Propagación de ondas de radio en el agua. Rango de radiofrecuencia y su uso para radiocomunicaciones.

Mucha gente sin tener conceptos elementales Los tipos de energía y sus propiedades a menudo se discuten sobre los métodos de transmisión inalámbrica de energía a distancias. Otros, sin saber cómo se propagan las ondas de radio, fabrican antenas para sus transmisores y receptores de radio, tratando de lograr las máximas características de transmisión y recepción, pero fracasan. Algunos leen libros inteligentes, mientras que otros confían en la experiencia o en el consejo de un amigo analfabeto. Este artículo está dedicado a disipar al menos algunos de los conceptos erróneos y dar una idea sobre las ondas electromagnéticas y su tipo: las ondas de radio.

Como de costumbre, no describiré las fórmulas de Maxwell, Faraday y otros científicos famosos. Hay una gran cantidad de ellos en los libros de texto de física, lecturas que, incluso yo, que tengo educación y experiencia en radioelectrónica, no entiendo por qué estos libros de texto contienen fórmulas abstrusas, pero falta la información más simple de valor práctico útil. Después de todo, al día o semana siguiente a la graduación, el estudiante no recordará estas fórmulas, pero conceptos simples, así como no lo sabía, no lo sabrá.

Comencemos con el hecho de que el gran inventor y practicante de máquinas eléctricas Nikola Tesla utilizó activamente en sus experimentos. vibraciones electromagnéticas, que nadie conocía antes y que ahora sabemos por los libros de texto de física de la escuela secundaria, generan un tipo de ondas electromagnéticas: las ondas de radio. Pero repito, en la época de Tesla nadie sabía de la existencia de ondas electromagnéticas. Intuitivamente, a través de observaciones, Tesla entendió que como resultado de sus experimentos, apareció algún tipo de energía en el espacio circundante. Pero en aquellos días no existía tal ciencia ni equipo que nos permitiera revelar el concepto de ondas electromagnéticas. Por lo tanto, este fenómeno fue considerado como una categoría filosófica, que Tesla llamó: éter.

Hoy en día sostienen que el “éter” y ondas electromagnéticas Este diferentes conceptos. Están completamente equivocados sólo porque absolutamente todos los inventos de Tesla se basan en el uso de corriente eléctrica alterna ordinaria y campos electromagnéticos, que a su vez no generan "éter", sino las ondas electromagnéticas más comunes en el rango de radiofrecuencia. Es lo que actualmente se llama ondas electromagnéticas que Nikola Tesla llamaba en aquellos tiempos éter. No puede haber otras explicaciones. Se puede argumentar durante mucho tiempo que se trata de conceptos diferentes. Por ejemplo, alguien echa espuma por la boca intentando demostrar que la velocidad de propagación del éter es mayor que la velocidad de la luz, y evidencia base ausente. ¿Con ayuda de qué experimento Nikola Tesla pudo medir la velocidad del éter? No existe tal información en ninguna parte. Sólo hay una conclusión: no lo midió, sólo lo asumió. ¿Dirás que el éter transporta energía? ¡Mi respuesta es que cualquier onda electromagnética transporta energía! Me he encontrado con prácticos circuitos de receptores de radio sin pilas, diseñados para no funcionar con auriculares o cabeza dinámica, y para recibir corriente eléctrica directa "de la nada" por parte de aquellos residentes de megaciudades que viven junto a potentes centros de radio y televisión.

– oscilación electromagnética sinusoidal en el espacio. La abreviatura generalmente aceptada es EMV. Una onda electromagnética es luz, rayos de calor en el rango infrarrojo invisible, rayos X y ondas de radio. La única diferencia es la potencia de vibración y la longitud de onda. En particular, Tesla se ocupó de las ondas de radio. De hecho, él es el inventor de la radio, y no Marconi y Popov. Estos últimos supieron describir las ondas de radio, por lo que se les considera los inventores de la radio. Tesla fue un pionero, pero en ese momento no tenía explicaciones cientificas, que apareció mucho más tarde en Popov y Marconi. Además, utilizaron ondas de radio con fines prácticos y útiles. Tesla en un momento escribió sobre la transferencia de una señal de información mediante un transmisor y un receptor, pero, dejándose llevar por un rayo, simplemente no tuvo tiempo de inventar sus dispositivos prácticos. Una pregunta razonable es: ¿qué vibra en las ondas electromagnéticas? Responderé, sin profundizar demasiado en la física nuclear, que son fotones, coágulos de energía que tienen un campo electromagnético, pero no tienen masa. Son estas propiedades las que permiten que los fotones sean portadores de energía. Los científicos nucleares continúan "descomponiendo" fotones en sus elementos constituyentes. No continuaremos con esta línea de pensamiento, les deseamos éxito, porque ese no es el tema del artículo. Si está en contra de pensar que el “éter” son ondas electromagnéticas, entonces intente aceptar que el “éter” son fotones y que las ondas electromagnéticas son, en esencia, un flujo dirigido de fotones.

fuente de ondas de radio Puede ser cualquier conductor eléctrico en el que se mueve corriente eléctrica alterna. En la práctica, la fuente de la onda de radio es un generador de alta frecuencia, energía vibratoria que se propaga al espacio a través de una antena de radio. La primera fuente operativa de oscilaciones de radio, inventada por el hombre y utilizada con éxito obvio y racional, fue un transmisor-receptor de radio Marconi (o Popov), que utilizaba como generador de alta frecuencia un dispositivo de almacenamiento de alto voltaje con una vía de chispa conectada. a una antena: un vibrador Hertz común y corriente.

Propiedades de propagación de ondas electromagnéticas.

Rango de propagación de ondas electromagnéticas Depende de la frecuencia de oscilación de la corriente eléctrica alterna (oscilación electromagnética). En frecuencias desde unidades hasta miles de Hertz, correspondientes al rango de ondas de audio, una onda electromagnética creada en el espacio mediante inductancia se propaga a una distancia que no excede de una a dos decenas de metros, por lo que es útil. aplicación práctica no tiene. A frecuencias de cientos de kilohercios y superiores, que corresponden al rango de ondas de radio, una onda electromagnética puede propagarse a lo largo de miles de kilómetros.

El rango de propagación de una onda electromagnética también depende de la potencia de la corriente que fluye a través del conductor. Como se dijo anteriormente, una onda electromagnética de baja frecuencia no tiene una aplicación práctica útil, pero tiene un efecto dañino. Un ejemplo de influencia nociva es la influencia de una línea eléctrica de alto voltaje (PTL) con un voltaje de varias decenas de miles de voltios en la radio de un automóvil que pasa. Alrededor de los cables de alto voltaje se forma un poderoso campo electromagnético, que excede significativamente en amplitud las oscilaciones electromagnéticas de las estaciones de radio remotas y en el receptor, en lugar de la estación de radio, se escucha un zumbido de baja frecuencia del voltaje de la red. Otro caso es cuando el receptor de radio está "atascado" cerca de líneas eléctricas con un voltaje de red de sólo 380 voltios, pero una corriente de más de 100 amperios. En el primer caso tenemos un voltaje alto, y en el segundo tenemos una corriente alta. De un libro de texto de física de secundaria se sabe que la potencia de la corriente eléctrica en un conductor está relacionada con el voltaje y la corriente mediante la expresión Р=U*I. Y cuanto mayor es el poder, más amplia es la distribución. electro campo magnético y, como consecuencia, una onda electromagnética generada por un campo electromagnético. Esto explica la influencia de la potencia en el rango de propagación.

¿Por qué la onda sobre la que se escribe aquí se llama electromagnética? Porque consta de una oscilación sinusoidal eléctrica y magnética. Estos dos tipos de vibraciones están orientadas en el espacio entre sí de forma perpendicular, exactamente 90 grados.
Cuando la onda eléctrica es "horizontal", orientada paralela a la línea del horizonte, y la onda magnética es correspondientemente "vertical", orientada perpendicular a la línea del horizonte, entonces se dice que la onda electromagnética tiene polarización horizontal lineal.

Cuando la onda eléctrica es "vertical", orientada perpendicular a la línea del horizonte, y la onda magnética es correspondientemente "horizontal", orientada paralela a la línea del horizonte, entonces se dice que la onda electromagnética tiene polarización vertical lineal.

Si una onda eléctrica (y por lo tanto una onda magnética) tiene una inclinación con respecto a la línea del horizonte (el ángulo no es igual a cero o 90 grados), entonces dicen que la onda electromagnética tiene polarización inclinada lineal.

También existe otro tipo de polarización que se utiliza para aumentar el rango de transmisión (recepción) y mejorar la inmunidad al ruido de los equipos receptores de radio: polarización circular- un tipo de polarización de una onda electromagnética, en la que durante un período de oscilación electromagnética la onda de radio hace vuelta completa 360 grados. Un tipo de polarización circular es polarización elíptica— polarización circular “aplanada” en uno de los planos.

Todos estos tipos de polarización están determinados por el diseño y la orientación de la antena de radio.

La importancia práctica de la polarización radica en el hecho de que si el transmisor de radio y el receptor de radio están sintonizados en la misma frecuencia, pero tienen polarización diferente, por ejemplo, el transmisor tiene polarización vertical y el receptor tiene polarización horizontal, entonces la comunicación por radio será pobres o no habrá polarización alguna.

Un ejemplo del uso de la polarización de la luz como tipo de oscilación electromagnética es el cine 3D. El principio de funcionamiento de los sistemas de imágenes de vídeo 3D se basa en lo siguiente: la película se graba con cámaras de cine (cámaras de vídeo) separadas en el espacio, como dos ojos humanos. Cuando se proyecta en un cine, dos proyectores independientes se cubren con filtros polarizadores; exactamente los mismos filtros en forma de películas se encuentran en las gafas de los espectadores. El proyector derecho y el ojo derecho del espectador están cubiertos con un filtro con polarización vertical, y el proyector y el ojo izquierdos están cubiertos con un filtro con polarización horizontal. Así, el ojo derecho ve la imagen desde el proyector derecho y el ojo izquierdo desde el izquierdo. Se pueden utilizar otras opciones para separar ondas de luz como filtros, pero el artículo no trata de esto; la polarización de la luz es una de las formas de seleccionar ondas electromagnéticas.

Las ondas electromagnéticas (ondas de radio) viajan en diferentes medios a diferentes velocidades. La velocidad de las ondas de radio en el vacío es aproximadamente igual a la velocidad de la luz. 300.000 kilómetros por segundo. En el aire, las ondas de radio viajan a una velocidad ligeramente menor, pero no mucho, por lo que se acepta la misma cifra: 300.000 km/s. Dado que el agua corriente es conductora de electricidad, su superficie es un reflector de ondas de radio y parte de la energía de las ondas de radio se gasta en calentar las capas superficiales del agua. Un ejemplo típico Esto se hace mediante un horno microondas, que calienta las moléculas de agua contenidas en los alimentos calentados. Los metales no transmiten ondas de radio, reflejando toda la energía de las vibraciones electromagnéticas.

Igualmente importantes son las propiedades de propagación de las ondas de radio en función de su longitud de onda. Permítanme recordarles que la longitud de una onda electromagnética está relacionada con la frecuencia de las oscilaciones a través de la velocidad de su propagación en el vacío (la velocidad de la luz):

Dónde: F- frecuencia, λ – longitud de onda, Con– velocidad de la luz igual a 300.000 km/seg.

Las ondas de radio se dividen en varios rangos:

"SDV" extralargo– frecuencia 3 – 30 kHz, con una longitud de onda de 100 – 10 km;

"DV" largo– frecuencia 30 – 300 kHz, con una longitud de onda de 10 – 1 km;

Medio "SV"– frecuencia 300 – 3000 kHz, con una longitud de onda de 1000 – 100 metros;

"AF" corto– frecuencia 3 – 30 MHz, con una longitud de onda de 100 – 10 metros;

Ultracorto "VHF", incluido:

- metro "MV"– frecuencia 30 – 300 MHz, con una longitud de onda de 10 – 1 metro;

- decímetro "DMV"– frecuencia 300 – 3000 MHz, con una longitud de onda de 10 – 1 dm;

- centímetro "SMV"– frecuencia 3 – 30 GHz, con una longitud de onda de 10 – 1 cm;

- milímetro "MMV"– frecuencia 30 – 300 GHz, con una longitud de onda de 10 – 1 mm;

- submilimétrico "SMMV"– frecuencia 300 – 6000 GHz, con una longitud de onda de 1 – 0,05 mm;

Los rangos que van desde ondas decímetros hasta ondas milimétricas se denominan frecuencias ultraaltas debido a sus altísimas frecuencias. "Microonda".

Naturalmente, todos los rangos de ondas de radio enumerados, tanto nacionales como burgueses, se pueden dividir en subbandas.

Para transmitir información, una onda de radio debe modularse con una señal que contenga información. Las ondas largas, medias y cortas suelen tener modulación de amplitud, que en inglés suena: Amplitud modulada "SOY". Las ondas ultracortas suelen tener modulación de frecuencia, que en inglés suena como: modulación de frecuencia, y entre la burguesía se les designa como: "FM"(De acuerdo con nuestro "Copa Mundial").

Además de dividir las ondas de radio en rangos, es necesario agregar que dependiendo de la dirección y las rutas de propagación de las ondas de radio, son superficial(terrestre) (1) – propagarse a lo largo de la superficie terrestre desde el transmisor de radio hasta el receptor, sin utilizar las capas superiores de la atmósfera y espacial(2) – propagándose a través de las capas superiores de la atmósfera y con reflexión de la ionosfera (3).

Existe el concepto de que cuanto mayor es la longitud de onda (menor la frecuencia), más capaz es de sortear obstáculos. Y viceversa, cuanto más corta es la longitud de onda (mayor frecuencia), más rectilínea (mejor en línea recta) se propaga la onda de radio.

Las ondas largas son capaces de propagarse a lo largo de la superficie de la tierra y del agua, pero apenas llegan a la ionosfera. Esta propiedad se utiliza para establecer comunicación con por embarcaciones marítimas– la comunicación está disponible en casi cualquier lugar del mar.

Las ondas medianas se propagan a lo largo de la superficie de la tierra y el agua y también son reflejadas por la ionosfera.

Las ondas cortas se propagan en “saltos”, reflejándose periódicamente desde la ionosfera y la superficie terrestre.

Las ondas ultracortas y las frecuencias más altas viajan rectas, como la luz de cualquier fuente de luz, no pueden doblarse a lo largo del globo y la ionosfera es transparente para ellas.

Un ejemplo sencillo del uso de la onda larga es la comunicación por radio con submarinos. Para que el enemigo no lo note cuando contacte con el comando de la flota, el barco sale a la superficie a una altura muy baja. un tiempo corto. Pero si las ondas utilizadas para comunicarse con un submarino se propagaran en “saltos”, entonces no habría comunicación en ningún lugar del mundo. Pero en la práctica, no importa en qué parte del mundo emerja el barco, la conexión aparece de inmediato. Por supuesto en Últimamente Con el desarrollo de la tecnología, los submarinos utilizan varias bandas, incluidas las comunicaciones espaciales (a través de satélites de comunicaciones) en el rango de las microondas.

Un ejemplo del uso de ondas de radio en los rangos VHF, UHF y UHF es el radar pulsado, donde la propiedad de propagación rectilínea de las ondas de radio en estos rangos se utiliza para determinar con precisión las coordenadas espaciales de aviones, bandadas de pájaros y otros objetos en el aire. . Incluso se lleva a cabo un reconocimiento meteorológico: el nivel y la intensidad de las nubes a largas distancias.

Desde el mismo dispositivo transmisor de radio, las ondas de radio reflejadas desde la superficie terrestre pueden encontrarse con ondas no reflejadas, u ondas reflejadas desde otra parte de la superficie terrestre, o capas superiores atmósfera. En este caso, ¿qué pasa? adición en fase de ondas de radio, o resta antifase. Como resultado, se forma un patrón rugoso en el plano vertical del espacio. patrón de radiación cosecante antenas. Durante la reflexión en fase de las ondas de radio de la superficie terrestre, se forman zonas de máxima reflexión en estas áreas: Zonas de Fresnel. Si el transmisor de radio tiene una antena omnidireccional (por ejemplo, un látigo), entonces las zonas de Fresnel consistirán en muchos anillos de varios diámetros en la superficie de la tierra, en cuyo centro se encuentra la antena. El diámetro de los anillos puede variar desde decenas de metros hasta varios kilómetros.

Para su erudición: antes de la agresión militar en Yugoslavia, los estadounidenses concedían gran importancia a los misiles antirradar como medio para destruir los radares enemigos. Un misil antirradar tiene un cabezal de radio guiado que guía el misil hacia una señal de radar. Pero después de esta operación de mantenimiento de la paz suya para convertir a Yugoslavia en un estado títere, comenzaron a rearmarse con misiles con cabezas térmicas. Resultó que los cabezales guiados de los misiles antirradar apuntaban a zonas de Fresnel, que cambian todo el tiempo según un radar giratorio, por lo que la computadora del misil no determinó correctamente las coordenadas del radar y, en el mejor de los casos, En este caso, el misil cayó en una de las zonas de Fresnel. Así, un radar de onda métrica adquirido en la Unión Soviética allá por los años 80 proporcionó de forma fiable a la defensa aérea yugoslava información sobre los vuelos estadounidenses durante más de 50 días de la guerra. Con su ayuda, más de un avión furtivo milagroso de las Barras y las Estrellas fue derribado. Y en la televisión, como de costumbre, mintieron diciendo que los estadounidenses no estaban sufriendo pérdidas.

Los obstáculos tienen una gran influencia en la propagación de las ondas de radio. Como regla general, los obstáculos tienen una propiedad reflectante. Diversos objetos, tanto naturales como origen artificial. Como se escribió anteriormente, las ondas de radio se reflejan desde la superficie terrestre. Vale la pena señalar que si el suelo está muy seco (por ejemplo, en el desierto), el reflejo de las ondas de radio es mucho peor que cuando el suelo está húmedo por la lluvia. Por tanto, la distancia de comunicación del mismo equipo de comunicación en el mar es entre un 50 y un 70 por ciento mayor que en tierra. Los árboles y las nubes reflejan ondas de radio. Los obstáculos naturales enumerados son buenos reflectores porque contienen agua. Los obstáculos artificiales que reflejan las ondas de radio incluyen diversas estructuras metálicas, incluidos los accesorios de edificios y estructuras.

La influencia del tipo de antena utilizada en la calidad y dirección de recepción (emisión) de las ondas de radio.

Dónde y cómo se propagará la onda de radio está determinado por el tamaño y la forma de la antena emisora ​​de ondas de radio. La antena de radio más simple es Vibrador Hertz. Se trata de un “cubo” elemental que sirve de base para construir todo tipo de antenas.

Un vibrador Hertz son dos conductores que divergen en direcciones opuestas desde el "punto de conexión de energía". En esencia, se trata de un circuito oscilatorio "desplegado". Para una mejor radiación de una señal de radio, la distancia desde el extremo de un conductor hasta el extremo del otro debe ser igual a la mitad de la longitud de onda de la oscilación electromagnética emitida (o recibida). Esto es necesario para que en los extremos del vibrador haya una diferencia de potencial de voltaje de señal máxima y en el centro del vibrador haya una amplitud de corriente máxima. Es cierto que es necesario utilizar un factor de acortamiento que tenga en cuenta la velocidad de propagación de la señal eléctrica a lo largo de la superficie de los conductores, que es mucho menor que en el vacío. Dependiendo de la frecuencia de la señal y del metal del que está hecho el vibrador, el coeficiente de acortamiento puede oscilar entre 0,65 y 0,85. Es decir, el vibrador debe ser igual a la mitad de la longitud de onda multiplicada por el factor de acortamiento.

Para reducir el tamaño de la antena, a veces se utiliza un vibrador con una longitud igual a un cuarto de la longitud de onda. Se pueden utilizar otras relaciones, pero al mismo tiempo cambian la calidad de la recepción (transmisión) y las propiedades direccionales de la antena.

El patrón de radiación de un vibrador de media onda tiene la forma toroide de rotación- forma de rosquilla. Si el vibrador se coloca horizontalmente con respecto al suelo, entonces las zonas de máxima recepción (transmisión) estarán en una línea perpendicular al vibrador, y las zonas ingesta mínima en los extremos del vibrador. Pero tenga en cuenta que esto no tiene en cuenta la influencia de la reflexión desde el suelo. Si tenemos en cuenta la influencia de la reflexión de la superficie terrestre, la proyección del patrón de radiación de la antena (APP) del vibrador se alargará ligeramente en la dirección de los máximos.
La figura muestra un toroide de rotación y una proyección del patrón de radiación de la antena sobre una superficie horizontal, teniendo en cuenta la influencia de la tierra.

- Se trata de un vibrador Hertz modificado, en el que el pasador se utiliza como un conductor y el otro contrapeso es un trozo de cable que cuelga, una persona que sostiene un walkie-talkie móvil o la superficie de la tierra. El patrón de radiación de una antena de látigo es el mismo toroide ubicado en un área horizontal, solo que debido a la reflexión del suelo el toroide se aplana desde abajo. La zona de máxima recepción será en todas las direcciones y la zona mínima de recepción estará por encima del vibrador de clavija. El área de recepción mínima ubicada sobre la antena se llama: zona muerta, o embudo muerto.

Dependiendo de la relación entre la longitud de la antena de látigo y la longitud de onda, también cambia el patrón de radiación de la antena en el plano vertical. La figura muestra esquemáticamente la influencia de la relación entre la longitud del pin y la longitud de onda en la formación del patrón de radiación de la antena en el plano vertical.

Recuerde la importancia práctica de la polarización de las ondas electromagnéticas: si el transmisor y el receptor de radio están sintonizados en la misma frecuencia, pero tienen polarización diferente, por ejemplo, el transmisor tiene polarización vertical y el receptor tiene polarización horizontal, entonces la comunicación por radio será deficiente. . A esto vale la pena agregar el patrón de radiación de la antena de látigo y luego, usando el ejemplo de dos radioteléfonos: estaciones de radio portátiles (1 y 2), que se muestran en la figura siguiente, se puede sacar una conclusión lógica:

Si las antenas del transmisor y del receptor de radio están orientadas en el espacio con respecto al horizonte de la misma manera y los patrones de radiación de las antenas están dirigidos entre sí con sus máximos, entonces la comunicación será la mejor. Si no se cumple una de las condiciones especificadas, no habrá conexión o será deficiente.

El alcance de la comunicación por radio también se ve afectado por otro parámetro: el grosor de los elementos vibradores, cuanto más grande es, mayor es la antena; más banda ancha– la gama de frecuencias bien recibidas es más amplia, pero el nivel de la señal en casi todas las frecuencias disminuye. Esto se debe al hecho de que una antena dipolo es el mismo circuito oscilatorio, y cuando se expande la banda de frecuencia de la respuesta de frecuencia de resonancia, la amplitud de resonancia disminuye. Por lo tanto, no se sorprenda si una antena de televisión hecha con latas de cerveza de aluminio en una ciudad donde el nivel de señal de la torre de televisión es alto reciba una señal de televisión de diferentes canales no peor, y a menudo mejor, que una antena profesional compleja.

Las buenas antenas de radio profesionales tienen el siguiente indicador: ganancia de la antena. Después de todo, un vibrador normal de media onda no amplifica la señal; su acción es selectiva: a una determinada frecuencia, en determinadas direcciones y con una determinada polarización. Para tener menos interferencias en el receptor, aumentar el rango de transmisión y recepción y al mismo tiempo reducir el patrón de radiación de la antena (nombre común - abajo), un simple vibrador de media onda no es adecuado. La antena es cada vez más complicada.

Anteriormente escribí sobre la influencia de varios obstáculos: su propiedad reflectante. Si el tamaño del obstáculo no es comparable (un orden de magnitud menor) con la longitud de la onda de radio, entonces esto no es un obstáculo para la señal de radio; Si un obstáculo está en un plano paralelo a la onda eléctrica y es más largo que la longitud de onda, entonces ese obstáculo refleja la onda de radio. Si la longitud del obstáculo es un múltiplo (igual a un cuarto, la mitad o la totalidad) de la longitud de onda, orientado paralelo a la onda eléctrica y perpendicular a la dirección de propagación de la onda, entonces este obstáculo actúa como un circuito oscilatorio resonante en toda la longitud de onda o sus armónicos, y tiene las mayores propiedades reflectantes.

Son estas propiedades descritas anteriormente las que se utilizan en antenas complejas. Entonces, una de las opciones para mejorar las propiedades de recepción de la antena es instalar una adicional reflector(reflector), cuyo principio de funcionamiento se basa en la reflexión de una onda de radio y la suma en fase de dos señales: del centro de televisión (TC) y del reflector. Al mismo tiempo, el patrón de radiación se estrecha y se estira. La figura muestra una antena formada por un vibrador de bucle de media onda (1) y un reflector (2). La longitud del vibrador (A) de esta antena de televisión se selecciona igual a la mitad de la longitud de onda del canal de televisión promedio, multiplicada por el factor de acortamiento. La longitud del reflector (B) se selecciona igual a la mitad de la longitud de onda del canal de televisión mínimo (con longitud máxima ondas). La distancia entre el vibrador y el reflector (C) se selecciona de modo que la señal directa y reflejada se sumen en fase, la mitad de la longitud de onda.

La siguiente forma de mejorar aún más la señal de recepción estrechando y estirando el trasero es agregar un vibrador pasivo. directores. El principio de funcionamiento sigue siendo el mismo de adición en fase. Al mismo tiempo, el patrón de radiación se estrecha y se estira aún más. La imagen muestra una antena. "canal de ondas", compuesto por un reflector (1), un vibrador de bucle de media onda (2) y un director (3). Una mayor incorporación de directores estrecha y alarga aún más el patrón direccional. La longitud de los directores (B) se elige ligeramente menor que la longitud del vibrador activo. Para aumentar la ganancia de la antena y su banda ancha, se añaden directores delante del vibrador activo con una disminución gradual de su longitud. Tenga en cuenta que la longitud del vibrador activo es igual a la mitad de la longitud de onda promedio de la señal recibida, la longitud del reflector es más de la mitad de la longitud de onda y la longitud del director es menos de la mitad de la longitud de onda. También se elige que la distancia entre los elementos sea aproximadamente la mitad de la longitud de onda.

En tecnología profesional, a menudo se utiliza un método para estrechar la parte inferior y aumentar las propiedades de amplificación de la antena: antena de matriz en fase, en el que se conectan varias antenas en paralelo (por ejemplo, dipolos simples o antenas de “canal de ondas”). Como resultado, se suman las corrientes de los canales adyacentes y, como resultado, aumenta la potencia de la señal.

En frecuencias ultraaltas, se utiliza una guía de ondas como antena vibradora y una lámina sólida como reflector, cuyos puntos están equidistantes del plano del vibrador (a la misma distancia). paraboloide de revolución, o en el lenguaje común – “plato”. Una antena de este tipo tiene un patrón de radiación muy estrecho y una ganancia de antena elevada.

Conclusiones basadas en la propagación y complejidad de la formación de ondas de radio.

Cómo y dónde se propagan las ondas de radio se puede calcular utilizando fórmulas y transformaciones inteligentes solo para condiciones ideales– en ausencia de obstáculos naturales. Para ello, los elementos de la antena y diversas superficies deben ser perfectamente planos. En la práctica, debido a la influencia de muchos factores de refracción y reflexión, ni un solo "cerebro científico" ha podido calcular con alta fiabilidad la propagación de ondas de radio en condiciones naturales. Hay zonas del espacio con una recepción fiable y zonas de sombra de radio, donde no hay recepción alguna. Sólo en las películas los escaladores no responden a las llamadas por radio porque tienen las manos ocupadas, o ellos mismos están ocupados “salvando el mundo”. De hecho, la comunicación por radio no es un negocio estable y la mayoría de las veces los escaladores no responden porque hay; simplemente no hay conexión: no hay paso de ondas de radio. Es la dependencia de las comunicaciones por radio de fenomenos naturales(lluvia, nubes bajas, aire enrarecido, etc.) llevaron al surgimiento del concepto "radioaficionado". Este es ahora el concepto de "radioaficionado", una persona a la que le gusta soldar circuitos de radio. Hace unos veinte años era un “comunicador de onda corta” quien, utilizando un transceptor de baja potencia fabricado por él mismo, se comunicaba con otro radioaficionado (o, en otras palabras, un corresponsal de radio) ubicado al otro lado de la Tierra, por lo que recibió “bonificaciones”. Antiguamente incluso se celebraban concursos de radio. Hoy en día también se realizan, pero con el desarrollo de la tecnología esto ha perdido relevancia. Entre estos radioaficionados hay muchos insatisfecho con los temas que los "payals" comunes y corrientes que no están sentados con auriculares en busca de corresponsales de radio para organizar intercambios de radio se llaman a sí mismos radioaficionados.

Las ondas de radio y su propagación son un misterio innegable para los locutores novatos. Aquí podrá familiarizarse con los conceptos básicos de la teoría de la propagación de ondas de radio. Este artículo está destinado a familiarizar a los principiantes con el éter, así como a aquellos que tienen alguna idea al respecto.

La introducción más importante, que a menudo se olvida mencionar antes de introducir la teoría de la propagación de ondas de radio, es que las ondas de radio se propagan alrededor de nuestro planeta debido a la reflexión de la ionosfera y de la Tierra cuando un rayo de luz se refleja en espejos translúcidos.

Características de la propagación de onda media y la modulación cruzada.

Las ondas medias incluyen ondas de radio con una longitud de 1000 a 100 m (frecuencias de 0,3 a 3,0 MHz). Las ondas medias se utilizan principalmente para la radiodifusión. También son la cuna de la piratería de radio nacional. Pueden propagarse por rutas terrestres e ionosféricas. Las ondas medias experimentan una absorción significativa en la superficie semiconductora de la Tierra; el rango de propagación de la onda terrestre 1 (ver Fig. 1) está limitado a una distancia de 500 a 700 km. A largas distancias, las ondas de radio 2 y 3 se propagan mediante una onda ionosférica (espacial).

Por la noche, las ondas medias se propagan por reflexión desde la capa E de la ionosfera (ver Fig. 2), cuya densidad electrónica es suficiente para ello. Durante el día, a lo largo del camino de propagación de las ondas, se ubica la capa D, que absorbe con mucha fuerza las ondas medias. Por lo tanto, a potencias normales del transmisor, la intensidad del campo eléctrico es insuficiente para la recepción y durante el día la propagación de ondas medias se produce casi exclusivamente por la onda terrestre en distancias relativamente cortas, unos 1.000 km. En el rango de onda media, las ondas más largas experimentan menos absorción y la intensidad del campo eléctrico de la onda celeste es mayor en más ondas largas Oh. La absorción aumenta en los meses de verano y disminuye en el invierno. Las perturbaciones ionosféricas no afectan la propagación de ondas medias, ya que la capa E se ve ligeramente perturbada durante las tormentas magnéticas ionosféricas.

Por la noche, ver fig. 1, a cierta distancia del transmisor (punto B), la llegada de ondas espaciales 3 y ondas superficiales 1 es posible simultáneamente, y la longitud de la trayectoria de la onda espacial cambia con los cambios en la densidad electrónica de la ionosfera. Cambiar la diferencia de fase de estas ondas provoca fluctuaciones en la intensidad del campo eléctrico, lo que se denomina desvanecimiento de campo cercano.

Las ondas 2 y 3 pueden llegar a una distancia considerable del transmisor (punto C) a través de una o dos reflexiones de la ionosfera. Cambiar la diferencia de fase de estas dos ondas también da como resultado una fluctuación en la intensidad del campo eléctrico, lo que se denomina desvanecimiento de campo largo.

Para combatir el desvanecimiento en el extremo transmisor de la línea de comunicación, se utilizan antenas en las que el patrón de radiación máximo se "presiona" contra la superficie de la tierra, entre ellas la antena más simple en "V invertida", que suelen utilizar los radioaficionados; Con este patrón de radiación, la zona de casi desvanecimiento se aleja del transmisor y, a grandes distancias, el campo de la onda que llega a través de dos reflexiones resulta debilitado.

Desafortunadamente, no todos los locutores de radio novatos que operan en el rango de frecuencia 1600-3000 kHz saben que una señal débil de un transmisor de baja potencia es susceptible a la distorsión ionosférica. La señal de transmisores de radio más potentes es menos susceptible a la distorsión ionosférica. Debido a la ionización no lineal de la ionosfera, la señal débil es modulada por el voltaje modulador de las señales. estaciones poderosas. Este fenómeno se llama modulación cruzada. La profundidad del coeficiente de modulación alcanza el 5-8%. Desde el lado receptor da la impresión de un transmisor mal hecho, con todo tipo de zumbidos y sibilancias, esto se nota especialmente en el modo de modulación AM.

Debido a la modulación cruzada, a menudo penetran en el receptor intensas interferencias de rayos que no se pueden filtrar: la descarga del rayo modula la señal recibida. Es por esta razón que las emisoras de radio comenzaron a utilizar transmisores de banda lateral única para comunicaciones de radio bidireccionales y comenzaron a operar con mayor frecuencia en frecuencias más altas. Las emisoras de radio extranjeras de estaciones CB aumentan su potencia y comprimen las señales moduladoras, y para un funcionamiento sin distorsiones en el aire utilizan frecuencias invertidas.

Los fenómenos de demodulación y transmodulación en la ionosfera se observan únicamente en el rango de onda media (MV). En el rango de longitud de onda corta (SW), la velocidad de un electrón bajo la influencia de un campo eléctrico es insignificante en comparación con su velocidad térmica, y la presencia del campo no cambia el número de colisiones del electrón con partículas pesadas.

Las frecuencias más favorables en el rango de frecuencias de 1500 a 3000 kHz para las comunicaciones de larga distancia son las noches de invierno y los períodos de mínima actividad solar. Las comunicaciones especialmente a larga distancia, de más de 10.000 km, suelen ser posibles durante las horas del amanecer y del atardecer. Durante las horas del día, la comunicación es posible a una distancia de hasta 300 km. Las emisoras de radio FM gratuitas sólo pueden envidiar rutas de radio tan grandes.

EN Hora de verano Este rango a menudo se ve interferido por interferencias de descargas estáticas en la atmósfera.

Características de la propagación de onda corta y sus características.

Las ondas cortas incluyen ondas de radio con una longitud de 100 a 10 m (frecuencias de 3 a 30 MHz). La ventaja de operar en longitudes de onda cortas en comparación con longitudes de onda más largas es que se pueden construir fácilmente antenas direccionales en este rango. Las ondas cortas pueden propagarse como ondas terrestres, en la parte de baja frecuencia del rango y como ondas ionosféricas.

A medida que aumenta la frecuencia, aumenta considerablemente la absorción de ondas en la superficie semiconductora de la Tierra. Por lo tanto, con potencias de transmisión normales, las ondas terrestres de onda corta se propagan a distancias que no superan varias decenas de kilómetros. En superficie del mar, esta distancia aumenta significativamente.

Con una onda ionosférica, las ondas cortas pueden propagarse a lo largo de muchos miles de kilómetros y esto no requiere transmisores de alta potencia. Por lo tanto, hoy en día las ondas cortas se utilizan principalmente para comunicaciones y transmisiones a largas distancias.

Las ondas cortas viajan a largas distancias por reflexión de la ionosfera y la superficie de la Tierra. Este método de propagación se llama salto, ver Fig. 2 y se caracteriza por la distancia de salto, el número de saltos, los ángulos de salida y llegada, la frecuencia máxima utilizable (MUF) y la frecuencia mínima utilizable (LOF).

Si la ionosfera es homogénea en dirección horizontal, entonces la trayectoria de la onda es simétrica. Normalmente, la radiación se produce en un cierto rango de ángulos, ya que el ancho del patrón de radiación de las antenas de onda corta en el plano vertical es de 10 a 15°. La distancia mínima de salto para la cual se cumple la condición de reflexión se denomina distancia de la zona silenciosa (ZZ). Para reflejar una onda, es necesario que la frecuencia operativa no sea superior al valor de la frecuencia máxima aplicable (MUF), que es el límite superior del rango operativo para una distancia determinada. Ola 4.

El uso de antenas de radiación antiaérea, como uno de los métodos para reducir la zona de silencio, está limitado por el concepto de frecuencia máxima aplicable (MUF), teniendo en cuenta su reducción en un 15-20% de la MUF. Las antenas de radiación antiaéreas se utilizan para transmitir en la zona cercana utilizando el método de reflexión de un solo salto desde la ionosfera.

La segunda condición limita el rango de operación desde abajo: cuanto menor sea la frecuencia de operación (dentro del rango de onda corta), mayor será la absorción de la onda en la ionosfera. La frecuencia más baja aplicable (LFA) se determina a partir de la condición de que con una potencia de transmisión de 1 kW, la intensidad del campo eléctrico de la señal debe exceder el nivel de ruido y, por lo tanto, la absorción de la señal en las capas ionosféricas no debe ser mayor. de lo permitido. La densidad electrónica de la ionosfera cambia a lo largo del día, durante el año y durante el período de actividad solar. Esto significa que los límites del rango operativo también cambian, lo que lleva a la necesidad de cambiar la longitud de onda operativa durante el día.

Rango de frecuencia 1,5–3 MHz, es nocturno. Está claro que para llevar a cabo con éxito una sesión de comunicación por radio, es necesario elegir la frecuencia (longitud de onda) correcta cada vez, y esto también complica el diseño de la estación, pero para un verdadero conocedor de las comunicaciones de larga distancia esto no es una dificultad, es parte del hobby. Evaluemos el rango de HF por área.

Rango de frecuencia 5-8 MHz, es en muchos aspectos similar a la banda de 3 MHz y, a diferencia de ella, aquí durante el día se puede comunicar hasta 2000 km, no hay zona silenciosa (ZZ) y su distancia es de varias decenas de kilómetros; Por la noche, la comunicación es posible a cualquier distancia, a excepción de ZM, que aumenta a varios cientos de kilómetros. Durante los cambios de hora del día (atardecer/amanecer), son más convenientes para comunicaciones de larga distancia. La interferencia atmosférica es menos pronunciada que en el rango de 1,5 a 3 MHz.

En el rango de frecuencia 10-15 MHz Durante los períodos de actividad solar, las comunicaciones diurnas son posibles con casi cualquier punto del globo. En verano, la duración de la comunicación por radio en este rango de frecuencia es las 24 horas, excepto algunos días. La zona de silencio por la noche tiene distancias de 1500-2000 km y por lo tanto sólo son posibles las comunicaciones a larga distancia. Durante el día disminuyen a 400-1000 km.

Rango de frecuencia 27-30MHz Adecuado para comunicación solo durante las horas del día. Esta es la gama más caprichosa. Suele abrir durante unas horas, días o semanas, especialmente cuando cambian las estaciones, es decir. en otoño y primavera. La zona de silencio (ZZ) alcanza los 2000-2500 km. Este fenómeno se relaciona con el tema MUF, aquí el ángulo de la onda reflejada debe ser pequeño en relación con la ionosfera, de lo contrario tiene una gran atenuación en la ionosfera o simplemente sale al espacio exterior. Los ángulos de radiación pequeños corresponden a grandes saltos y, en consecuencia, a grandes zonas de silencio. Durante los períodos de máxima actividad solar, la comunicación es posible por la noche.

Además de los modelos enumerados, son posibles casos de propagación anómala de ondas de radio. La propagación anómala puede ocurrir cuando aparece una capa esporádica en el camino de una onda, a partir de la cual se pueden reflejar ondas más cortas, de hasta ondas de un metro. Este fenómeno se puede observar en la práctica por el paso de emisoras de televisión y emisoras de radio FM distantes. La MUF de la señal de radio durante estas horas alcanza los 60-100 MHz durante los años de actividad solar.

En la banda VHF FM, Con la excepción de casos raros de propagación anómala de ondas de radio, la propagación se debe estrictamente a la llamada "línea de visión". La propagación de ondas de radio dentro de la línea de visión habla por sí sola y está determinada por la altura de las antenas transmisoras y receptoras. Está claro que en las zonas urbanas no podemos hablar de visibilidad visual o directa, pero las ondas de radio atraviesan las zonas urbanas con cierta atenuación. Cuanto mayor es la frecuencia, mayor es la atenuación en las zonas urbanas. El rango de frecuencia 88-108 MHz también está sujeto a cierta atenuación en condiciones urbanas.

Desvanecimiento de las señales de radio HF

La recepción de ondas de radio cortas siempre va acompañada de una medición del nivel de la señal recibida, y este cambio es aleatorio y temporal. Este fenómeno se llama desvanecimiento de una señal de radio. Hay desvanecimientos de señal rápidos y lentos en el aire. La profundidad del desvanecimiento puede alcanzar hasta varias decenas de decibelios.

La razón principal del rápido desvanecimiento de la señal es la propagación por trayectos múltiples de las ondas de radio. En este caso, la causa del desvanecimiento es la llegada al punto de recepción de dos rayos que se propagan a través de una y dos reflexiones de la ionosfera, la onda 1 y la onda 3, ver Fig. 2.

Dado que los rayos recorren trayectorias de diferentes distancias, sus fases de llegada no son las mismas. Los cambios en la densidad de electrones, que ocurren continuamente en la ionosfera, conducen a un cambio en la longitud del camino de cada uno de los rayos y, en consecuencia, a un cambio en la diferencia de fase entre los rayos. Para cambiar la fase de la onda en 180°, basta con que la longitud de la trayectoria cambie sólo ½. Cabe recordar que cuando los rayos de una señal llegan al punto de recepción con la misma intensidad y con una diferencia de fase de 180°, se restan completamente según la ley de los vectores, y la intensidad de la señal entrante en este caso puede ser igual a cero. Estos pequeños cambios en la longitud de la trayectoria pueden ocurrir continuamente, por lo que las fluctuaciones en la intensidad del campo eléctrico en el rango de longitud de onda corta son frecuentes y profundas. Su intervalo de observación de 3 a 7 minutos puede ser en frecuencias bajas en el rango de HF y hasta 0,5 segundos en frecuencias cercanas a 30 MHz.

Además, el desvanecimiento de la señal es causado por la dispersión de las ondas de radio en las irregularidades de la ionosfera y la interferencia de ondas dispersas.

Además del desvanecimiento por interferencias, en ondas cortas se produce un desvanecimiento por polarización. La razón del desvanecimiento de la polarización es la rotación del plano de polarización de la onda con respecto a la antena recibida. Esto ocurre cuando la onda se propaga en la dirección de las líneas del campo magnético de la Tierra y con un cambio en la densidad electrónica de la ionosfera. Si las antenas transmisora ​​y receptora son vibradores horizontales, entonces la onda polarizada emitida horizontalmente sufrirá una rotación del plano de polarización después de atravesar la ionosfera. Esto conduce a fluctuaciones en e. d.s., inducida en la antena, que tiene una atenuación adicional de hasta 10 dB.

En la práctica, todas las causas anteriores del desvanecimiento de la señal actúan, por regla general, de manera compleja y obedecen a la ley de distribución de Rayleigh descrita.

Además del desvanecimiento rápido, se observa un desvanecimiento lento, que se observa con un período de 40 a 60 minutos en la parte de baja frecuencia del rango de HF. La razón de estos desvanecimientos es un cambio en la absorción de ondas de radio en la ionosfera. La distribución de la envolvente de amplitud de la señal durante el desvanecimiento lento obedece a una ley normalmente logarítmica con una disminución de la señal a 8-12 dB.

Para combatir el desvanecimiento, en ondas cortas se utiliza el método de recepción con antenas espaciadas. El hecho es que el aumento y la disminución de la intensidad del campo eléctrico no ocurren simultáneamente, incluso a un ritmo relativamente Área pequeña superficie de la Tierra. En la práctica de las comunicaciones de onda corta se suelen utilizar dos antenas, separadas por varias longitudes de onda, y las señales se combinan tras la detección. La diversidad de polarización de las antenas es efectiva, es decir, la recepción simultánea en antenas verticales y horizontales con la posterior adición de señales después de la detección.

Me gustaría señalar que estas contramedidas son efectivas sólo para eliminar el desvanecimiento rápido; los cambios lentos de la señal no se eliminan, ya que esto está asociado con un cambio en la absorción de ondas de radio en la ionosfera.

En la práctica de la radioafición, el método de antena de diversidad se utiliza con bastante poca frecuencia, debido al alto costo de construcción y a la falta de necesidad de recibir información suficientemente confiable. Esto se debe al hecho de que los aficionados suelen utilizar antenas resonantes y de alcance, cuyo número en su hogar es de aproximadamente 2-3 piezas. El uso de la recepción por diversidad requiere al menos duplicar el parque de antenas.

Otra cosa es que cuando un aficionado vive en una zona rural y tiene suficiente espacio para acomodar una estructura anti-decoloración, puede simplemente usar dos vibradores de banda ancha para esto, cubriendo todos, o casi todos, los rangos necesarios. Un vibrador debe estar vertical y el otro horizontal. Para ello no es necesario disponer de varios mástiles. Basta con colocarlos en un mástil de modo que queden orientados entre sí en un ángulo de 90°. Las dos antenas en este caso se parecerán a la conocida antena de “V invertida”.

Cálculo del radio de cobertura de la señal de radio en las bandas VHF/FM

Las frecuencias de los medidores viajan dentro de la línea de visión. El rango de propagación de las ondas de radio dentro de la línea de visión, sin tener en cuenta la potencia de radiación del transmisor y otros fenómenos naturales que reducen la eficiencia de la comunicación, se ve así:

r = 3,57 (√h1 + √h2), km,

Calculemos los radios de la línea de visión. al instalar la antena receptora a diferentes alturas, donde h1 es un parámetro, h2 = 1,5 m, resumámoslos en la Tabla 1.

tabla 1

Esta fórmula no tiene en cuenta la atenuación de la señal ni la potencia del transmisor; solo habla de la posibilidad de línea de visión, teniendo en cuenta una tierra perfectamente redonda.

hagamos un calculo el nivel de señal de radio requerido junto con la recepción para una longitud de onda de 3 m.

Dado que en los caminos entre la estación transmisora ​​​​y un objeto en movimiento siempre ocurren fenómenos como reflejos, dispersión, absorción de señales de radio por varios objetos, etc., se deben realizar correcciones al nivel de atenuación de la señal, que fue propuesto por los japoneses. científico Okumura. La desviación estándar para este rango con zonas urbanas será de 3 dB, y con una probabilidad de comunicación del 99% introduciremos un factor de 2, lo que equivaldrá a una corrección total P en el nivel de la señal de radio de
P = 3 × 2 = 6 dB.

La sensibilidad de los receptores está determinada por la relación entre la señal útil y el ruido de 12 dB, es decir 4 veces. Esta relación no es aceptable para transmisiones de radio de alta calidad, por lo que introduciremos una corrección adicional de otros 12 a 20 dB y aceptaremos 14 dB.

En total, la corrección general en el nivel de la señal recibida, teniendo en cuenta su atenuación a lo largo del camino y las características específicas del dispositivo receptor, será: 6 + 16 20 dB (10 veces). Luego, con una sensibilidad del receptor de 1,5 μV. en el lugar de recepción un campo con una fuerza de 15 µV/m.

Calculemos usando la fórmula de Vvedensky. rango con una intensidad de campo determinada de 15 µV/m, teniendo en cuenta la potencia del transmisor, la sensibilidad del receptor y las zonas urbanas:

donde r es km; P - kilovatios; GRAMO - dB (=1); h-m; λ-m; mi - mV.

Este cálculo no tiene en cuenta la ganancia de la antena receptora, así como la atenuación en el alimentador y el filtro de paso de banda.

Respuesta: Con una potencia de 10 W, una altura de radiación h1 = 27 metros y h2 = 1,5 m, la recepción de radio de muy alta calidad con un radio en las zonas urbanas será de 2,5-2,6 km. Si tenemos en cuenta que la recepción de señales de radio de su transmisor de radio se realizará en los pisos medio y alto de edificios residenciales, este rango de acción aumentará aproximadamente 2-3 veces. Si recibe señales de radio mediante una antena remota, el alcance será de decenas de kilómetros.

73! UA9LBG y Radio-Vector-Tyumen

Creo que todos giraron el dial de la radio, cambiando entre “VHF”, “LW”, “SV” y escucharon silbidos en los parlantes.
Pero aparte de descifrar las abreviaturas, no todo el mundo entiende lo que se esconde detrás de estas letras.
Echemos un vistazo más de cerca a la teoría de las ondas de radio.

Onda de radio

La longitud de onda (λ) es la distancia entre crestas de ondas adyacentes.
Amplitud(es): desviación máxima del valor medio durante el movimiento oscilatorio.
Periodo(T) - tiempo de un movimiento oscilatorio completo
Frecuencia (v) - número de ciclos completos por segundo

Existe una fórmula que le permite determinar la longitud de onda por frecuencia:

Donde: la longitud de onda (m) es igual a la relación entre la velocidad de la luz (km/h) y la frecuencia (kHz)

"VHF", "DV", "SV"

ondas largas(LW) v = 150-450 kHz (λ = 2000-670 m).


Este tipo de onda de radio tiene la capacidad de sortear obstáculos y se utiliza para comunicaciones a largas distancias. También tiene un poder de penetración deficiente, por lo que, a menos que tenga una antena remota, es poco probable que pueda captar ninguna estación de radio.

Ondas medias(SV) v = 500-1600 kHz (λ = 600-190 m).


Estas ondas de radio se reflejan bien desde la ionosfera, ubicada a una distancia de 100 a 450 km sobre la superficie terrestre. La peculiaridad de estas ondas es que durante el día son absorbidas por la ionosfera y no se produce el efecto de reflexión. Este efecto se utiliza prácticamente para la comunicación, normalmente a lo largo de varios cientos de kilómetros por la noche.

Ondas cortas(HF) v= 3-30 MHz (λ = 100-10 m).

Al igual que las ondas medianas, se reflejan bien en la ionosfera, pero a diferencia de ellas, independientemente de la hora del día. Pueden propagarse a largas distancias (varios miles de kilómetros) debido a los reflejos de la ionosfera y la superficie de la Tierra; dicha propagación se denomina salto. Para ello no se necesitan transmisores de alta potencia.

Ondas ultracortas(VHF) v = 30 MHz - 300 MHz (λ = 10-1 m).


Estas ondas pueden rodear obstáculos de varios metros de tamaño y también tienen un buen poder de penetración. Debido a estas propiedades, esta gama se utiliza ampliamente para transmisiones de radio. La desventaja es su atenuación relativamente rápida al encontrar obstáculos.
Existe una fórmula que le permite calcular el rango de comunicación en el rango VHF:

Así, por ejemplo, cuando se transmite desde la torre de televisión Ostankino, de 500 m de altura, a una antena receptora de 10 m de altura, el alcance de comunicación, sujeto a visibilidad directa, será de unos 100 km.

Altas frecuencias (rango HF en centímetros) v = 300 MHz - 3 GHz (λ = 1-0,1 m).
No esquivan obstáculos y tienen buena capacidad de penetración. Utilizado en redes celulares y redes wi-fi.
Otra característica interesante de las ondas en este rango es que las moléculas de agua son capaces de absorber la mayor cantidad de energía posible y convertirla en calor. Este efecto se utiliza en hornos microondas.
Como puede ver, los equipos Wi-Fi y los hornos microondas funcionan en el mismo rango y pueden afectar el agua, por lo que no vale la pena dormir con un enrutador Wi-Fi durante mucho tiempo.

Frecuencias extremadamente altas (onda milimétrica EHF) v = 3 GHz - 30 GHz (λ = 0,1-0,01 m).
Se reflejan en casi todos los obstáculos y penetran libremente en la ionosfera. Por sus propiedades se utilizan en las comunicaciones espaciales.

AM-FM

SOY.- Amplitud modulada

Se trata de un cambio en la amplitud de la frecuencia portadora bajo la influencia de una vibración de codificación, por ejemplo, la voz de un micrófono.
AM es el primer tipo de modulación inventado por el hombre. Entre las desventajas, como cualquier tipo de modulación analógica, tiene una baja inmunidad al ruido.

FM- modulación de frecuencia


Se trata de un cambio en la frecuencia portadora bajo la influencia de una oscilación de codificación.
Aunque también se trata de un tipo de modulación analógica, tiene una mayor inmunidad al ruido que la AM y, por tanto, se utiliza ampliamente en el sonido de emisiones de televisión y emisiones de VHF.

De hecho, los tipos de modulación descritos tienen subtipos, pero su descripción no está incluida en el material de este artículo.

Más términos

Difracción- un fenómeno que ocurre cuando una onda de radio encuentra obstáculos, como resultado de lo cual la onda puede cambiar de amplitud, fase y dirección.
Este fenómeno explica la conexión en HF y SW a través de la ionosfera, cuando la onda se refleja en diversas heterogeneidades y partículas cargadas y, por lo tanto, cambia la dirección de propagación.
Este mismo fenómeno explica la capacidad de las ondas de radio para propagarse sin visibilidad directa, doblándose sobre la superficie terrestre. Para ello, la longitud de onda debe ser proporcional al obstáculo.

PD:

Propagación de ondas de radio Procesos de propagación de ondas de radio electromagnéticas en la atmósfera, el espacio exterior y el espesor de la Tierra. Ondas de radio , emitidas por el transmisor, antes de llegar al receptor, recorren un camino que puede resultar complejo. Las ondas de radio pueden llegar al punto receptor, propagarse a lo largo de trayectorias rectas, doblarse alrededor de la superficie convexa de la Tierra, reflejarse en la ionosfera, etc. Métodos de ondas de radio. dependen significativamente de la longitud de onda l , sobre la iluminación de la atmósfera terrestre por el Sol y sobre una serie de otros factores (ver más abajo).

Ondas rectas. En medios homogéneos, las ondas de radio se propagan rectilíneamente a una velocidad constante, como los rayos de luz (rayos de radio). Tal R. r. llamado gratis. Condiciones de R. r. en el espacio ultraterrestre durante la comunicación por radio entre una estación terrestre y un objeto espacial, entre dos objetos espaciales, durante observaciones radioastronómicas, durante la comunicación por radio entre una estación terrestre y una aeronave o entre aeronaves son casi libres.

Una onda emitida por una antena se puede considerar plana a grandes distancias de ella (ver. Emisión y recepción de ondas de radio. ). La densidad del flujo de energía electromagnética, proporcional al cuadrado de la intensidad del campo de onda, disminuye al aumentar la distancia. r de la fuente es inversamente proporcional r 2, lo que conduce a una limitación de la distancia a la que se puede recibir la señal de la estación emisora. El alcance de la estación de radio (en ausencia de absorción) es igual a: , donde PAG c es la potencia de la señal en la entrada del receptor, R w - potencia de ruido, G1, G2- coeficientes de directividad de las antenas transmisora ​​y receptora. R. velocidad en el espacio libre es igual a la velocidad de la luz en el vacío: Con = kilómetros/segundo.

Cuando una onda se propaga en ambiente material(por ejemplo, en la atmósfera terrestre, en el espesor de la tierra, en el agua de mar, etc.) se produce un cambio en su velocidad de fase y absorción de energía. Esto se explica por la excitación de vibraciones de electrones e iones en átomos y moléculas del medio bajo la influencia del campo eléctrico de la onda y su reemisión de ondas secundarias. Si la intensidad del campo de onda es pequeña en comparación con la intensidad del campo que actúa sobre el electrón en el átomo, entonces el electrón oscila bajo la influencia del campo de onda de acuerdo con ley armónica con la frecuencia de la onda entrante. Por tanto, los electrones emiten ondas de radio de la misma frecuencia, pero con diferentes amplitudes y fases. El cambio de fase entre las ondas primarias y reemitidas conduce a un cambio en la velocidad de fase. Las pérdidas de energía durante la interacción de las ondas con los átomos son la causa de la absorción de las ondas de radio. La absorción y el cambio de velocidad de fase en un medio se caracterizan por el índice de absorción c y el índice de refracción. norte, que, a su vez, dependen de la constante dieléctrica e y la conductividad s del medio, así como de la longitud de onda l:

(1)

Coeficiente de absorción b = 2pc/l, velocidad de fase u = C/norte. En este caso r e está determinado no solo por las características del transmisor, receptor y longitud de onda, sino también por las propiedades del medio (e, s). EN condiciones terrestres r.r. generalmente diferente de gratis. En R. r. están influenciados por la superficie de la Tierra, la atmósfera de la Tierra, la estructura de la ionosfera, etc. La influencia de ciertos factores depende de la longitud de onda.

La influencia de la superficie terrestre en la propagación de ondas de radio. Depende de la ubicación de la ruta de radio en relación con su superficie.

r.r. - un proceso espacial que cubre un área grande. Pero el papel más importante en este proceso lo desempeña la parte del espacio limitada por una superficie en forma de elipsoide de revolución, en cuyos focos A Y EN El transmisor y el receptor están ubicados ( arroz. 1 ). El eje mayor del elipsoide es casi igual a la distancia R entre el transmisor y el receptor, y el eje menor ~. Cuanto menor es l, más estrecho es el elipsoide; en el rango óptico degenera en una línea recta (rayo de luz). si las alturas Z1 Y Z2, en el que se encuentran las antenas transmisora ​​​​y receptora en relación con la superficie de la Tierra, son grandes en comparación con l, entonces el elipsoide no toca la superficie de la Tierra ( arroz. 1 , A). En este caso, la superficie terrestre no influye en el caudal del río. (distribución gratuita). Cuando ambos o uno de los puntos finales trayectoria de radio el elipsoide tocará la superficie de la Tierra ( arroz. 1 , b) y el campo de la onda reflejada se superpone a la onda directa que va del transmisor al receptor. Estoy gordo Z1>>l y Z2>> l, entonces este campo puede considerarse como un haz reflejado por la superficie terrestre según las leyes de la óptica geométrica. El campo en el punto de recepción está determinado por la interferencia de haces directos y reflejados. Los máximos y mínimos de interferencia determinan la estructura de los lóbulos del campo ( arroz. 2 ). Condición Z1 Y Z2>> Prácticamente sólo se puede realizar para ondas métricas y más cortas, por lo que la estructura de lóbulos del campo es característica de las ondas ultracortas (VHF).

A medida que l aumenta, una región significativa se expande y cruza la superficie de la Tierra. En este caso ya no es posible imaginar el campo ondulatorio como resultado de la interferencia de ondas directas y reflejadas. La influencia de la Tierra en el río R. en este caso se debe a varios factores: la tierra tiene una conductividad eléctrica importante, por tanto R. r. a lo largo de la superficie de la Tierra provoca la pérdida de calor y el debilitamiento de la onda. Las pérdidas de energía en el suelo aumentan al disminuir l.

Además del debilitamiento, también se produce un cambio en la estructura del campo ondulatorio. Si una antena cerca de la superficie de la Tierra emite una onda transversal polarizada linealmente (ver. Polarización de ondas ), cuya intensidad de campo eléctrico es mi es perpendicular a la superficie de la Tierra, luego, a grandes distancias del emisor, la onda se polariza elípticamente ( arroz. 3 ). La magnitud de la componente horizontal. mi x es significativamente menor que vertical mi z y disminuye al aumentar la conductividad s de la superficie terrestre. La aparición de una componente horizontal permite recibir ondas terrestres en el llamado. Antenas terrestres (2 conductores ubicados en la superficie de la Tierra o a baja altura). Si la antena emite una onda polarizada horizontalmente ( mi paralela a la superficie de la Tierra), entonces la superficie de la Tierra debilita el campo cuanto más grande es, y crea una componente vertical. Ya a distancias cortas del emisor horizontal, la componente vertical del campo se vuelve mayor que la horizontal. Cuando se propagan a lo largo de la Tierra, la velocidad de fase de las ondas terrestres cambia con la distancia, pero ya a una distancia de ~ varios litros del emisor se vuelve igual a la velocidad de la luz, independientemente de propiedades electricas suelo.

El abultamiento de la Tierra es una especie de "obstáculo" en el camino de las ondas de radio que, al difractarse, se curvan alrededor de la Tierra y penetran en la "región de sombra". Dado que la difracción de ondas se manifiesta notablemente cuando las dimensiones del obstáculo son proporcionales o menores que l, y el tamaño del bulbo de la Tierra se puede caracterizar por su altura. segmento de bola h (arroz. 4 ), cortado por un plano que pasa por la cuerda que conecta los puntos de ubicación del receptor y el transmisor (ver tabla), entonces la condición h<< l выполняется для метровых и более длинных волн. Если учесть, что с уменьшением l увеличиваются потери энергии в Земле, то практически только километровые и более длинные волны могут проникать глубоко в область тени (arroz. 5 ).

Altura del segmento de bola h para diferentes distancias entre transmisor y receptor

La superficie terrestre es heterogénea; la influencia más significativa la tiene el río R. Tener las propiedades eléctricas de los tramos de la ruta adyacentes al transmisor y al receptor. Si la ruta de radio cruza la costa, es decir, pasa por tierra y luego por el mar (s ® ¥), al cruzar la costa la intensidad del campo cambiará bruscamente ( arroz. 6 ), es decir, la amplitud y dirección de propagación de las olas (refracción costera). Sin embargo, la refracción costera es una perturbación local del campo de ondas de radio que disminuye con la distancia a la costa.

El relieve de la superficie terrestre también afecta al río R.. Esta influencia depende de la relación entre la altura de las irregularidades de la superficie. h, longitud horizontal yo, l y ángulo de incidencia q de la onda en la superficie ( arroz. 7 ). Si se cumplen las condiciones:

4p2 yo 2 sen2q/l2 £ 1; 2psinq<< 1, (2)

entonces las irregularidades se consideran pequeñas y suaves. En este caso, tienen poco efecto sobre R. r. A medida que q aumenta, se pueden violar las condiciones (2). En este caso, la energía de las olas se disipa y la intensidad del campo en la dirección del haz reflejado disminuye (se producen reflejos difusos).

Colinas altas, montañas, etc., además, “perturban” mucho el campo, formando zonas de sombra. La difracción de ondas de radio en las crestas de las montañas a veces conduce a una amplificación de las ondas debido a la interferencia de las ondas directas y reflejadas de la superficie de la Tierra ( arroz. 8 ).

Propagación de ondas de radio en la troposfera. Refracción de ondas de radio. Las ondas de radio de la Tierra viajan a lo largo de la superficie terrestre en troposfera. La conductividad de la troposfera s para las frecuencias correspondientes a las ondas de radio (a excepción de las ondas milimétricas) es prácticamente igual a 0; constante dieléctrica e y por lo tanto índice de refracción norte son funciones de la presión y la temperatura del aire, así como de la presión del vapor de agua. Cerca de la superficie de la Tierra norte» 1.0003. Cambiar e y norte con la altitud depende de las condiciones meteorológicas. Generalmente e y norte disminuye y la velocidad de fase u aumenta con la altura. Esto conduce a la curvatura de los rayos de radio (refracción de ondas de radio, arroz. 9 ). Si una onda se propaga en la troposfera formando un ángulo con el horizonte, cuyo frente coincide con una línea recta ay (arroz. 9 ), entonces debido a que en las capas superiores de la troposfera la onda se propaga a mayor velocidad que en las capas inferiores, la parte superior del frente de onda supera a la parte inferior y el frente de onda gira (el haz se dobla) . Porque norte disminuye con la altura, entonces los rayos de radio se desvían hacia la Tierra. Este fenómeno, llamado refracción troposférica normal, contribuye a R. r. más allá de la línea de visión, porque debido a la refracción, las ondas pueden doblarse alrededor del abultamiento de la Tierra. Sin embargo, en la práctica este efecto sólo puede desempeñar un papel en VHF, ya que en ondas más largas predomina la curvatura debida a la difracción. Las condiciones meteorológicas pueden debilitar o mejorar la refracción en comparación con lo normal.

Guía de ondas troposféricas. En algunas condiciones (por ejemplo, cuando el aire caliente se mueve desde la tierra sobre la superficie del mar), la temperatura del aire no disminuye con la altura, sino que aumenta (inversión de temperatura). En este caso, la refracción en la troposfera puede volverse tan fuerte que una onda que emerge en un pequeño ángulo con respecto al horizonte a una cierta altura cambiará de dirección y regresará a la Tierra. En un espacio limitado por debajo por la Tierra y por arriba por una especie de capa reflectante de la troposfera, una onda puede propagarse a distancias muy largas (propagación de ondas de radio por guía de ondas). Igual que en metal guías de ondas de radio , las ondas pueden propagarse en guías de ondas troposféricas cuya longitud es menor que la crítica (lcr » 0,085 d 3/2 , d- altura de la guía de ondas en metro, lcr en cm). El espesor de las capas de inversión en la troposfera no suele superar los ~ 50-100 metro Por lo tanto, sólo las ondas decimétricas, centimétricas y más cortas pueden propagarse mediante guía de ondas.

Dispersión por fluctuaciones e. Además de los cambios regulares en e con la altura, existen faltas de homogeneidad (fluctuaciones) irregulares en e en la troposfera que surgen como resultado del movimiento aleatorio del aire. Sobre ellos se encuentran dispersas ondas de radio VHF. Por tanto, la región del espacio limitada por los patrones de radiación de las antenas receptoras y transmisoras y que contiene una gran cantidad de heterogeneidades e es un volumen de dispersión. La dispersión provoca fluctuaciones en la amplitud y fase de la onda de radio, así como la propagación en VHF a distancias que exceden significativamente la línea de visión ( arroz. 10 ). En este caso, el campo en el punto de recepción. EN Se forma como resultado de la interferencia de ondas dispersas. Debido a la interferencia gran número Las ondas dispersas provocan cambios aleatorios en la amplitud y fase de la señal. Sin embargo, la amplitud promedio de la señal excede significativamente la amplitud que podría deberse a la refracción troposférica normal.

Absorción de ondas de radio. La troposfera es transparente a todas las ondas de radio hasta las ondas centimétricas. Las ondas más cortas experimentan una atenuación notable en las gotas (lluvia, granizo, nieve, niebla), en el vapor de agua y en los gases atmosféricos. El debilitamiento se debe a los procesos de absorción y dispersión. Cada gota de agua tiene una conductividad significativa y la onda excita en ella corrientes de alta frecuencia. La densidad de corriente es proporcional a la frecuencia, por lo que las corrientes significativas y, por lo tanto, las pérdidas de calor, surgen solo durante la propagación de ondas centimétricas y más cortas. Estas corrientes no sólo provocan pérdidas térmicas, sino que también son fuentes de radiación secundaria dispersa, que debilita la señal directa. La densidad del flujo de energía dispersada es inversamente proporcional a l4 si el tamaño de la partícula dispersante d< l, и не зависит от l, если d>> yo (ver Dispersión de la luz ). Casi por una zona de fuertes lluvias u ondas de niebla con l< 3cm no puede propagarse. Olas menores a 1,5 cm, además, experimentan absorción resonante en vapor de agua (l = 1,5 cm; 1,35 cm; 0,75 cm; 0,5 cm; 0,25 cm) y oxígeno (l = 0,5 cm y 0,25 cm). La energía de la onda que se propaga se gasta en este caso en la ionización o excitación de átomos y moléculas. Entre las líneas de resonancia hay zonas de baja absorción.

Propagación de ondas de radio en la ionosfera. EN ionosfera - multicomponente plasma , ubicado en el campo magnético de la Tierra, el mecanismo de R. r. más difícil que en la troposfera. Bajo la influencia de una onda de radio, en la ionosfera pueden ocurrir tanto oscilaciones forzadas de electrones e iones como varios tipos de oscilaciones naturales colectivas (oscilaciones de plasma). Dependiendo de la frecuencia de las ondas de radio w, una u otra de ellas juega el papel principal y, por lo tanto, las propiedades eléctricas de la ionosfera son diferentes para diferentes rangos de ondas de radio. En alta frecuencia w en R. R. Sólo participan electrones, cuya frecuencia natural de vibración (frecuencia de Langmuir) es igual a:

(3)

Dónde mi- cargar, metro- peso, NORTE- concentración de electrones. Las oscilaciones forzadas de los electrones libres en la ionosfera, a diferencia de los electrones de la troposfera, que están estrechamente asociados con los átomos, van por detrás del campo eléctrico de la onda de alta frecuencia en fase en casi 2p. Este desplazamiento de electrones mejora el campo. mi ondas en la ionosfera ( arroz. once ). Por tanto, la constante dieléctrica e, igual a la proporción intensidad del campo externo a la intensidad del campo dentro del medio, resulta que para la ionosfera< 1: e = 1 - w20/w2. Учёт столкновений электронов с атомами и ионами даёт более точные формулы для e и s ионосферы:

, (4)

donde n es el número de colisiones por segundo.

Para altas frecuencias, empezando por ondas cortas, en la mayor parte de la ionosfera es válida la siguiente relación: w2 >> n2 e índices de refracción norte y la absorción c son iguales:

; (5)

A medida que aumenta la frecuencia, c disminuye y norte crece, acercándose a 1. Porque. norte< 1, фазовая скорость распространения волны . La velocidad de propagación de la energía (velocidad del grupo de ondas) en la ionosfera es igual a Con× norte y de acuerdo con teoría de la relatividad menos Con.

Reflexión de ondas de radio. Para una onda para la cual w< w0norte y u se convierten en cantidades imaginarias, lo que significa que dicha onda no puede propagarse en la ionosfera. Dado que la concentración de electrones norte y la frecuencia del plasma w0 en la ionosfera aumenta con la altura ( arroz. 12 ), luego la onda incidente, que penetra en la ionosfera, se propaga hasta un nivel en el que el índice de refracción se vuelve cero. A esta altitud, la onda se refleja completamente en la capa ionosférica. A medida que aumenta la frecuencia, la onda incidente penetra más profundamente en la capa ionosférica. La frecuencia máxima de onda que se refleja en la capa ionosférica durante la incidencia vertical se denomina frecuencia crítica de la capa:

(6)

Frecuencia de capa crítica F 2 (máximo principal, arroz. 12 ) varía a lo largo del día y de año en año de aproximadamente 5 a 10 megahercio Para ondas con frecuencia w > wcr norte en todas partes > 0, es decir, la onda atraviesa la capa sin reflejarse.

Cuando la onda incide oblicuamente sobre la ionosfera, la frecuencia máxima de la onda que regresa a la Tierra resulta ser mayor que wcr. Una onda de radio que incide en la ionosfera en un ángulo j0, experimenta refracción, gira hacia la Tierra a la altura donde j( z) = p/2. La condición de reflexión para incidencia oblicua tiene la forma: norte(z) = sinj0. Las frecuencias de las ondas reflejadas desde una altura determinada durante la incidencia oblicua y vertical están relacionadas por la relación: wincl = wvert secj0. La frecuencia máxima de la onda reflejada desde la ionosfera en ángulo dado caída, es decir, para una longitud de camino determinada, se denomina frecuencia máxima aplicable (MUF).

Birrefringencia. Impacto significativo en R. R. ejerce el campo magnético de la Tierra h 0 = 0,5 oh, penetrando la ionosfera. En un campo magnético constante, el gas ionizado se convierte en un medio anisotrópico. Una onda que ingresa a la ionosfera experimenta birrefringencia , es decir, se divide en 2 ondas, que difieren en velocidad y dirección de propagación, absorción y polarización. En un campo magnético h 0 actúa sobre un electrón que se mueve con velocidad u fuerza de lorentz, bajo cuya influencia el electrón gira con una frecuencia (frecuencia giroscópica) alrededor de las líneas del campo magnético. Como resultado, la naturaleza de las oscilaciones forzadas de los electrones ionosféricos bajo la influencia del campo eléctrico de la onda cambia.

En el caso más sencillo, cuando la dirección del río. perpendicular h 0 (mi se encuentra en el mismo plano con h 0), la onda se puede representar como una suma de 2 ondas con mi^ norte 0 y mi|| norte 0. Para la primera onda (extraordinaria), la naturaleza del movimiento del electrón y, por tanto, norte cambian, para el segundo (ordinario) siguen siendo los mismos que en ausencia de campo magnético:

; (7)

En el caso de dirección arbitraria de R. r. En cuanto al campo magnético de la Tierra, las fórmulas son más complejas: ¿cómo norte 1 y norte 2 dependen de wH. Dado que la onda de radio se refleja desde la capa donde norte= 0, entonces las ondas ordinarias y extraordinarias se reflejan a diferentes alturas. Las frecuencias críticas para ellos también son diferentes.

Según R. r. En la ionosfera, debido a las diferencias de velocidad, se acumula un cambio de fase entre las ondas, como resultado de lo cual la polarización de la onda resultante cambia continuamente. La polarización lineal de la onda incidente se conserva bajo ciertas condiciones, pero el plano de polarización gira durante la propagación (ver Fig. Rotación del plano de polarización. ). EN caso general La polarización de ambas ondas es elíptica.

Dispersión de ondas de radio. Además de la dependencia regular de la concentración de electrones. norte desde la altura ( arroz. 12 ), en la ionosfera se producen constantemente cambios aleatorios de concentración. La capa ionosférica contiene una gran cantidad de formaciones no homogéneas. varios tamaños, que están en constante movimiento y cambio, disolviéndose y resurgiendo de nuevo. Como resultado, además de la señal reflejada principal, muchas ondas dispersas llegan al punto de recepción ( arroz. 13 ), cuya adición conduce a un desvanecimiento: cambios caóticos en la señal.

La existencia de formaciones no homogéneas conduce a la posibilidad de reflexión dispersa de ondas de radio en frecuencias que exceden significativamente las frecuencias máximas de reflexión de la ionosfera regular. Similar a la dispersión por falta de homogeneidad en la troposfera, este fenómeno provoca radiación de largo alcance. (rango de metros).

En la ionosfera aparecen formaciones no homogéneas características tras la intrusión en ella. meteoritos. Los electrones emitidos por un meteorito caliente ionizan el entorno, formando detrás del meteorito volador un rastro cuyo diámetro aumenta rápidamente debido a la difusión molecular. Se crean senderos ionizados en el rango de altitud 80-120 kilómetros, la duración de su existencia oscila entre 0,1 y 100 segundo. Las ondas de radio se reflejan de forma especular en el rastro del meteorito. La eficacia de este proceso depende de la masa del meteorito.

Efectos no lineales. Para señales de potencia no muy alta, dos ondas de radio se propagan a través de la misma región de la ionosfera independientemente una de otra (ver Fig. Principio de superposición ), la ionosfera es un medio lineal. Para ondas de radio potentes, cuando el campo mi Las ondas son comparables al característico "campo de plasma". mi p de la ionosfera, e y s comienzan a depender de la intensidad del campo de la onda que se propaga. violado conexión lineal entre corriente eléctrica y campo MI.

La no linealidad de la ionosfera puede manifestarse en forma de modulación cruzada de 2 señales ( Luxemburgo - Efecto Gorky ) y en la "autointeracción" de una onda poderosa, por ejemplo, al cambiar la profundidad de modulación de una señal reflejada desde la ionosfera.

Características de la propagación de ondas de radio de diversos rangos en la ionosfera. Empezando por el VHF, las ondas cuya frecuencia es superior a la frecuencia máxima utilizable (MUF) viajan a través de la ionosfera. Las ondas cuya frecuencia es inferior a la MUF, reflejadas desde la ionosfera, regresan a la Tierra. Estas ondas de radio se denominan ondas ionosféricas y se utilizan para comunicaciones por radio de larga distancia en la Tierra. El rango de frecuencia de las ondas ionosféricas desde abajo está limitado por la absorción. Por tanto, la comunicación mediante ondas ionosféricas se realiza en el rango de onda corta y por la noche (la absorción disminuye) en el rango de onda media. Rango de R. r. con un reflejo de la ionosfera ~ 3500-4000 kilómetros, ya que el ángulo de incidencia j sobre la ionosfera está limitado debido a la convexidad de la Tierra: el haz más plano toca la superficie de la Tierra ( arroz. 14 ). La comunicación a largas distancias se realiza debido a varios reflejos de la ionosfera ( arroz. 15 ).

Las ondas largas y ultralargas prácticamente no penetran en la ionosfera y se reflejan desde su límite inferior, que es como la pared de una guía de ondas de radio esférica (la segunda pared de la guía de ondas es la Tierra). Las ondas emitidas por una antena en un determinado punto de la Tierra se curvan alrededor de ella en todas direcciones y convergen en el lado opuesto. La adición de ondas provoca un ligero aumento de la intensidad del campo en el punto opuesto (efecto antípoda, arroz. dieciséis ).

Ondas de radio frecuencias de audio puede filtrarse a través de la ionosfera a lo largo de las líneas del campo magnético de la Tierra. Propagándose a lo largo de la línea del campo magnético, la onda recorre una distancia igual a varios radios terrestres y luego regresa al punto conjugado ubicado en el otro hemisferio ( arroz. 17 ). La fuente de este tipo de ondas son las descargas de rayos en la troposfera. Al propagarse de la manera descrita, crean una señal con un silbido característico en la entrada del receptor (silbatos). interferencias ).

Para las ondas de radio de frecuencias infrasónicas, cuya frecuencia es menor que la frecuencia giroscópica de los iones, la ionosfera se comporta como un fluido neutro conductor, cuyo movimiento se describe mediante las ecuaciones hidrodinámica. Debido a la presencia del campo magnético terrestre, cualquier desplazamiento de una sustancia conductora que genere una corriente eléctrica va acompañado de la aparición de fuerzas de Lorentz que cambian el estado de movimiento. La interacción entre fuerzas mecánicas y electromagnéticas conduce al movimiento aleatorio en un gas ionizado a lo largo de las líneas del campo magnético, es decir, a la aparición de ondas magnetohidrodinámicas (Alfven) que se propagan a lo largo de las líneas del campo magnético a gran velocidad. 4,5×104 metro/segundo(r es la densidad del gas ionizado).

Comunicaciones por radio espaciales. Cuando uno de los corresponsales se encuentra en la Tierra, la gama de longitudes de onda adecuadas para la comunicación con un objeto espacial está determinada por las condiciones de paso a través de la atmósfera terrestre. Porque las ondas de radio cuya frecuencia< МПЧ (5-30 megahercio), no atraviesan la ionosfera y las ondas con una frecuencia > 6-10 GHz son absorbidos en la troposfera, entonces las ondas de un objeto espacial se pueden recibir en la Tierra en frecuencias de ~ 30 megahercio a 10 GHz Sin embargo, incluso en este rango la atmósfera terrestre no es completamente transparente a las ondas de radio. La rotación del plano de polarización al atravesar la ionosfera durante la recepción con una antena convencional provoca pérdidas que disminuyen al aumentar la frecuencia. Sólo en frecuencias > 3 GHz se pueden descuidar ( arroz. 18 ). Estas condiciones determinan el alcance de las ondas de radio para las comunicaciones VHF de larga distancia cuando se utilizan satélites.

Para comunicarse con objetos ubicados en otros planetas, es necesario tener en cuenta la absorción en la atmósfera de estos planetas. Cuando se comunican entre dos naves espaciales ubicadas fuera de la atmósfera planetaria, las ondas milimétricas y de luz adquieren especial importancia, ya que proporcionan la mayor capacidad de los canales de comunicación (ver. comunicación óptica ). Información sobre los procesos de R. R. en el espacio exterior da astronomía radial .

Comunicaciones por radio subterráneas y submarinas. La corteza terrestre, así como las aguas de los mares y océanos, son conductoras y absorben fuertemente las ondas de radio. Para rocas sedimentarias en la capa superficial de la corteza terrestre » 10-3-10-2 ohm-1metro-1. En estos medios, la onda prácticamente se atenúa a una distancia £ l. Además, para medios con s grandes, el coeficiente de absorción aumenta al aumentar la frecuencia. Por lo tanto, para las comunicaciones por radio subterráneas se utilizan principalmente ondas largas y ultralargas. En las comunicaciones submarinas, junto con las ondas ultralargas, se utilizan ondas del rango óptico.

En los sistemas de comunicación entre puntos subterráneos o submarinos se puede utilizar la propagación parcial a lo largo de la superficie de la Tierra o del mar. Una onda polarizada verticalmente excitada por una antena transmisora ​​subterránea se propaga hasta la superficie de la Tierra, se refracta en la interfaz entre la Tierra y la atmósfera, se propaga a lo largo de la superficie terrestre y luego es recibida por una antena receptora subterránea ( arroz. 19 ). La profundidad de inmersión de la antena alcanza decenas metro. Los sistemas de este tipo ofrecen una gama de hasta varios cientos kilómetros y se utilizan, por ejemplo, para la comunicación entre puntos de control subterráneos al lanzar misiles. Otros tipos de sistemas utilizan guías de ondas subterráneas, capas de la corteza terrestre que tienen baja conductividad y, por tanto, bajas pérdidas. Estas razas incluyen sal de roca , potasa, etc. Estas rocas se encuentran a profundidades de hasta cientos metro y proporcionar la gama de R. R. hasta varias docenas km. Un desarrollo adicional de esta dirección es el uso de rocas duras (granitos, gneises, basaltos, etc.) ubicadas a grandes profundidades y con baja conductividad ( arroz. 20 ). A una profundidad de 3-7 kilómetros s puede disminuir a 10-11 ohm-1metro-1. Con un mayor aumento de profundidad, debido a un aumento de temperatura, se crea ionización (ionosfera invertida) y aumenta la conductividad. Se forma una guía de ondas subterránea de varias veces de espesor. kilómetros, en el que R. r. a una distancia de hasta varios miles. km. Uno de los principales problemas de las comunicaciones subterráneas y submarinas es el cálculo de la radiación y la transferencia de energía desde antenas , ubicado en un medio conductor.

La ventaja de los sistemas de comunicación subterráneos es su independencia de tormentas, huracanes y destrucción artificial en la superficie de la Tierra. Además, debido al efecto de protección de las rocas sedimentarias conductoras superiores, los sistemas de comunicación subterráneos tienen una alta inmunidad al ruido industrial y atmosférico.

Iluminado.:, Propagación de ondas de radio a lo largo de la superficie terrestre, M., 1961; , Propagación de ondas electromagnéticas y ionosfera, M., 1972; , Teoría no lineal de la propagación de ondas de radio en la ionosfera, M., 1973; , Ondas en medios estratificados, 2ª ed., M., 1973; , Propagación de ondas en atmósfera turbulenta, M., 1967; , Propagación de ondas en un medio con heterogeneidades aleatorias, M., 1958; , Propagación de ondas electromagnéticas en plasma, M., 1967; ,Una revisión del trabajo relacionado con la propagación subterránea de ondas de radio. Problemas de difracción y propagación de ondas de radio, Sat. 5, L., 1966; , Propagación de ondas de radio, 4ª ed., M., 1972; , Sistemas subterráneos de comunicación por radio, “Foreign Radio Electronics”, 1963, núm. 10; Gabillard [R.], Degok [P.], Waite [J.], Comunicaciones por radio entre puntos subterráneos y submarinos, ibíd., 1972, núm. 12; Ratcliffe J. A., Teoría de los magnetoiones y sus aplicaciones a la ionosfera, trad. Del inglés, M., 1962.

Arroz. 3. al art. Propagación de ondas de radio.

Arroz. 1. Área importante para la propagación de ondas de radio: A - antena transmisora; B - recepción; Z1 y Z2 son sus alturas sobre la superficie terrestre.

Arroz. 2. Estructura de pétalos del campo en el punto de recepción.

Arroz. 4. La altura del segmento esférico h, que caracteriza la convexidad de la Tierra.

Arroz. 5. Gráfico de cambios en la intensidad del campo con la distancia r (en kilómetros). Por eje vertical Se traza el valor del factor de atenuación, que está determinado por la relación entre la intensidad del campo en condiciones reales de propagación y la intensidad del campo durante la propagación en el espacio libre.

Arroz. 6. Cambio en la intensidad E del campo de olas al cruzar la línea de costa.

Arroz. 7. al art. Propagación de ondas de radio.

Arroz. 8. Amplificación de ondas de radio por difracción por irregularidades poco profundas.

Arroz. 9. Curvatura de los rayos de radio en la troposfera como consecuencia de su heterogeneidad.

Arroz. 10. Representación esquemática de una línea de radiocomunicación mediante dispersión de ondas de radio sobre irregularidades troposféricas.

Arroz. 11. El desplazamiento de electrones ionosféricos bajo la influencia del campo de onda E conduce a la aparición de un campo DE adicional.

Arroz. 12. Cambio en la concentración de electrones N en la ionosfera con la altitud; E, F1, F2: capas de la ionosfera.

Arroz. 13. Dispersión de ondas de radio por faltas de homogeneidad de la ionosfera.

Arroz. 14. al art. Propagación de ondas de radio.

Arroz. 15. al art. Propagación de ondas de radio.

Arroz. 16. Dependencia de la intensidad del campo de onda E de la distancia al transmisor r en ausencia de absorción (línea de puntos) y teniendo en cuenta la absorción.

Arroz. 17. al art. Propagación de ondas de radio.

Arroz. 18. Dependencia de las pérdidas de energía debidas a la rotación del plano de polarización de las ondas de la frecuencia para tres valores del ángulo de elevación b.

Arroz. 19. Sistema de comunicación subterránea con propagación parcial de ondas de radio a lo largo de la superficie terrestre. Las ondas secundarias se representan de forma convencional.

Rango de radiofrecuencia y su uso para radiocomunicaciones.

2.1 Conceptos básicos de propagación de radio

Las comunicaciones por radio garantizan la transmisión de información a distancia mediante ondas electromagnéticas (ondas de radio).

Ondas de radio– Se trata de oscilaciones electromagnéticas que se propagan en el espacio a la velocidad de la luz (300.000 km/s). Por cierto, la luz también pertenece a las ondas electromagnéticas, lo que determina sus propiedades muy similares (reflexión, refracción, atenuación, etc.).

Las ondas de radio transportan la energía emitida por un oscilador electromagnético a través del espacio. Y nacen cuando cambia el campo eléctrico, por ejemplo, cuando una corriente eléctrica alterna pasa a través de un conductor o cuando saltan chispas por el espacio, es decir. una serie de pulsos de corriente rápidamente sucesivos.

Arroz. 2.1 Estructura de una onda electromagnética.

La radiación electromagnética se caracteriza por la frecuencia, la longitud de onda y la potencia de la energía transferida. La frecuencia de las ondas electromagnéticas muestra cuántas veces por segundo cambia la dirección de la corriente eléctrica en el emisor y, por tanto, cuántas veces por segundo cambia la magnitud de los campos eléctrico y magnético en cada punto del espacio.

La frecuencia se mide en hercios (Hz), unidad que lleva el nombre del gran científico alemán Heinrich Rudolf Hertz. 1 Hz es una vibración por segundo, 1 MegaHertz (MHz) es un millón de vibraciones por segundo. Sabiendo que la velocidad de las ondas electromagnéticas es igual a la velocidad de la luz, podemos determinar la distancia entre puntos del espacio donde el campo eléctrico (o magnético) está en la misma fase. Esta distancia se llama longitud de onda.

La longitud de onda (en metros) se calcula mediante la fórmula:

, o aproximadamente

donde f es la frecuencia de la radiación electromagnética en MHz.

De la fórmula se desprende claramente que, por ejemplo, una frecuencia de 1 MHz corresponde a una longitud de onda de unos 300 m. Al aumentar la frecuencia, la longitud de onda disminuye y al disminuir la frecuencia aumenta.

Las ondas electromagnéticas viajan libremente a través del aire o del espacio exterior (vacío). Pero si en el camino de la onda se encuentra un cable metálico, una antena o cualquier otro cuerpo conductor, le ceden su energía, provocando así una corriente eléctrica alterna en este conductor. Pero no toda la energía de las olas es absorbida por el conductor; parte de ella se refleja desde la superficie. Por cierto, esta es la base para el uso de ondas electromagnéticas en el radar.

Otra propiedad útil de las ondas electromagnéticas (así como de cualquier otra onda) es su capacidad para rodear los cuerpos que se encuentran en su camino. Pero esto sólo es posible cuando las dimensiones del cuerpo son menores que la longitud de onda o comparables a ella. Por ejemplo, para detectar una aeronave, la longitud de la onda de radio del localizador debe ser menor que sus dimensiones geométricas (menos de 10 m). Si el cuerpo es más largo que la longitud de onda, puede reflejarla. Pero puede que no refleje: recuerde "Stealth".

La energía transportada por las ondas electromagnéticas depende de la potencia del generador (emisor) y de la distancia al mismo, es decir. el flujo de energía por unidad de área es directamente proporcional a la potencia de radiación e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia al emisor. Esto significa que el alcance de la comunicación depende de la potencia del transmisor, pero en mucha mayor medida de la distancia al mismo.

Por ejemplo, el flujo de energía de la radiación electromagnética del Sol a la superficie de la Tierra alcanza 1 kilovatio por metro cuadrado, y el flujo de energía de una estación de radio de onda media es de solo milésimas e incluso millonésimas de vatio por metro cuadrado.

2.2 Asignación del espectro de radiofrecuencias

Las ondas de radio (frecuencias de radio) utilizadas en la ingeniería de radio ocupan un espectro de 10.000 m (30 kHz) a 0,1 mm (3.000 GHz). Esto es sólo una parte del amplio espectro de ondas electromagnéticas. A las ondas de radio (de longitud decreciente) les siguen rayos térmicos o infrarrojos. Tras ellos hay un estrecho tramo de olas. luz visible Entonces, el espectro de rayos ultravioleta, rayos X y rayos gamma, todas estas son vibraciones electromagnéticas de la misma naturaleza, que difieren solo en la longitud de onda y, por lo tanto, en la frecuencia.

Aunque todo el espectro está dividido en regiones, los límites entre ellas están tentativamente delineados. Las áreas se suceden continuamente, se transforman unas en otras y, en algunos casos, se superponen.

Pero estos campos de alcance son muy extensos y, a su vez, se dividen en apartados que incluyen los llamados campos de radiodifusión y televisión, campos de comunicaciones terrestres y aeronáuticas, espaciales y marítimas, de transmisión de datos y medicina, de radar y radionavegación, etc. . A cada servicio de radio se le asigna su propia sección del espectro o frecuencias fijas. En realidad, para las comunicaciones por radio se utilizan oscilaciones en el rango de frecuencia de 10 kHz a 100 GHz. El uso de un rango de frecuencia particular para la comunicación depende de muchos factores, en particular de las condiciones de propagación de las ondas de radio. diferentes rangos, rango de comunicación requerido, viabilidad de los valores de potencia del transmisor en el rango de frecuencia seleccionado, etc.

Según acuerdos internacionales, todo el espectro de ondas de radio utilizadas en las radiocomunicaciones se divide en rangos (Tabla 1):

tabla 1

Arroz. 2.2 Ejemplo de asignación de espectro entre diferentes servicios.

Las ondas de radio se emiten a través de una antena hacia el espacio y se propagan como energía de campo electromagnético. Y aunque la naturaleza de las ondas de radio es la misma, su capacidad de propagación depende en gran medida de la longitud de onda.

La tierra es un conductor de electricidad para las ondas de radio (aunque no muy bueno). Al pasar sobre la superficie de la tierra, las ondas de radio se debilitan gradualmente. Esto se debe a que las ondas electromagnéticas excitan corrientes eléctricas en la superficie de la tierra, lo que consume parte de la energía. Aquellos. La tierra absorbe energía y cuanto más, más corta es la longitud de onda (mayor es la frecuencia).

Además, la energía de las ondas se debilita también porque la radiación se propaga en todas las direcciones del espacio y, por tanto, cuanto más lejos está el receptor del transmisor, menos energía cae por unidad de superficie y menos llega a la antena.

Las transmisiones de estaciones de radiodifusión de onda larga se pueden recibir a distancias de hasta varios miles de kilómetros y el nivel de la señal disminuye suavemente, sin saltos. Las estaciones de onda media se pueden escuchar en un radio de miles de kilómetros. En cuanto a las ondas cortas, su energía disminuye drásticamente con la distancia al transmisor. Esto explica el hecho de que en los albores del desarrollo de la radio, las ondas de 1 a 30 km se utilizaban principalmente para la comunicación. Las olas de menos de 100 metros generalmente se consideraban inadecuadas para las comunicaciones a larga distancia.

Sin embargo, estudios posteriores de ondas cortas y ultracortas demostraron que se atenúan rápidamente cuando viajan cerca de la superficie de la Tierra. Cuando la radiación se dirige hacia arriba, las ondas cortas regresan.

En 1902, el matemático inglés Oliver Heaviside y el ingeniero eléctrico estadounidense Arthur Edwin Kennelly predijeron casi simultáneamente que existe una capa de aire ionizado sobre la Tierra, un espejo natural que refleja ondas electromagnéticas. Esta capa fue nombrada ionosfera.

La ionosfera de la Tierra debería haber permitido aumentar el rango de propagación de las ondas de radio a distancias superiores a la línea de visión. Esta suposición fue probada experimentalmente en 1923. Los pulsos de RF se transmitieron verticalmente hacia arriba y se recibieron las señales de retorno. La medición del tiempo entre el envío y la recepción de pulsos permitió determinar la altura y el número de capas de reflexión.

2.3 Influencia de la atmósfera en la propagación de ondas de radio

La naturaleza de la propagación de las ondas de radio depende de la longitud de onda, la curvatura de la Tierra, el suelo, la composición de la atmósfera, la hora del día y del año, el estado de la ionosfera, el campo magnético terrestre y las condiciones meteorológicas.

Consideremos la estructura de la atmósfera, que tiene una influencia significativa en la propagación de las ondas de radio. Dependiendo de la hora del día y del año, el contenido de humedad y la densidad del aire cambian.

El aire que rodea la superficie terrestre forma una atmósfera cuya altitud es de aproximadamente 1000-2000 km. La composición de la atmósfera terrestre es heterogénea.

Arroz. 2.3 Estructura de la atmósfera.

Las capas de la atmósfera hasta una altura de aproximadamente 100-130 km tienen una composición homogénea. Estas capas contienen aire que contiene (en volumen) 78% de nitrógeno y 21% de oxígeno. La capa inferior de la atmósfera, de 10 a 15 km de espesor (Fig. 2.3), se llama troposfera. Esta capa contiene vapor de agua, cuyo contenido fluctúa bruscamente con los cambios en las condiciones meteorológicas.

La troposfera se convierte gradualmente en estratosfera. El límite es la altura a la que la temperatura deja de bajar.

A altitudes de aproximadamente 60 km o más sobre la Tierra, bajo la influencia de los rayos solares y cósmicos, se produce la ionización del aire en la atmósfera: algunos de los átomos se desintegran en libres. electrones Y iones. En las capas superiores de la atmósfera, la ionización es insignificante, ya que el gas está muy enrarecido (hay una pequeña cantidad de moléculas por unidad de volumen). A medida que los rayos del sol penetran en capas más densas de la atmósfera, aumenta el grado de ionización. A medida que la energía se acerca a la Tierra rayos de sol cae y el grado de ionización vuelve a disminuir. Además, en las capas inferiores de la atmósfera, debido a la alta densidad, las cargas negativas no pueden existir durante mucho tiempo; Se produce el proceso de restauración de moléculas neutras.

La ionización en una atmósfera enrarecida a altitudes de 60 a 80 km de la Tierra y más persiste durante mucho tiempo. A estas altitudes, la atmósfera está muy enrarecida, la densidad de electrones e iones libres es tan baja que las colisiones y, por tanto, la restauración de átomos neutros son relativamente raras.

La capa superior de la atmósfera se llama ionosfera. El aire ionizado tiene un efecto significativo sobre la propagación de ondas de radio.

Durante el día se forman cuatro capas regulares o máximos de ionización: capas D, mi, F 1 y F 2. La capa F 2 tiene la mayor ionización (la mayor cantidad de electrones libres por unidad de volumen).

Después del atardecer, la radiación ionizante cae drásticamente. Las moléculas y átomos neutros se reducen, lo que conduce a una disminución en el grado de ionización. Por la noche las capas desaparecen por completo. D Y F 2, ionización de capa mi disminuye significativamente, y la capa F 2 retiene la ionización con cierta atenuación.

Arroz. 2.4 Dependencia de la propagación de ondas de radio de la frecuencia y la hora del día.

La altura de las capas de la ionosfera cambia todo el tiempo dependiendo de la intensidad de los rayos del sol. Durante el día la altura de las capas ionizadas es menor, por la noche es mayor. En verano en nuestras latitudes, la concentración de electrones de las capas ionizadas es mayor que en invierno (a excepción de la capa F 2). El grado de ionización también depende del nivel de actividad solar, determinado por el número de manchas solares. El período de actividad solar es de aproximadamente 11 años.

En latitudes polares se observan procesos de ionización irregulares asociados con las llamadas perturbaciones ionosféricas.

Hay varios caminos por los que llega una onda de radio a la antena receptora. Como ya se señaló, las ondas de radio que se propagan sobre la superficie de la Tierra y se curvan alrededor de ella debido al fenómeno de difracción se denominan ondas superficiales o terrestres (dirección 1, Fig. 2.5). Las ondas que se propagan en las direcciones 2 y 3 se llaman espacial. Se dividen en ionosféricos y troposféricos. Estos últimos se observan sólo en el rango VHF. ionosférico Se llaman ondas reflejadas o dispersadas por la ionosfera. troposférico– ondas reflejadas o dispersadas por capas no homogéneas o “granos” de la troposfera.

Arroz. 2.5 Caminos de propagación de las ondas radioeléctricas.

Onda superficial la base de su frente toca la Tierra, como se muestra en la Fig. 2.6. Esta onda, de fuente puntual, siempre tiene polarización vertical, ya que la componente horizontal de la onda es absorbida por la Tierra. A una distancia suficiente de la fuente, expresada en longitudes de onda, cualquier segmento del frente de onda es una onda plana.

La superficie de la Tierra absorbe parte de la energía de las ondas superficiales que se propagan a lo largo de ella, ya que la Tierra tiene una resistencia activa.

Arroz. 2.6 Propagación de ondas superficiales.

Cuanto más corta sea la ola, es decir cuanto mayor es la frecuencia, mayor es la corriente inducida en la Tierra y más más pérdida. Las pérdidas en la Tierra disminuyen al aumentar la conductividad del suelo, ya que las ondas penetran menos en la Tierra cuanto mayor es la conductividad del suelo. En la Tierra también se producen pérdidas dieléctricas, que también aumentan con el acortamiento de las ondas.

Para frecuencias superiores a 1 MHz, la onda superficial en realidad está muy atenuada debido a la absorción por la Tierra y, por lo tanto, no se utiliza excepto en la cobertura local. En las frecuencias de televisión, la atenuación es tan grande que la onda superficial se puede utilizar a distancias de no más de 1 a 2 km del transmisor.

La comunicación a largas distancias se realiza principalmente mediante ondas espaciales.

Para obtener la refracción, es decir, el retorno de una onda a la Tierra, la onda debe emitirse con un cierto ángulo con respecto a la superficie terrestre. El mayor ángulo de radiación en el que una onda de radio de una frecuencia determinada regresa a la Tierra se llama Ángulo crítico para una capa ionizada dada (Fig. 2.7).

Arroz. 2.7 Influencia del ángulo de radiación en el paso de una onda espacial.

Cada capa ionizada tiene su propia frecuencia crítica Y Ángulo crítico.

En la Fig. 2.7 muestra un haz que una capa refracta fácilmente mi, ya que el haz entra en un ángulo por debajo del ángulo crítico de esta capa. El haz 3 pasa por la zona. mi, pero regresa a la Tierra como una capa F 2 porque entra en un ángulo por debajo del ángulo de la capa crítica F 2. El haz 4 también atraviesa la capa. mi. entra en la capa F 2 en su ángulo crítico y regresa a la Tierra. El rayo 5 pasa por ambas zonas y se pierde en el espacio.

Todos los rayos mostrados en la Fig. 2.7, se refieren a la misma frecuencia. Si se utiliza una frecuencia más baja, se requieren ángulos críticos mayores para ambas regiones; por el contrario, si la frecuencia aumenta, ambas regiones tienen ángulos críticos más pequeños. Si continúa aumentando la frecuencia, llegará un punto en el que la onda que se propaga desde el transmisor paralelo a la Tierra superará el ángulo crítico para cualquier área. Este estado ocurre a una frecuencia de aproximadamente 30 MHz. Por encima de esta frecuencia, la comunicación por ondas espaciales se vuelve poco fiable.

Entonces, cada frecuencia crítica tiene su propio ángulo crítico y, a la inversa, cada ángulo crítico tiene su propia frecuencia crítica. En consecuencia, cualquier onda espacial cuya frecuencia sea igual o inferior a la crítica regresará a la Tierra a una determinada distancia del transmisor.

En la Fig. 2.7 el rayo 2 incide sobre la capa E en un ángulo crítico. Observe dónde la onda reflejada golpea la Tierra (la señal se pierde más allá de un ángulo crítico); la onda espacial, habiendo alcanzado la capa ionizada, se refleja en ella y regresa a la Tierra en larga distancia desde el transmisor. A cierta distancia del transmisor, dependiendo de la potencia del mismo y de la longitud de onda, es posible recibir una onda superficial. Desde el lugar donde termina la recepción de la onda superficial, el zona de silencio y termina donde aparece la onda espacial reflejada. Las zonas de silencio no tienen un límite definido.

Arroz. 2.8 Zonas de recepción de ondas superficiales y espaciales.

A medida que aumenta la frecuencia, el valor zona muerta aumenta debido a una disminución en el ángulo crítico. Para comunicarse con un corresponsal a cierta distancia del transmisor en Algunas veces Los días y las estaciones existen. frecuencia máxima permitida, que se puede utilizar para la comunicación por ondas espaciales. Cada región ionosférica tiene su propia frecuencia máxima permitida para la comunicación.

Las ondas cortas y, especialmente, las ultracortas de la ionosfera pierden una parte insignificante de su energía. Cuanto mayor es la frecuencia, más corta es la distancia que recorren los electrones durante sus oscilaciones, como resultado de lo cual disminuye el número de colisiones con las moléculas, es decir, disminuye la pérdida de energía de las ondas.

En las capas ionizadas inferiores, las pérdidas son mayores, ya que hipertensión indica una mayor densidad del gas, y con una mayor densidad del gas aumenta la probabilidad de colisiones de partículas.

Las ondas largas se reflejan desde las capas inferiores de la ionosfera, que tienen la menor concentración de electrones, en cualquier ángulo de elevación, incluidos los cercanos a 90°. El suelo con humedad media es casi un conductor de ondas largas, por lo que se reflejan bien desde la Tierra. Múltiples reflejos de la ionosfera y la Tierra explican la propagación de ondas largas a gran distancia.

Propagación de ondas largas No depende de la época del año ni de las condiciones meteorológicas, del período de actividad solar ni de las perturbaciones ionosféricas. Cuando se reflejan en la ionosfera, las ondas largas sufren una gran absorción. Por eso se necesitan transmisores de alta potencia para comunicarse a largas distancias.

Ondas medias se absorben notablemente en la ionosfera y en suelos de conductividad media y baja. Durante el día sólo se observa una onda superficial, ya que la onda celeste (de más de 300 m de longitud) es absorbida casi por completo en la ionosfera. Para completar reflexión interna Las ondas medias deben viajar algún camino en las capas inferiores de la ionosfera, que tienen, aunque una baja concentración de electrones, pero una densidad de aire significativa.

Por la noche, con la desaparición de la capa D, la absorción en la ionosfera disminuye, por lo que es posible mantener comunicaciones utilizando ondas celestes a distancias de 1500-2000 km con una potencia de transmisión de aproximadamente 1 kW. Las condiciones de comunicación en invierno son ligeramente mejores que en verano.

La ventaja de las olas medias es que no se ven afectados por las perturbaciones ionosféricas.

Según un acuerdo internacional, las señales de socorro (señales SOS) se transmiten por ondas con una longitud de unos 600 m.

El lado positivo de la comunicación por ondas espaciales en ondas cortas y medias es la posibilidad de comunicación a larga distancia con baja potencia de transmisión. Pero comunicación de ondas espaciales tiene y deficiencias significativas.

En primer lugar, inestabilidad de la comunicación debido a cambios en la altura de las capas ionizadas de la atmósfera durante el día y el año. Para mantener el contacto con el mismo punto cada día, hay que cambiar la longitud de onda 2-3 veces. A menudo, debido a cambios en el estado de la atmósfera, la comunicación se interrumpe por completo durante algún tiempo.

En segundo lugar, la presencia de una zona de silencio.

Olas de menos de 25 m Se clasifican como "ondas diurnas" porque se desplazan bien durante el día. Las “ondas nocturnas” incluyen olas de más de 40 m. Estas ondas se desplazan bien durante la noche.

Las condiciones para la propagación de ondas de radio cortas están determinadas por el estado de la capa ionizada Fg. La concentración de electrones de esta capa a menudo se ve alterada debido a la irregularidad de la radiación solar, lo que provoca perturbaciones ionosféricas y tormentas magnéticas. Como resultado, la energía de las ondas de radio cortas se absorbe significativamente, lo que degrada la comunicación por radio e incluso, a veces, la hace completamente imposible. Las perturbaciones ionosféricas se observan especialmente en latitudes cercanas a los polos. Por lo tanto, la comunicación de onda corta allí no es fiable.

Lo mas notable perturbaciones ionosféricas tienen su propia periodicidad: se repiten a lo largo 27 dias(tiempo de revolución del Sol alrededor de su eje).

En el rango de onda corta, la influencia de las interferencias industriales, atmosféricas y mutuas se ve fuertemente afectada.

Frecuencias de comunicación óptimas en ondas cortas se seleccionan sobre la base de pronósticos de radio, que se dividen en a largo plazo Y Corto plazo. Los pronósticos a largo plazo indican el estado promedio esperado de la ionosfera durante un cierto período de tiempo (mes, estación, año o más), mientras que los pronósticos a corto plazo se compilan para un día, cinco días y caracterizan posibles desviaciones de la ionosfera de su estado promedio. Los pronósticos se compilan en forma de gráficos como resultado del procesamiento. observaciones sistemáticas detrás de la ionosfera, la actividad solar y el estado del magnetismo terrestre.

Ondas ultracortas(VHF) no se reflejan en la ionosfera, la atraviesan libremente, es decir, estas ondas no tienen una onda ionosférica espacial. La onda superficial ultracorta, a través de la cual es posible la comunicación por radio, tiene dos inconvenientes importantes: en primer lugar, la onda superficial no se curva alrededor de la superficie terrestre ni de los grandes obstáculos y, en segundo lugar, es fuertemente absorbida por el suelo.

Las ondas ultracortas se utilizan ampliamente cuando se requiere un alcance de radio corto (la comunicación generalmente se limita a la línea de visión). En este caso, la comunicación se realiza mediante una onda troposférica espacial. Suele constar de dos componentes: haz directo y el haz reflejado desde la Tierra (figura 2.9).

Arroz. 2.9 Rayos directos y reflejados de una onda espacial.

Si las antenas están lo suficientemente cerca, ambos haces normalmente llegarán a la antena receptora, pero sus intensidades serán diferentes. El haz reflejado desde la Tierra es más débil debido a las pérdidas que se producen durante la reflexión desde la Tierra. Un haz directo tiene casi la misma atenuación que una onda en el espacio libre. En la antena receptora, la señal total es igual a la suma vectorial de estos dos componentes.

Las antenas receptora y transmisora ​​suelen tener la misma altura, por lo que la longitud del recorrido del haz reflejado es ligeramente diferente de la del haz directo. La onda reflejada tiene un desplazamiento de fase de 180°. Por lo tanto, ignorando las pérdidas en la Tierra durante la reflexión, si dos haces recorren la misma distancia, su suma vectorial es cero y, como resultado, no habrá señal en la antena receptora.

En realidad, el haz reflejado recorre una distancia ligeramente mayor, por lo que la diferencia de fase en la antena receptora será de aproximadamente 180°. La diferencia de fase se define por la diferencia de trayectoria en relaciones de longitud de onda en lugar de en unidades lineales. En otras palabras, la señal global recibida en estas condiciones depende principalmente de la frecuencia utilizada. Por ejemplo, si la longitud de onda operativa es de 360 ​​​​m y la diferencia de trayectoria es de 2 m, el cambio de fase diferirá de 180° en solo 2°. Como resultado, hay una ausencia casi total de señal en la antena receptora. Si la longitud de onda es de 4 m, la misma diferencia de trayectoria de 2 m provocará una diferencia de fase de 180°, cancelando completamente el cambio de fase de 180° tras la reflexión. En este caso, la señal duplica su voltaje.

De esto se deduce que a bajas frecuencias el uso de ondas espaciales no tiene interés para la comunicación. Sólo en altas frecuencias, donde la diferencia de trayectoria es proporcional a la longitud de onda utilizada, se utiliza ampliamente la onda celeste.

El alcance de los transmisores VHF aumenta significativamente cuando los aviones se comunican en el aire y con la Tierra.

A ventajas de VHF Debe considerarse la posibilidad de utilizar antenas pequeñas. Además, una gran cantidad de estaciones de radio pueden funcionar simultáneamente en el rango VHF sin interferencias mutuas. En el rango de olas de 10 a 1 m es posible colocar más estaciones operativas simultáneamente que en los rangos de olas cortas, medias y largas juntas.

Las líneas de retransmisión que funcionan en VHF se han generalizado. Entre dos puntos de comunicación situados a gran distancia se instalan varios transceptores VHF, situados dentro del campo visual entre sí. Las estaciones intermedias funcionan automáticamente. La organización de líneas de retransmisión le permite aumentar el alcance de la comunicación en VHF e implementar comunicación multicanal (realizar varias transmisiones telefónicas y telegráficas simultáneamente).

Actualmente, se presta mucha atención al uso de la gama VHF para comunicaciones por radio de larga distancia.

Las más utilizadas son las líneas de comunicación que operan en el rango de 20 a 80 MHz y utilizan los fenómenos de dispersión ionosférica. Se creía que la comunicación por radio a través de la ionosfera sólo es posible en frecuencias inferiores a 30 MHz (longitud de onda superior a 10 m), y dado que este rango está completamente cargado y es imposible aumentar aún más el número de canales, el interés en La propagación dispersa de ondas de radio es comprensible.

Este fenómeno radica en el hecho de que parte de la energía de la radiación de frecuencia ultraalta se dispersa por las faltas de homogeneidad existentes en la ionosfera. Estas faltas de homogeneidad son creadas por corrientes de aire de capas con diferente temperatura y humedad, partículas cargadas errantes, productos de ionización de colas de meteoritos y otras fuentes aún poco conocidas. Dado que la troposfera siempre es heterogénea, existe sistemáticamente una refracción dispersa de las ondas de radio.

La propagación dispersa de ondas de radio es similar a la dispersión de la luz de un foco en una noche oscura. Cuanto más potente es el haz de luz, más luz difusa produce.

al estudiar larga distancia En las ondas ultracortas se observó el fenómeno de un fuerte aumento a corto plazo en la audibilidad de las señales. Estas ráfagas de naturaleza aleatoria duran desde unos pocos milisegundos hasta varios segundos. Sin embargo, en la práctica se observan a lo largo del día con interrupciones que rara vez superan los pocos segundos. La aparición de momentos de mayor audibilidad se explica principalmente por el reflejo de las ondas de radio de las capas ionizadas de meteoritos que arden a una altitud de unos 100 km. El diámetro de estos meteoritos no supera los pocos milímetros y sus huellas se extienden a lo largo de varios kilómetros.

De senderos de meteoritos Las ondas de radio con una frecuencia de 50 a 30 MHz (6 a 10 m) se reflejan bien.

Cada día, varios miles de millones de estos meteoritos vuelan hacia la atmósfera terrestre, dejando rastros ionizados con una alta densidad de ionización del aire. Esto hace posible obtener un funcionamiento fiable de los enlaces de radio de larga distancia cuando se utilizan transmisores de potencia relativamente baja. Una parte integral de las estaciones de estas líneas son los equipos auxiliares de impresión directa equipados con un elemento de memoria.

Dado que cada rastro de meteorito dura sólo unos segundos, la transmisión se realiza automáticamente en ráfagas cortas.

Actualmente, las comunicaciones y retransmisiones televisivas a través de satélites terrestres artificiales se utilizan ampliamente.

Así, según el mecanismo de propagación de las ondas de radio, las líneas de radiocomunicación se pueden clasificar en líneas utilizando:

el proceso de ondas de radio que se propagan a lo largo de la superficie de la tierra y se curvan alrededor de ella (el llamado terrenal u ondas superficiales);

el proceso de propagación de ondas de radio dentro de la línea de visión ( derecho ondas);

reflejo de ondas de radio de la ionosfera ( ionosférico ondas);

el proceso de propagación de ondas de radio en la troposfera ( troposférico ondas);

reflejo de ondas de radio de estelas de meteoritos;

reflexión o retransmisión de satélites artificiales Tierra;

Reflexión de formaciones de plasma de gas creadas artificialmente o superficies conductoras creadas artificialmente.

2.4 Características de la propagación de ondas de radio de diversos rangos.

Las condiciones de propagación de las ondas de radio en el espacio entre el transmisor y el receptor de radio de los corresponsales están influenciadas por la conductividad finita de la superficie terrestre y las propiedades del medio ambiente sobre la Tierra. Esta influencia es diferente para diferentes rangos de onda (frecuencias).

Miriámetro Y kilómetro ondas (AGREGAR Y Lejano Oriente) pueden propagarse tanto como terrestres como ionosféricos. La presencia de una onda terrestre que se propaga a lo largo de cientos e incluso miles de kilómetros se explica por el hecho de que la intensidad del campo de estas ondas disminuye con la distancia con bastante lentitud, ya que la absorción de su energía por la superficie terrestre o del agua es pequeña. Cuanto más larga sea la onda y mejor sea la conductividad del suelo, mayores distancias se proporcionarán las comunicaciones por radio.

Los suelos arenosos y secos absorben en gran medida la energía electromagnética y rocas. Al propagarse, debido al fenómeno de la difracción, se curvan alrededor de la superficie terrestre convexa y de los obstáculos que encuentran en el camino: bosques, montañas, colinas, etc. A partir de una distancia de 300 a 400 km del transmisor, aparece una onda ionosférica reflejada desde la región inferior de la ionosfera (desde la capa D o E). Durante el día, debido a la presencia de la capa D, la absorción de energía electromagnética se vuelve más significativa. Por la noche, con la desaparición de esta capa, aumenta el alcance de la comunicación. Así, el paso de ondas largas durante la noche es generalmente mejor que durante el día. Las comunicaciones globales en LW y LW se llevan a cabo mediante ondas que se propagan en una guía de ondas esférica formada por la ionosfera y la superficie terrestre.

Ventajas de las bandas VLF y LW:

las ondas de radio de los rangos VLF y DV tienen la propiedad de penetrar en la columna de agua y también propagarse en algunas estructuras del suelo;

debido a las ondas que se propagan en la guía de ondas esférica de la Tierra, la comunicación se realiza a lo largo de miles de kilómetros;

el alcance de las comunicaciones depende poco de las perturbaciones ionosféricas;

las buenas propiedades de difracción de las ondas de radio en estos rangos permiten proporcionar comunicaciones a cientos e incluso miles de kilómetros utilizando ondas terrestres;

la constancia de los parámetros del enlace de radio asegura un nivel de señal estable en el punto de recepción.

DefectosRango SDV-,DV,-:

La radiación efectiva de ondas en las secciones de alcance consideradas sólo se puede lograr con la ayuda de dispositivos de antena muy voluminosos, cuyas dimensiones sean proporcionales a la longitud de onda. Construcción y restauración de dispositivos de antena de este tamaño en tiempo limitado(para fines militares) difícil;

dado que las dimensiones de las antenas reales son más pequeñas que la longitud de onda, la compensación de su eficiencia reducida se logra aumentando la potencia del transmisor a cientos o más de kW;

la creación de sistemas resonantes en este rango y a potencias importantes determina el gran tamaño de las etapas de salida: transmisores, la dificultad de sintonizar rápidamente otra frecuencia;

Para suministrar energía a estaciones de radio en las bandas VLF y LW) se requieren plantas de energía de gran capacidad;

una desventaja importante de las bandas VLF y LW es su pequeña capacidad de frecuencia;

un nivel bastante alto de interferencia industrial y atmosférica;

dependencia del nivel de la señal en el punto de recepción de la hora del día.

Área de aplicación práctica de las ondas de radio en los rangos VLF y DV:

comunicación con objetos submarinos;

comunicaciones troncales y subterráneas globales;

radiobalizas, así como comunicaciones en la aviación de largo alcance y la Armada.

Ondas de hectómetro(NORDESTE) Puede propagarse por ondas superficiales y espaciales. Además, su alcance de comunicación con una onda superficial es más corto (no supera los 1000-1500 km), ya que su energía es absorbida por el suelo más que la de las ondas largas. Las ondas que llegan a la ionosfera son absorbidas intensamente por la capa. D cuando existe, pero está bien estratificado MI.

Para ondas medias, el alcance de comunicación depende mucho. de hora del día. Durante el día las olas medianas son muy fuertes. son absorbidos en las capas inferiores de la ionosfera, que la onda celeste está prácticamente ausente. capa nocturna D y el fondo de la capa mi desaparecen, por lo que disminuye la absorción de ondas medias; y las ondas espaciales comienzan a jugar Rol principal. Por lo tanto, una característica importante de las ondas medianas es que durante el día la comunicación a través de ellas es apoyada por una onda superficial, y por la noche, por ondas superficiales y espaciales simultáneamente.

Ventajas de la gama CB:

durante la noche en verano y durante la mayor parte del día en invierno, el alcance de comunicación proporcionado por la onda ionosférica alcanza miles de kilómetros;

los dispositivos de antena de onda media resultan ser bastante efectivos y tienen dimensiones aceptables incluso para comunicaciones por radio móviles;

la capacidad de frecuencia de este rango es mayor que la de las bandas VLF y LW;

buenas propiedades de difracción de las ondas de radio en este rango;

las potencias del transmisor son inferiores a las de las bandas VLF y LW;

baja dependencia de las perturbaciones ionosféricas y las tormentas magnéticas.

Desventajas de la gama CB:

la congestión de la banda CB con potentes emisoras de radio crea dificultades en su uso generalizado;

la capacidad de frecuencia limitada del rango dificulta la maniobra de frecuencias;

el alcance de la comunicación en el NE durante el día en verano siempre es limitado, ya que sólo es posible mediante onda terrestre;

potencias de transmisión suficientemente altas;

la dificultad de utilizar dispositivos de antena altamente eficientes, la complejidad de la construcción y restauración en poco tiempo;

un nivel bastante alto de interferencia mutua y atmosférica.

Área de aplicación práctica de las ondas de radio microondas; Las estaciones de radio de onda media se utilizan con mayor frecuencia en las regiones árticas, como respaldo en casos de pérdida de las comunicaciones de radio de onda corta ampliamente utilizadas debido a perturbaciones ionosféricas y magnéticas, así como en la aviación de largo alcance y la Armada.

ondas decámetros (K.B.) ocupan una posición especial. Pueden propagarse tanto como ondas terrestres como ondas ionosféricas. Las ondas terrestres, con potencias de transmisión relativamente bajas, características de las estaciones de radio móviles, se propagan a distancias que no superan varias decenas de kilómetros, ya que experimentan una absorción significativa en el suelo, que aumenta con el aumento de la frecuencia.

Ondas ionosféricas debidas a reflexiones únicas o múltiples de la ionosfera en condiciones favorables puede extenderse a largas distancias. Su principal propiedad es que son débilmente absorbidos por las regiones inferiores de la ionosfera (capas D Y mi) y se reflejan bien en sus regiones superiores (principalmente la capa F2 . ubicado a una altitud de 300-500 km sobre la tierra). Esto hace posible utilizar estaciones de radio de potencia relativamente baja para la comunicación directa en un rango ilimitado de distancias.

Se produce una disminución significativa en la calidad de las comunicaciones por radio de KB mediante ondas ionosféricas debido al desvanecimiento de la señal. La naturaleza del desvanecimiento se debe principalmente a la interferencia de varios rayos que llegan al lugar receptor, cuya fase cambia constantemente debido a los cambios en el estado de la ionosfera.

Los motivos de la llegada de varios rayos al lugar de recepción de la señal pueden ser:

irradiación de la ionosfera en ángulos en los que los rayos que sufren

en el punto receptor convergen diferentes números de reflexiones de la ionosfera y la Tierra;

el fenómeno de doble refracción bajo la influencia del campo magnético terrestre, por el cual dos rayos (ordinarios y extraordinarios), reflejados desde diferentes capas de la ionosfera, llegan al mismo punto de recepción;

heterogeneidad de la ionosfera, lo que lleva a reflexión difusa ondas de sus diversas áreas, es decir a la reflexión de haces de muchos rayos elementales.

El desvanecimiento también puede ocurrir debido a las fluctuaciones de polarización de las ondas cuando se reflejan en la ionosfera, lo que lleva a un cambio en la relación de los componentes vertical y horizontal del campo eléctrico en el lugar de recepción. Los desvanecimientos por polarización se observan con mucha menos frecuencia que los de interferencia y representan entre el 10 y el 15% de su número total.

El nivel de la señal en los puntos de recepción como resultado del desvanecimiento puede variar en un amplio rango: decenas e incluso cientos de veces. El intervalo de tiempo entre los desvanecimientos profundos es una variable aleatoria y puede variar desde décimas de segundo hasta varios segundos, y a veces más, y la transición de niveles altos a bajos puede ser suave o muy abrupta. Los cambios de nivel rápidos a menudo se superponen a los lentos.

Las condiciones para el paso de ondas cortas a través de la ionosfera varían de año en año, lo que se asocia con cambios casi periódicos en la actividad solar, es decir. con un cambio en el número y área de las manchas solares (número de Wolf), que son fuentes de radiación que ioniza la atmósfera. El período de recurrencia de la actividad solar máxima es de 11,3 ± 4 años. Durante los años de máxima actividad solar, las frecuencias máximas aplicables (MUF) aumentan y los rangos de frecuencia de funcionamiento se expanden.

En la Fig. La Figura 2.10 muestra una familia típica de gráficos diarios de MUF y frecuencia mínima aplicable (LOF) para una potencia radiada de 1 kW.

Arroz. 2.10 Progreso de las curvas MUF y NFC.

Esta familia de gráficos diarios corresponde a áreas geográficas específicas. De esto se deduce que el rango de frecuencia aplicable para la comunicación en distancia especificada puede resultar bastante pequeño. Es necesario tener en cuenta que los pronósticos ionosféricos pueden tener un error, por lo que al elegir las frecuencias máximas de comunicación se intenta no exceder la línea de la llamada frecuencia óptima de operación (ORF), que se encuentra entre un 20 y un 30% por debajo de la Línea MUF. Por supuesto, esto reduce aún más el ancho de trabajo de la sección de cocina. La disminución del nivel de la señal al acercarse a la frecuencia máxima aplicable se explica por la variabilidad de los parámetros ionosféricos.

Debido a que el estado de la ionosfera cambia, la comunicación con las ondas del cielo requiere la elección correcta de frecuencias durante el día:

Durante el DÍA utilizan frecuencias de 12-30 MHz,

MAÑANA y TARDE 8-12 MHz, NOCHE 3-8 MHz.

También se desprende claramente de los gráficos que a medida que disminuye la longitud de la línea de comunicación por radio, el rango de frecuencias aplicables disminuye (para distancias de hasta 500 km por la noche, puede ser solo de 1 a 2 MHz).

Las condiciones de comunicación por radio para líneas largas resultan más favorables que para las cortas, ya que hay menos y la gama de frecuencias adecuadas para ellas es mucho más amplia.

Las tormentas ionosféricas y magnéticas pueden tener un impacto significativo en el estado de las comunicaciones por radio de KB (especialmente en las regiones polares), es decir perturbaciones de la ionosfera y del campo magnético terrestre bajo la influencia de corrientes de partículas cargadas emitidas por el Sol. Estos flujos destruyen a menudo la principal capa ionosférica reflectante F2 en la región de altas latitudes geomagnéticas. Las tormentas magnéticas pueden ocurrir no sólo en las regiones polares, sino en todo el mundo. Las perturbaciones ionosféricas tienen periodicidad y están asociadas al tiempo de revolución del Sol alrededor de su eje, que es de 27 días.

Las ondas cortas se caracterizan por la presencia de zonas de silencio (zonas muertas). La zona de silencio (Fig. 2.8) se produce durante las comunicaciones por radio a largas distancias en áreas a las que la onda superficial no llega debido a su atenuación, y la onda celeste se refleja desde la ionosfera a una distancia mayor. Esto ocurre cuando se utilizan antenas altamente direccionales cuando emiten en pequeños ángulos con respecto al horizonte.

Ventajas de la gama HF:

Las ondas ionosféricas pueden propagarse a largas distancias debido a reflexiones únicas o múltiples de la ionosfera en condiciones favorables. Son débilmente absorbidos por las regiones inferiores de la ionosfera (capas D y E) y bien reflejados por las superiores (principalmente por la capa F2);

la capacidad de utilizar estaciones de radio de potencia relativamente baja para comunicaciones directas en un rango ilimitado de distancias;

la capacidad de frecuencia del rango HF es significativamente mayor que la de las bandas VLF, LW y SV, lo que permite operar simultáneamente una gran cantidad de estaciones de radio;

Los dispositivos de antena utilizados en el rango de ondas decámetros tienen dimensiones aceptables (incluso para instalación en objetos en movimiento) y pueden tener propiedades direccionales claramente definidas. Tienen un tiempo de implementación corto, son económicos y pueden repararse fácilmente si se dañan.

Desventajas de la gama HF:

la radiocomunicación por ondas ionosféricas se puede realizar si las frecuencias utilizadas están por debajo de los valores máximos (MUF), determinados para cada longitud de la línea de radiocomunicación por el grado de ionización de las capas reflectantes;

La comunicación sólo es posible si las potencias de los transmisores y las ganancias de las antenas utilizadas, con la absorción de energía en la ionosfera, proporcionan la fuerza necesaria del campo electromagnético en el punto de recepción. Esta condición limita el límite inferior de frecuencias aplicables (ULF);

capacidad de frecuencia insuficiente para utilizar modos de operación de banda ancha y maniobras de frecuencia;

una gran cantidad de estaciones de radio que funcionan simultáneamente con un largo alcance de comunicación crea un alto nivel de interferencia mutua;

el largo alcance de comunicación facilita que el enemigo utilice interferencias deliberadas;

la presencia de zonas silenciosas al garantizar la comunicación a largas distancias;

una disminución significativa en la calidad de las comunicaciones por radio de KB por ondas ionosféricas debido al desvanecimiento de las señales que surgen debido a la variabilidad de la estructura de las capas reflectantes de la ionosfera, su constante perturbación y la propagación de ondas por trayectos múltiples.

Campo de aplicación práctica de las ondas de radio HF.

Las radios KB encuentran la aplicación práctica más amplia para la comunicación con suscriptores remotos.

Las ondas métricas (VHF) incluyen una serie de secciones del rango de frecuencia que tienen una enorme capacidad de frecuencia.

Naturalmente, estas áreas difieren significativamente entre sí en las propiedades de propagación de ondas de radio. La energía VHF es fuertemente absorbida por la Tierra (en general, proporcional al cuadrado de la frecuencia), por lo que la onda terrestre se atenúa con bastante rapidez. VHF no se caracteriza por una reflexión regular de la ionosfera; por lo tanto, la comunicación se calcula utilizando ondas terrestres y ondas que se propagan en el espacio libre. Las ondas del cielo de menos de 6-7 m (43-50 MHz), por regla general, atraviesan la ionosfera sin reflejarse en ella.

La propagación VHF se produce en línea recta, el alcance máximo está limitado por el alcance de la línea de visión. Se puede determinar mediante la fórmula:

donde Dmax – alcance de la línea de visión, km;

h1 – altura de la antena transmisora, m;

h2 – altura de la antena receptora, m.

Sin embargo, debido a la refracción (refracción), la propagación de las ondas de radio se desvía. En este caso, el coeficiente más preciso en la fórmula del rango no será 3,57, sino 4,1-4,5. De esta fórmula se deduce que para aumentar el alcance de la comunicación en VHF es necesario elevar más las antenas del transmisor y del receptor.

Un aumento en la potencia del transmisor no conduce a un aumento proporcional en el alcance de comunicación, por lo que se utilizan estaciones de radio de baja potencia en este rango. Cuando se comunica debido a la dispersión troposférica e ionosférica, se requieren transmisores de potencia significativa.

A primera vista, el alcance de comunicación de las ondas terrestres en VHF debería ser muy corto. Sin embargo, hay que tener en cuenta que a medida que aumenta la frecuencia, aumenta la eficiencia de los dispositivos de antena, compensando así las pérdidas de energía en la Tierra.

El rango de comunicación de las ondas terrestres depende de la longitud de onda. El mayor alcance se consigue en ondas métricas, especialmente en ondas adyacentes al rango de HF.

Las ondas métricas tienen la propiedad. difracción, es decir. Capacidad para doblarse en terrenos irregulares. El aumento del alcance de comunicación en ondas métricas se ve facilitado por el fenómeno de la troposfera. refracción, es decir. el fenómeno de la refracción en la troposfera, que asegura la comunicación en rutas cerradas.

En el rango de longitud de onda de los metros, a menudo se observa la propagación de ondas de radio a larga distancia, lo que se debe a varias razones. La propagación a larga distancia puede ocurrir cuando se forman nubes ionizadas esporádicas ( capa esporádica Fs). Se sabe que esta capa puede aparecer en cualquier época del año y del día, excepto en nuestro hemisferio, principalmente a finales de primavera y principios de verano durante el día. Una característica de estas nubes es una concentración de iones muy alta, a veces suficiente para reflejar ondas de todo el rango VHF. En este caso, la zona de ubicación de las fuentes de radiación en relación con los puntos receptores suele estar a una distancia de 2000 a 2500 km y, a veces, más cerca. La intensidad de las señales reflejadas desde la capa Fs puede ser muy alta incluso con potencias de fuente muy bajas.

Otra razón para la propagación a larga distancia de las ondas métricas durante los años de máxima actividad solar puede ser la capa regular F2. Esta distribución se manifiesta en los meses de invierno durante el tiempo de iluminación de los puntos de reflexión, es decir, cuando la absorción de la energía de las olas en las regiones inferiores de la ionosfera es mínima. El alcance de la comunicación puede alcanzar escalas globales.

La propagación a larga distancia de ondas métricas también puede ocurrir durante explosiones nucleares a gran altitud. En este caso, además de la región inferior de mayor ionización, aparece una superior (al nivel de la capa Fs). Las ondas métricas penetran a través de la región inferior, experimentan cierta absorción, se reflejan desde la región superior y regresan a la Tierra. Las distancias recorridas en este caso oscilan entre 100 y 2500 km. Fuerza de campo reflejada nij Las ondas dependen de la frecuencia: las frecuencias más bajas experimentan la mayor absorción en la región de ionización inferior, y las más altas experimentan una reflexión incompleta en la región superior.

La interfaz entre las ondas KB y métricas se produce a una longitud de onda de 10 m (30 MHz). Las propiedades de propagación de las ondas de radio no pueden cambiar abruptamente, es decir. debe haber una región o sección de frecuencias que sea transicional. Una sección de este tipo del rango de frecuencia es la sección de 20-30 MHz. Durante los años de mínima actividad solar (así como durante la noche, independientemente de la fase de actividad), estas frecuencias son prácticamente inadecuadas para la comunicación a larga distancia mediante ondas ionosféricas y su uso es extremadamente limitado. Al mismo tiempo, cuando condiciones especificadas Las propiedades de propagación de las ondas en esta sección se acercan mucho a las propiedades de las ondas métricas. No es casualidad que este rango de frecuencia se utilice en interés de las comunicaciones por radio centradas en ondas métricas.

Ventajas de la gama VHF:

las pequeñas dimensiones de las antenas permiten realizar una radiación direccional pronunciada, compensando la rápida atenuación de la energía de las ondas de radio;

las condiciones de propagación generalmente no dependen de la hora del día y del año, ni de la actividad solar;

el alcance de comunicación limitado permite utilizar repetidamente las mismas frecuencias en áreas de superficie cuya distancia entre cuyos límites no sea menor que la suma del alcance de las estaciones de radio con las mismas frecuencias;

Menor nivel de interferencias no intencionadas (de origen natural y artificial) e intencionadas debido a antenas altamente direccionales y og rango de comunicación limitado;

enorme capacidad de frecuencia, que permite el uso de señales de banda ancha resistentes al ruido para un gran número de estaciones que funcionan simultáneamente;

cuando se utilizan señales de banda ancha para comunicaciones por radio, la inestabilidad de frecuencia de la línea de radio δf=10 -4 es suficiente;

la capacidad del VHF para penetrar la ionosfera sin pérdidas significativas de energía ha permitido realizar comunicaciones por radio espaciales a distancias medidas en millones de kilómetros;

canal de radio de alta calidad;

debido a las muy bajas pérdidas de energía en el espacio libre, el alcance de comunicación entre aviones equipados con estaciones de radio de potencia relativamente baja puede alcanzar varios cientos de kilómetros;

propiedad de propagación de largo alcance de ondas métricas;

baja potencia de los transmisores y pequeña dependencia del alcance de comunicación de la potencia.

Desventajas de la gama VHF:

corto alcance de comunicación por radio por onda terrestre, prácticamente limitado por la línea de visión;

cuando se utilizan antenas altamente direccionales, resulta difícil trabajar con varios corresponsales;

Cuando se utilizan antenas con dirección circular, se reducen el alcance de comunicación, la inmunidad al reconocimiento y la inmunidad al ruido.

Campo de aplicación práctica de las ondas de radio VHF. El alcance es utilizado simultáneamente por una gran cantidad de estaciones de radio, especialmente porque el alcance de interferencia mutua entre ellas suele ser pequeño. Las propiedades de propagación de las ondas terrestres garantizan el uso generalizado de ondas ultracortas para la comunicación a nivel de control táctico, incluso entre varios tipos de objetos en movimiento. Comunicación a distancias interplanetarias.

Teniendo en cuenta las ventajas y desventajas de cada rango, podemos concluir que los rangos más aceptables para estaciones de radio de baja potencia son los rangos de ondas decámetros (KB) y metros (VHF).

2.5 La influencia de las explosiones nucleares en el estado de las comunicaciones por radio.

Durante las explosiones nucleares, la radiación gamma instantánea, al interactuar con los átomos del medio ambiente, crea una corriente de electrones rápidos que vuelan con alta velocidad predominantemente en una dirección radial desde el centro de la explosión, y iones positivos, permaneciendo casi en su lugar. Así, durante algún tiempo se produce en el espacio una separación de cargas positivas y negativas, lo que conduce a la aparición de campos eléctricos y magnéticos. Debido a su corta duración, estos campos suelen denominarse pulso electromagnetico (AMY) Explosión nuclear. La duración de su existencia es de aproximadamente 150-200 milisegundos.

Pulso electromagnetico (quinto factor dañino Explosión nuclear) en ausencia de medidas de protección especiales, puede dañar los equipos de control y comunicación e interrumpir el funcionamiento de los dispositivos eléctricos conectados a largas líneas externas.

Los sistemas de comunicación, señalización y control son los más susceptibles a los efectos del pulso electromagnético de una explosión nuclear. Como resultado del impacto de la EMR de una explosión nuclear terrestre o aérea en las antenas de las estaciones de radio, se inducen voltaje electrico, bajo cuya influencia puede producirse rotura de aislamientos, transformadores, fusión de cables, avería de pararrayos, daños a tubos electrónicos, dispositivos semiconductores, condensadores, resistencias, etc.

Se ha establecido que cuando los equipos se exponen a EMR, se induce el mayor voltaje en los circuitos de entrada. En relación a los transistores, se observa la siguiente dependencia: cuanto mayor es la ganancia del transistor, menor es su resistencia eléctrica.

El equipo de radio tiene una resistencia eléctrica de Voltaje constante no más de 2-4 kV. Teniendo en cuenta que el pulso electromagnético de una explosión nuclear es de corta duración, la resistencia eléctrica máxima de los equipos sin equipo de protección puede considerarse mayor: aproximadamente 8-10 kV.

En mesa 1 muestra las distancias aproximadas (en km) a las que se inducen en las antenas de las estaciones de radio tensiones superiores a 10 y 50 kV, peligrosas para los equipos, en el momento de una explosión nuclear.

tabla 1

A mayores distancias exposición a REM Resulta similar a los efectos de la descarga de un rayo no muy distante y no causa daños a los equipos.

El impacto de los pulsos electromagnéticos en los equipos de radio se reduce drásticamente si se utilizan medidas de protección especiales.

La forma más eficaz de proteger Los equipos electrónicos ubicados en edificios son el uso de pantallas (metálicas) eléctricamente conductoras, que reducen significativamente los niveles de voltaje inducidos en los alambres y cables internos. Se utilizan medios de protección similares a los medios de protección contra rayos: pararrayos con bobinas de drenaje y bloqueo, fusibles, dispositivos de desacoplamiento, circuitos para desconectar automáticamente los equipos de la línea.

Una buena medida de protección También existe una conexión a tierra fiable del equipo en un punto. También es eficaz implementar dispositivos de ingeniería de radio bloque por bloque, con protección para cada bloque y para todo el dispositivo en su conjunto. Esto permite reemplazar rápidamente una unidad averiada por una de respaldo (en los equipos más críticos, las unidades se duplican con conmutación automática cuando las principales están dañadas). En algunos casos, se pueden utilizar elementos de selenio y estabilizadores para proteger contra EMI.

Además, se puede aplicar dispositivos de protección de entrada, que son varios relés o dispositivos electrónicos que responden al exceso de voltaje en el circuito. Cuando llega un pulso de voltaje inducido en la línea por un pulso electromagnético, cortan la alimentación del dispositivo o simplemente rompen los circuitos de funcionamiento.

Al elegir los dispositivos de protección, se debe tener en cuenta que el impacto de la EMR se caracteriza por un carácter masivo, es decir, la activación simultánea de los dispositivos de protección en todos los circuitos ubicados en el área de explosión. Por lo tanto, los circuitos de protección utilizados deben restaurar automáticamente la funcionalidad de los circuitos inmediatamente después de la terminación del pulso electromagnético.

La resistencia del equipo a los efectos del voltaje que surge en las líneas durante una explosión nuclear depende en gran medida del funcionamiento correcto de la línea y del control cuidadoso de la capacidad de servicio del equipo de protección.

A requisitos importantes operación Esto incluye la verificación periódica y oportuna de la resistencia eléctrica del aislamiento de la línea y los circuitos de entrada del equipo, la identificación y eliminación oportuna de problemas de conexión a tierra de los cables, el control de la capacidad de servicio de los descargadores, los cartuchos fusibles, etc.

Explosión nuclear a gran altura acompañado de la formación de áreas de mayor ionización. Para explosiones a altitudes de hasta aproximadamente 20 km, la región ionizada está limitada primero por el tamaño de la región luminosa y luego por la nube de explosión. En altitudes de 20 a 60 km, el tamaño de la región ionizada es ligeramente mayor que el tamaño de la nube de explosión, especialmente en el límite superior de este rango de altitud.

Durante las explosiones nucleares a gran altura, aparecen en la atmósfera dos áreas de mayor ionización.

Primera zona formado en el área de la explosión debido a la sustancia ionizada de la munición y la ionización del aire. onda de choque. Las dimensiones de esta zona en dirección horizontal alcanzan decenas y cientos de metros.

Segunda zona Debajo del centro de la explosión, en las capas de la atmósfera a altitudes de 60 a 90 km, se produce una mayor ionización como resultado de la absorción de la radiación penetrante por el aire. Las distancias a las que la radiación penetrante produce ionización en dirección horizontal son cientos e incluso miles de kilómetros.

Las áreas de mayor ionización que se producen durante una explosión nuclear a gran altitud absorben ondas de radio y cambian la dirección de su propagación, lo que provoca una interrupción significativa en el funcionamiento de los equipos de radio. En este caso, se producen interrupciones en la comunicación por radio y, en algunos casos, se interrumpe por completo.

La naturaleza del efecto dañino del pulso electromagnético de las explosiones nucleares a gran altitud es básicamente similar a la naturaleza del efecto dañino de los EMR de explosiones terrestres y aéreas.

Las medidas para protegerse contra los efectos dañinos de los pulsos electromagnéticos de explosiones a gran altitud son las mismas que contra el EMP de explosiones terrestres y aéreas.

2.5.1 Protección contra radiaciones ionizantes y electromagnéticas.

explosiones nucleares a gran altitud (HEA)

La interferencia RS puede ocurrir como resultado de explosiones de armas nucleares, acompañadas de la emisión de potentes pulsos electromagnéticos de corta duración (10-8 segundos) y cambios en las propiedades eléctricas de la atmósfera.

Se produce EMP (flash de radio):

En primer lugar , como resultado de la expansión asimétrica de una nube de descargas eléctricas formada bajo la influencia de radiaciones ionizantes de explosiones;

En segundo lugar , debido a expansión rápida gas altamente conductor (plasma) formado a partir de productos de explosión.

Después de una explosión en el espacio, se crea. bola de fuego, que es una esfera altamente ionizada. Esta esfera se expande rápidamente (a una velocidad de unos 100-120 km/h) sobre la superficie terrestre, transformándose en una esfera de configuración falsa, el espesor de la esfera alcanza los 16-20 km. La concentración de electrones en la esfera puede alcanzar hasta 105-106 electrones/cm3, es decir, 100-1000 veces mayor que la concentración normal de electrones en la capa ionosférica. D.

Alto explosiones nucleares(IJV) en altitudes superiores a 30 km influyen significativamente en grandes áreas durante un largo período de tiempo en las características eléctricas de la atmósfera y, por tanto, tienen una fuerte influencia en la propagación de las ondas de radio.

Además, el potente pulso electromagnético que se produce durante la IJV induce altos voltajes (hasta 10.000-50.000 V) y corrientes de hasta varios miles de amperios en las líneas de comunicación por cable.

El poder del EMR es tan grande que su energía es suficiente para penetrar en el espesor de la Tierra hasta 30 m e inducir un EMF en un radio de 50 a 200 km desde el epicentro de la explosión.

Sin embargo, el principal impacto de los INV es que la enorme cantidad de energía liberada por la explosión, así como los intensos flujos de neutrones, rayos X, ultravioleta y gamma, provocan la formación de áreas altamente ionizadas en la atmósfera y un aumento de la densidad de electrones en la ionosfera, lo que a su vez conduce a la absorción de ondas de radio y a la alteración de la estabilidad del sistema de control.

2.5.2 Signos característicos VYAV

Un IJV en o cerca de un área determinada va acompañado de un cese inmediato de la recepción de estaciones distantes en la gama de longitudes de onda HF.

En el momento en que se corta la conexión, se escucha un breve clic en los teléfonos y después sólo se escucha el ruido del propio receptor y débiles crujidos, como descargas de truenos.

Unos minutos después de que cesa la comunicación en HF, la interferencia procedente de estaciones distantes en el rango de longitud de onda métrica en VHF aumenta considerablemente.

Se reducen el alcance del radar y la precisión de la medición de coordenadas.

La base de la protección de los medios electrónicos es el uso correcto del rango de frecuencia y todos los factores que surgen como resultado del uso de INV.

2.5.3 Definiciones básicas:

onda de radio reflejada (onda reflejada ) – una onda de radio que se propaga después de la reflexión desde la interfaz entre dos medios o debido a la falta de homogeneidad del medio;

onda de radio directa (onda recta ) – una onda de radio que se propaga directamente desde las fuentes hasta el lugar de recepción;

onda de radio terrestre (onda terrestre ) – una onda de radio que se propaga cerca de la superficie de la Tierra e incluye una onda directa, una onda reflejada desde la Tierra y una onda superficial;

onda de radio ionosférica (ola del cielo ) – una onda de radio que se propaga como resultado de la reflexión de la ionosfera o de la dispersión en ella;

absorción de ondas de radio (absorción ) – una disminución de la energía de una onda de radio debido a su conversión parcial en energía térmica como resultado de la interacción con el medio ambiente;

propagación por trayectos múltiples de ondas de radio (propagación multitrayecto ) – propagación de ondas de radio desde la antena transmisora ​​​​a la receptora a lo largo de varias trayectorias;

altura de reflexión de capa efectiva (altitud efectiva ) es la altura hipotética de reflexión de una onda de radio desde la capa ionizada, dependiendo de la distribución de la concentración de electrones sobre la altura y longitud de la onda de radio, determinada a través del tiempo entre la transmisión y la recepción de la onda ionosférica reflejada durante el sondeo vertical. bajo el supuesto de que la velocidad de propagación de la onda de radio a lo largo de todo el camino es igual a la velocidad de la luz en el vacío;

salto ionosférico (salto ) – la trayectoria de propagación de las ondas de radio de un punto de la superficie de la Tierra a otro, cuyo paso va acompañado de una reflexión de la ionosfera;

frecuencia máxima aplicable (MUHR) – frecuencia más alta emisión de radio, en la que hay propagación ionosférica de ondas de radio entre puntos dados en un momento dado bajo ciertas condiciones, esta es la frecuencia que todavía se refleja en la ionosfera;

frecuencia de funcionamiento óptima (ORQUEA) – frecuencia de emisión de radio por debajo de la FI, en la que se pueden realizar comunicaciones por radio estables en determinadas condiciones geofísicas. Como regla general, el ORF es un 15% más bajo que el MUF;

sondeo ionosférico vertical (sondeo vertical ) – sondeo ionosférico utilizando señales de radio emitidas verticalmente hacia arriba con respecto a la superficie de la Tierra, siempre que los puntos de emisión y recepción estén combinados;

perturbación ionosférica – una perturbación en la distribución de la ionización en las capas de la atmósfera, que normalmente supera los cambios en las características medias de ionización para determinadas condiciones geográficas;

tormenta ionosférica – perturbación ionosférica prolongada de alta intensidad.