Распространение радиоволн, факторы влияющие на распространение радиоволн и их затухание

ЛЕКЦИЯ №9

Поскольку электрические и магнитные поля могут существовать не

только в веществе, но и в вакууме, должно быть возможным распространение

электромагнитных волн, как в веществе, так и в вакууме. Скорость распространения электромагнитных волн в вакууме, по расчётам Максвелла,

должна была быть приблизительно равна 300 000 км/с.

Условием возникновения электромагнитных волн является ускоренное

движение заряженных частиц. Изменение магнитного поля происходит при изменении тока в проводнике, а изменение магнитного поля происходит при изменении скорости движения заряженных частиц.

Впервые получил электромагнитные волны Г. Герц, использовав для

этого высокочастотный искровой разрядник («вибратор Герца»). Герц

опытным путём определил также скорость распространения электромагнитных волн. Она совпала с теоретически рассчитанным значением скорости электромагнитных волн, полученным Максвеллом.

Простейшие электромагнитные волны - это волны, в которых электрическое - и магнитное поля совершают синхронные гармонические

колебания. При этом такие колебания происходят во взаимно перпендикулярных областях.(рисунок 9.1).

Электромагнитные волны обладают всеми основными свойствами волн. Они подчиняются закону отражения волн: угол падения равен углу отражения. При этом от поверхности диэлектрика электромагнитные волны отражаются слабо, а от поверхности металлов почти полностью. При переходе из одной среды в другую электромагнитные волны преломляются и подчиняются закону преломления волн: отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух данных сред и равная отношению скорости электромагнитных волн в первой среде к скорости электромагнитных волн во второй среде (эта величина называется показателем преломления второй среды относительно первой).

Электромагнитные волны классифицируются по длине волны или связанной с ней частотой волны. Эти параметры характеризуют не только волновые, но и квантовые свойства электромагнитного поля. Соответственно в первом случае электромагнитная волна описывается классическими законами электродинамики, а во втором — квантовыми законами. Спектром электромагнитных волн называется полоса частот электромагнитных волн, существующих в природе. Различные участки электромагнитного спектра отличаются по способу излучения и приёма волн, принадлежащих тому или иному участку спектра. По этой причине, между различными участками электромагнитного спектра нет резких границ. Разделение электромагнитных волн по частотам даёт шкалу электромагнитных волн. Она включает в себя радиоволны, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучения. Свойства электромагнитных волн зависят от их частоты. Радиоволны изучает классическая электродинамика. Инфракрасное

световое и ультрафиолетовое излучение изучает как классическая оптика, так и квантовая физика. Рентгеновское и гамма-излучение изучается в квантовой и ядерной физике. Пространственное положение передающей антенны относительно Земли пределяет плоскость поляризации волны, представляющая собой плоскость, которой расположен вектор напряженности электрического поля Е. Если этот вектор (рисунок 9.2) расположен в горизонтальной плоскости, о радиоволна называется горизонтально поляризованной, если вертикальной — вертикально поляризованной. (В принципе радиоволны могут иметь и другие виды поляризации, например, круговую.)

Излучение вертикально или горизонтально поляризованных волн осуществляется с помощью соответствующим образом расположенных излучателей. В связи с этим передающие и приемные антенны иногда классифицируют как антенны с вертикальной или горизонтальной поляризацией.

В диапазоне коротких волн поляризация электромагнитного поля антенны имеет второстепенное значение. Так, радиоволна, излучаемая антенной с вертикальной поляризацией, может быть без особого ослабления принята с помощью антенны, имеющей горизонтальную поляризацию. Совсем по-другому обстоит дело в диапазоне УКВ. Здесь для получения максимального уровня принимаемого сигнала совершенно обязательно, чтобы поляризация передающей и приемной антенн была одинаковой.

Какой же вид поляризации радиоволн следует считать более предпочтительным для осуществления телевизионного вещания? Если говорить о поляризации электромагнитных волн в свободном пространстве, то горизонтальная и вертикальная поляризации не имеют друг перед другом каких-либо преимуществ, так как в месте приема они дают поле одинаковой напряженности. Однако в реальных условиях вследствие близости Земли, наличия естественных и искусственных объектов, различных источников помех горизонтальная и вертикальная поляризации становятся неравноценными.

Так, вертикально поляризованные волны при распространении вблизи поверхности Земли (на высотах, равных нескольким длинам волн) в месте приема обеспечивают несколько больший уровень напряженности электромагнитного поля, особенно если поверхность на трассе имеет хорошую проводимость (например, морская вода). Однако с увеличением высоты подвеса передающей и приемной антенн это преимущество вертикальной поляризации уменьшается, а при значительных высотах практически не проявляется совсем. В то же время радиоволны с горизонтальной поляризацией лучше проникают через препятствия и за пределы зоны прямой видимости, обеспечивая в этих условиях сравнительно большую величину напряженности электромагнитного поля. Кроме того, в городах, где имеется большое количество вертикальных отражающих объектов (стены домов, промышленные башни, трубы, столбы и др.), при горизонтальной поляризации получается меньше отраженных интерферирующих волн, вызывающих заметные замирания сигнала, а также помехи на телевизионном изображении в виде добавочных контуров. Следует также указать на влияние помех, создаваемых системами зажигания двигателей внутреннего сгорания. При проскакивании искры в прерывателе и свечах, например, автомобильных двигателей, возникают ультракороткие волны, которые свободно излучаются, вызывая появление на экране телевизора горизонтальных беспорядочно перемещающихся черно-белых полос, а в громкоговорителе — шумовых помех. Такие ультракоротковолновые помехи обычно имеют более сильную вертикально поляризованную составляющую электромагнитного поля, чем горизонтально поляризованную. Это происходит потому, что источники таких помех, как правило, расположены близко к поверхности Земли, вследствие чего горизонтальная составляющая помехи претерпевает большее затухание.

Экспериментальные измерения показывают, что мощность помех на входе телевизионного приемника в диапазоне частот 50—60 МГц при горизонтально расположенной антенне примерно в два раза меньше, чем при вертикальной антенне. Правда, на частотах выше 100 МГц значительной разницы в уровнях помех уже не наблюдается Наконец, для приема горизонтально поляризованных волн разработаны разнообразные конструкции горизонтальных антенн, технология изготовления которых проще, чем вертикальных. К тому же горизонтальные антенны можно устанавливать на металлических мачтах, что существенно упрощает их эксплуатацию. Горизонтальные антенны (даже простейшая из них — полуволновой вибратор) обладают направленностью в горизонтальной плоскости, что позволяет за счет пространственной селекции ослабить действие помех и отраженных сигналов. Нелишне отметить, что при отражении радиоволн от различных предметов поляризация может изменяться. Интенсивность отражения волн с разной поляризацией также различна. Поэтому в некоторых случаях может оказаться полезным отказ от обычного горизонтального расположения приемной антенны, наклонив ее в ту или иную сторону для улучшения условий телевизионного приема.

Таким образом, горизонтальная поляризация обладает рядом преимуществ по сравнению с вертикальной.

Дата добавления: 2014-01-07