется большое число свободных электронов (примерно 10³ … 10⁶ электронов в 1 см³ воздуха). Присутствие свободных электронов существенно влияет на электрические свойства газа и обусловливает возможность отражения радиоволн от ионосферы. Путем последовательного отражения от ионосферы и поверхности Земли радиоволны распространяются на очень большие расстояния (например, короткие волны могут несколько раз огибать земной шар). Ионосфера является неоднородной средой, и радиоволны рассеиваются в ней, что также обусловливает возможность распространения радиоволн на большие расстояния. Радиоволны, распространяющиеся путем отражения от ионосферы или рассеяния в ней, будем называть ионосферными волнами. На условия распространения ионосферных волн свойства земной поверхности и тропосферы влияют мало.

За пределами ионосферы плотность газа и электронная плотность уменьшаются и на расстоянии 3…4,5 радиусов земного шара, атмосфера Земли переходит в космическое пространство, где газ полностью ионизирован, плотность протонов равна плотности электронов и составляет всего 2…20 эл/см³. Условия распространения радиоволн в космосе близки к условиям распространения в свободном пространстве. Таким образом, оказывается возможным рассматривать раздельно влияние на распространение радиоволн земной поверхности, тропосферы, ионосферы и космического пространства.

Механизмы распространения радиоволн

1.Распространение радиоволн вдоль границы раздела «воздух - земная поверхность». Этот механизм подчиняется законам ДИФРАКЦИИ (огибание поверхности)

Поверхностная (Земная) волна

2.Ионосферное распространение радиоволн.

Причиной является интенсивная плавная электрическая неоднородность верхних ионизированных слоёв атмосферы, приводящая к последовательному многократному отражению радиоволн от ионизированных слоёв атмосферы (ноносферы) и поверхности Земли.

Ионосфера

Волна, распространяющаяся по этому пути, называется пространственной (ионосферной) волной (f до 30-40 м)

3.Распространение радиоволн за счёт рассеивания на неоднородностях атмосферы.

Эти явление обусловлено наличием в атмосфере слабых электрических неоднородностей (f > 300МГц)

Рассеивающий объём

4.Прямые волны

Связь на них осуществляется между земным пунктом и космическим объектом за счёт «прямой волны», которая распространяется через всю толщу атмосфер.

Поглощение радиоволн в атмосфере

Установлено, что в диапазоне частот выше 500 МГц основной вклад поглощения определяется газами тропосферы (кислородом и водяными парами).

Для количественной оценки степени поглощения радиоволн в атмосфере применяют формулу:

Lа = L*+*, где

Lкоэффициенты поглощения [Дб/км] в кислороде и водяных парах, соответственно;

, – эквиваленты длины пути сигнала в этих средах.

Таким образом, степень затухания радиоволн в атмосфере носит частотно-селективный характер. При этом существуют так называемые «окна прозрачности» и участки поглощения.

Поддиапазоны ГГц	Окна прозрачности	Участки поглощения
Центр.част. ГГц	Центр. длина волны мм	Центр.част. ГГц	Центр. длина волны мм
30-51,4		8,6
51,4-66
66-105		3,2		2,5
105-134
134-170		2,1
170-190
190-275		1,3

Локальные неоднородности диэлектрической проницаемости тропосферы, влияющие на характер распространение радиоволн.

Типичный высотный профиль относительной диэлектрической проницаемости тропосферы показан на рисунке. То есть, чем больше высота, тем меньше .

Распространение радиоволн в такой среде сопровождается плавным искривлением траектории распространения – явлением РЕФРАКЦИИ. При наличии рефракции, траектория представляет кривую, к которой касателен вектор, характеризующий скорость распространения энергии волн.

При этом фазовая скорость распространения волны:

, где:

–скорость распространения в свободном пространстве;

n(h) = – коэффициент преломления на высоте h.

Виды линий связи

Линии связи и системы связи могут работать в различных частотных диапазонах в зависимости от требуемой дальности, пропускной способности.

Существует пять основных видов организации связи.

1. Радиорелейная

2. Тропосферная

3. Спутниковая

4. Коротковолновая

5. Подвижная на основе базовых станций.

Дата добавления: 2014-01-15