Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика
§ 63. Распространение радиоволн
жүктеу/скачать 6,71 Mb. Pdf көрінісі
|
| § 63. Распространение радиоволн. Законы распространения радио-
волн в свободном пространстве сравнительно просты, но чаще всего радиотехника имеет дело не со свободным пространством, а с рас- пространением радиоволн над земной поверхностью. Как показывают и опыт и теория, поверхность Земли сильно влияет на распространение радиоволн, причем сказываются как физические свойства поверхности (например, различия между морем и сушей), так и ее геометриче- ская форма (общая кривизна поверхности земного шара и отдельные неровности рельефа — горы, ущелья и т. п.). Влияние это различно для волн разной длины и для разных расстояний между передатчиком и приемником. Влияние, оказываемое на распространение радиоволн формой зем- ной поверхности, понятно из предыдущего. Ведь мы имеем здесь, в сущности, разнообразные проявления дифракции идущих от излуча- теля волн (§ 41), — как на земном шаре в целом, так и на отдельных особенностях рельефа. Мы знаем, что дифракция сильно зависит от соотношения между длиной волны и размерами тела, находящегося на пути волны. Неудивительно поэтому, что кривизна земной поверхности и ее рельеф по-разному сказываются на распространении волн различ- ной длины. Так, например, горная цепь отбрасывает «радиотень» в случае коротких волн, в то время как достаточно длинные (в несколько километров) волны хорошо огибают это препятствие и на горном склоне, противоположном радиостанции, ослабляются незначительно (рис. 147). Рис. 147. Гора отбрасывает «радиотень» в случае коротких волн. Длин- ные волны огибают гору Что касается земного шара в целом, то он чрезвычайно велик даже по сравнению с наиболее длинными волнами, применяемыми в радио.
172 Гл. VI. Электромагнитные волны Очень короткие волны, например метровые, вообще не заворачивают сколько-нибудь заметно за горизонт, т. е. за пределы прямой видимо- сти. Чем волны длиннее, тем лучше они огибают поверхность земного шара, но и самые длинные из применяемых волн не могли бы благодаря дифракции завернуть так сильно, чтобы обойти вокруг земного шара — от нас к антиподам. Если, тем не менее, радиосвязь осуществляется между любыми точками земного шара, причем на волнах самой различ- ной длины, то это возможно не из-за дифракции, а по совсем другой причине, о которой мы скажем немного дальше. Влияние физических свойств земной поверхности на распростране- ние радиоволн связано с тем, что под воздействием этих волн в почве и в морской воде возникают электрические токи высокой частоты, наи- более сильные вблизи антенны передатчика. Часть энергии радиоволны расходуется на поддержание этих токов, выделяющих в почве или воде соответствующее количество джоулева тепла. Эти потери энергии (а значит, и ослабления волны из-за потерь) зависят, с одной стороны, от проводимости почвы, а с другой — от длины волны. Короткие волны затухают значительно сильнее, чем длинные. При хорошей проводи- мости (морская вода) высокочастотные токи проникают на меньшую глубину от поверхности, чем при плохой (почва), и потери энергии в первом случае существенно меньше. В результате дальность действия одного и того же передатчика оказывается при распространении волн над морем значительно (в несколько раз) большей, чем при распро- странении над сушей. Мы уже отметили, что распространение радиоволн на очень боль- шие расстояния нельзя объяснить дифракцией вокруг земного шара. Между тем дальняя радиосвязь (на несколько тысяч километров) была осуществлена уже в первые годы после изобретения радио. В настоя- щее время каждый радиолюбитель знает, что длинноволновые ( λ боль-
ше 1 км) и средневолновые ( λ от 100 м до 1 км) станции зимними ночами слышны на расстоянии многих тысяч километров, в то время как днем, особенно в летние месяцы, эти же станции слышны на расстоянии всего в несколько сот километров. В диапазоне коротких волн (
λ от 10 до 100 м) положение иное. Здесь в любое время суток и любое время года можно найти такие длины волн, на которых надежно перекрываются л ю б ы е расстояния. Для обеспечения круглосуточной связи при этом приходится в разное время суток работать на волнах различной длины. Зависимость дальности распространения радиоволн от времени года и суток заставила связать условия распространения радиоволн на Земле с влиянием Солнца. Эта связь в настоящее время хорошо изучена и объяснена. Солнце испускает наряду с видимым светом сильное ультрафиоле- товое излучение и большое количество быстрых заряженных частиц, которые, попадая в земную атмосферу, сильно и о н и з у ю т ее верх- ние области. В результате образуется несколько слоев ионизованных газов, расположенных на различных высотах (100 км, 200–300 км). Наличие таких слоев дало основание к тому, чтобы назвать верхние слои земной атмосферы ионосферой. |