Распространение волн диапазонов ОВЧ, УВЧ и СВЧ

Волны микроволновых диапазонов распространяются подобно свету прямолинейно. Дифракция в этих диапазонах проявляется слабо. Волны, излученные под углом к земной поверхности, уходят в заатмосферное пространство практически без изменения траектории; это свойство позволило успешно применить микроволны для спутниковой связи.

Неспособность волн этих диапазонов огибать земную поверхность требует для радиосвязи обеспечения геометрической видимости между передающей и приемной антеннами (Рис. 13а, б).

Рис. 13. Особенности распространения радиоволн микроволнового диапазона

Поскольку волны отражаются от земной поверхности, в месте приема возможна интерференция лучей (Рис. 13в); как следствие возникают интерференционные замирания и искажения передаваемых сообщений.

При сравнительно высокой мощности передатчиков дальность связи может значительно превышать обычную. Неровности земной поверхности и различие почв, растительного покрова, наличие рек и водоемов, поселков, инженерных сооружений и пр. влияют на нижние слои воздуха, ведут к образованию в атмосфере зон с различной температурой и влажностью, локальных потоков воздуха и т.п. В этих зонах, возникающих на высотах до нескольких километров, происходит рассеяние волн, как это схематически показано на Рис. 13г. В этом случае часть энергии волн достигает пунктов, отстоящих от передающей антенны на расстояние, в 5-10 раз превосходящее дальность геометрической видимости.

Неоднородности существуют и на больших высотах, в ионосфере; здесь они проявляются в неравномерности концентрации свободных электронов и в них тоже происходит рассеяние волн. При достаточно большой мощности передатчика ионосферное рассеяние волн позволяет получить устойчивую радиосвязь на расстояниях 1-2 тыс. км.

Существуют и другие виды дальнего распространения волн, преимущественно диапазонов УВЧ и СВЧ. Они проявляются при образовании в атмосфере протяженных и сравнительно четко выраженных неоднородностей в виде слоя. Волны распространяются внутри подобного слоя, последовательно отражаясь от его границ, либо между поверхностью земли и нижней границей слоя. Эти два случая схематически изображены на Рис. 14.

Рис. 14. Дальнее распространение с помощью «атмосферного волновода»

Еще один вид дальнего распространения в микроволновых диапазонах - отражение от следов метеоров. В атмосферу непрерывно проникают, сгорая в ней, потоки небольших метеоров. Следствием этого также является возникновение неоднородностей, способных эффективно отражать волны. По причине изменчивости процесса метеорное распространение волн применяется только в специальных системах радиосвязи, учитывающих его специфические особенности.

Помехи радиосвязи

Современное глобальное развитие радиосвязи стало возможным благодаря тщательному и строгому регулированию распределения и использования радиоволн. Каждая радиолиния занимает полосу частот, отведенную ей на основании международных соглашений и решений национальных администраций связи. Принимаются меры, чтобы передатчик не излучал колебаний с частотами за пределами отведенной ему полосы. Приемник конструируется так, чтобы при приеме радиосигналов в этой полосе частот он не реагировал на колебания, частоты которых выше или ниже ее границ. Таким образом, реализуется важнейший ресурс развития радиосвязи – частотный ресурс: частотное разделение излучений при передаче и частотная селекция сигналов при радиоприеме.

Помимо принимаемого радиосигнала на приемник действуют посторонние колебания различного происхождения – радиопомехи, частотные спектры которых могут захватывать полосу, отведенную для данной линии радиосвязи. Они могут вызвать искажения принимаемых сообщений: при радиотелефонной связи проявляются в виде щелчков, треска и шума, ухудшающих разборчивость речевых сообщений; приемный телеграфный аппарат печатает неверные знаки; на бланке факсимильного аппарата получаются лишние линии, портящие изображение.

Эти посторонние колебания, называемые радиопомехами, могут быть по интенсивности сравнимыми с радиосигналами или превосходить их по амплитуде; в этом случае правильный прием переданных сообщений обычно оказывается либо сильно затрудненным, либо невозможным.

Основным способом ослабления и устранения действия помех на радиосвязь служит частотная фильтрация, но она оказывается неэффективной, если спектр помех накладывается на спектр передаваемых радиосигналов.

Наиболее характерными видами помех являются следующие.

1. Посторонние радиосигналы. Поскольку потребность в радиосвязи очень велика, а диапазоны радиочастот не безграничны, реализация в полной мере частотного разделения не удается и приходится допускать одновременное использование одних и тех же частот на многих линиях радиосвязи. Чтобы избежать взаимных помех общие частоты применяют на отдаленных друг от друга радиолиниях; кроме того, применяют остронаправленные антенны.

Направленность передающих антенн позволяет сосредоточить излучение на территории, на которой находится принимающий корреспондент, и не создавать помехи приемным радиостанциям на других территориях. Направленность приемных антенн позволяет исключить возможность приема радиоволн, приходящих в место приема с направлений, не совпадающих с направлением в котором находится нужный корреспондент. Т.о. реализуется ресурс развития радиосвязи, называемый пространственной селекцией.

2. Побочные излучения радиопередающих устройств. Работая на отведенной ему частоте, передатчик может создавать одновременно излучения с другими частотами. Для того, что бы избежать побочных излучений, необходимо чтобы несущие колебания передающих радиостанций были моногармоническими, синусоидальными.

В реальных условиях эти колебания получаются посредством мощных электронных усилителей. Характеристики электронных приборов, применяемых для усиления в передатчиках, нелинейны; усиливаемые колебания в них отличаются от синусоидальных. Поэтому спектр несущих колебаний содержит составляющие с кратными частотами – так называемые гармоники. Хотя гармоники ослабляются в цепях передатчика, обладающих свойством частотной фильтрации, они могут частично проникать в антенну и создавать излучения волн – побочные излучения.

3. Атмосферные помехи. Электрические явления в атмосфере, особенно молния, создают электромагнитные волны, далеко распространяющиеся во всех направлениях и оказывающие влияние на прием радиосигналов. Спектры атмосферных помех в разных частотных диапазонах неодинаковы: уровень их растет с понижением частоты, поэтому вредное влияние этих помех заметно проявляется в диапазонах СЧ и НЧ. На ВЧ и, тем более, в микроволновых диапазонах их влияние на радиосвязь проявляется в значительно меньшей степени.

4. Индустриальные помехи. Эти помехи могут вызываться электромагнитными излучениями промышленных, транспортных, медицинских, научных, бытовых и прочих электрических установок. Они возникают главным образом при наличии электрических искр, дуги, либо при резких изменениях тока в электрических цепях.

Паразитные излучения современных электрических устройств, в которых происходят эти процессы, могут распространяться по соединенным с этими устройствами проводам на большие расстояния, излучаться в окружающее пространство и действовать на антенны радиоприемных устройств.

Полностью избежать индустриальных помех не удается: для этого потребовались бы слишком сложные и дорого стоящие мероприятия и устройства. Исходя из экономических соображений, международные организации и национальные ведомства устанавливают для индустриальных помех предельные нормы, превышение которых рассматривается как нарушение закона.

Как и атмосферные помехи, индустриальные помехи проявляются в микроволновых диапазонах в меньшей мере, чем в диапазонах более длинных волн.

5. Внутренние шумы радиоприемника. К помехам этого вида относятся устранимые и неустранимые электрические колебания, возникающие в самом приемнике.

Устранимыми являются переменные токи, связанные с недостаточным сглаживанием питающих напряжений в выпрямителях при питании приемников от электросети переменного тока: колебания напряжений, вызываемые неудовлетворительным качеством контактов в некоторых электрических цепях и т.п. В правильно сконструированном приемнике эти помехи не играют существенной роли.

Неустранимыми являются так называемые флуктуационные шумы, возникающие в электронных приборах, применяемых для усиления и преобразования сигналов.

Внутренние шумы приемников проявляются во всех частотных диапазонах. Роль их особенно возрастает в диапазонах ОВЧ, УВЧ и СВЧ потому, что в этих диапазонах интенсивность атмосферных и индустриальных помех уменьшаемся настолько, что они становятся главным видом помех.

Для ослабления этих шумов при разработке радиоприемников для слабых сигналов необходим тщательный выбор типов электронных приборов.

6. Космические шумы. Эти помехи вызываются радиоизлучениями из заатмосферного пространства. Например, с солнечными пятнами связано интенсивное радиоизлучение солнца в диапазоне метровых волн. Заметные излучения приходят со стороны некоторых созвездий и туманностей.

Самый простой способ борьбы с помехами – обеспечение в месте приема такой мощности сигнала от передатчика, которая будет существенно превышать их мощность. К этому способу прибегают в радиовещании, т.к. целесообразнее пойти на производство более дорогого мощного передатчика, чем усложнять миллионы приемников.

Заключение

Таким образом, радиосвязь является одним из важнейших способов передачи информации. Особое значение она имеет и при обеспечении функционирования системы управления в условиях ЧС и их ликвидации.

Знание основ функционирования радиосвязи поможет специалистам в области защиты населения грамотно использовать средства связи при выполнении своих функциональных обязанностей.

Подвожу итоги лекции, даю задание на самоподготовку – дополнить конспекты, используя предложенные источники.