Регулярные и нерегулярные явления в ионосфере

Помимо регулярных изменений состояния ионосферы, связанных со временем года и времени суток, существуют так же и нерегулярные изменения, обусловленные цикличностью солнечной активности.

Нерегулярные явления - это явления, носящие случайный характер. Различают следующие нерегулярные явления: ионосферные возмущения и образование спорадических слоев.

Ионосферное возмущение (магнитные бури) возникают тогда, когда в атмосферу земли врываются особо мощные потоки солнечных корпускул. Эти потоки испытывают сильное влияние магнитного поля земли, которое изменяет их траекторию. Попадая в верхние слои атмосферы, корпускулярные потоки нарушают строение слоя F. Слой приобретает облачную структуру, и отражение от него радиоволн происходит как от неровной поверхности – рассеянно.

Нерегулярные (спорадические) слои появляются в ионосфере на высоте слоев Е иF. Наиболее часто появляется спорадический слой Еs, который представляет собой сравнительно тонкую область толщиной в нескольно километров с повышенной электронной концентрацией. Слой Еs обычно состоит из отдельных «облаков» с повышенной ионизацией. Этот слой является полупрозрачным. Механизм образования слоя Еs окончательно еще не установлен. Известно, что определенную роль в его образовании играют метеорные потоки.

Антенны

Антенны служат для излучения и приема электромагнитной энергии. Антенны обладают свойством взаимности, т. е. одна и та же антенна может излучать и принимать электромагнитную энергию.

Основные параметры антенны:

1. Диаграмма направленности (ДН). Диаграммой направленности называют зависимость напряженности поля, создаваемую антенной на достаточно большом расстоянии от углов наблюдения в пространстве D и j, где D - угол между линией горизонта и направлением излучения или приема в вертикальной плоскости, j - угол между направлением главного излучения или приема антенны и направлением наблюдения в горизонтальной плоскости. Для удобства изображения ДН антенн, излучающих линейно поляризованные волны, ДН рассматривают в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. В некоторых случаях диаграммы удобно рассматривать в вертикальной или горизонтальной плоскости по отношению к плоскости земли. Плоские ДН изображаются в полярной или прямоугольной системах координат. ДН антенн характеризуется шириной главного лепестка. ДН оценивают также по интенсивности боковых лепестков Емакс. бок/Емакс. гл.

2. Коэффициент защитного действия антенны называется отношение напряженности поля, создаваемого антенной в главном направлении Ео, к напряженности поля в направлении противоположному главному

3. Коэффициент направленного действия в данном направлении называется отношение квадрата напряженности поля, создаваемого антенной в данном направлении, к среднему значению квадрату напряженности поля.

D =Ео²/Еср², из формулы следует Ео² = D* Еср², т. е. числовое значение КНД

показывает, во сколько раз нужно уменьшить мощность излучения, если

ненаправленную антенну заменить направленной, при сохранении одинаковых

напряженностей поля в главном направлении.

4. Коэффициент усиления антенны называют отношение плотности потока

мощности или квадрата напряженности поля, созданного антенной в

направлении максимума излучения, к потоку или квадрату напряженности

поля, созданному эталонной антенной, при равенстве подводимых к антеннам

мощностей.

G = Ео²/Еоэ².

Эквивалентная площадь, с которой антенна полностью поглощает энергию

волны, пришедшую с главного направления, и отдает в согласованную

нагрузку, называется действующей или эффективной площадью антенны.

Sэф = Dl²/4П

5. КПД

6. Волновое сопротивление антенны W=Uпад/Iпад

7. Входное сопротивление антенны Zвх = Rизл +Rпот +х_а

х_а – зависит от соотношения рабощей длины волны и длины вибратора. Для

вибратора l/2 Zвх = 73 Ом. Если длина вибратора >l/2 R носит индуктивный

характер, если <l/2, то емкостной характер.

8. Полосой пропускания называют область частот, на границах которой сигнал ослабляется на 3 дБ относительно максимума значения, при постоянной возбуждающей ЭДС.

9. Угол излучения или ширина ДН определяется как телесный угол, в пределах которого плотность потока энергии не изменяется больше чем в 2 раза.

10.
Действующая высота антенны характеризует, какая часть антенны в основном создает излучение. Определяется как высота прямоугольника, основание которого = Imaх, а площадь которого = площади ограниченной кривой распределения тока. Imaх – величина тока в месте включения генератора.

Imaх U =

По характеру ДН различают сильно и слабо направленные антенны. Крайним случаем слабонаправленных антенн являются всенаправленные антенны. Сильно направленные антенны излучают в узком телесном угле. Всенаправленные антенны излучают и принимают во всех направлениях примерно одинаково.

Выбор типа антенны зависит от назначения радиоаппаратуры и возможности реализации антенны данного типа в заданном диапазоне волн. Чтобы антенна формировала остронаправленную диаграмму направленности, она должна иметь большие размеры по сравнению с длиной волны. Остронаправленные антенны могут быть реализованы в диапазоне УКВ и КВ. Для радиовещания и телевидения применяются всенаправленные антенны в горизонтальной плоскости, т. е. в горизонтальной плоскости антенна излучает во всех направления одинаково. В конструктивном исполнении антенны разных диапазонов отличаются между собой. На ДВ и СВ применяются проволочные антенны. На СВ так же принимают антенны в виде башен. Антенн КВ и УКВ в простейшем случае выполняются в виде горизонтального или вертикального провода, длина которого пропорциональна длине волны. На дециметровых и сантиметровых волнах применяются рупорные антенны, диэлектрические, линзовые и параболические антенны. Непременным и обязательным условием излучения электромагнитной энергии является то, что антенна должна представлять собой открытый колебательный контур. Она должна быть системой с распределенными параметрами. В закрытом колебательном контуре, построенном на L и С, вся энергия электрического поля сосредоточена в конденсаторе, а энергия магнитного поля в катушки, т. е. они занимают очень малые объемы в пространстве, поэтому электромагнитная энергия не излучается. Двухпроводная линия так же не излучает, т. к. токи в проводах текут навстречу друг другу и создаваемые ими магнитные поля взаимно уничтожаются. Если развернуть двухпроводную линию, то силовые линии постоянного поля растянутся, захватывая большое пространство. Переменное электрическое поле вызовет появление переменного магнитного поля, лежащего в перпендикулярной плоскости, а переменное магнитное поле в свою очередь вызовет появление переменного электрического поля. Так будет происходить распространение электромагнитной энергии от антенны.

Если развернуть двухпроводную линию, она превращается в открытый колебательный контур, в котором могут происходить свободные колебания. Если к такому контуру подключить генератор, например – выходной усилитель мощности передатчика, в нем будут происходить не затухающие колебания. Антенна, полученная при разворачивании двухпроводной линии длиной l/4, называется симметричный полупроводниковым вибратором. Входное сопротивление антенн должно быть минимальным и чисто активным, тогда ее
будет легко согласовать с питающим фидером.

Собственная длина волны симметричного вибратора 2l = lо, т. к. скорость распространения электромагнитной энергии вдоль вибратора меньше скорости света, то в реальном вибраторе l = 0,47l. В самом вибраторе существует стоячие волны, а в свободном пространстве бегущие волны. Распространяющиеся от вибратора электромагнитная волна имеет определенную поляризацию, т. е. электрические и магнитные силовые линии распределяются в определенных плоскостях. Электрические силовые линии параллельны вибратору, а магнитные перпендикулярны к нему. Принято поляризацию радиоволн определять по направлению электрического поля. Если вибратор расположен вертикально, то волна поляризована вертикально.

Фидеры

Линия, соединяющая антенну с передатчиком или приемником, называется фидером.

К фидерным линиям во всех диапазонов предъявляются следующие требования:

1. Потери энергии в фидере должны быть минимальными. Потери в фидере обусловлены нагревание проводников и изоляторов фидеров, а так же его излучением. Потери на нагревание уменьшаются путем применения проводников с высокой проводимостью и изоляторов с малыми диэлектрическими потерями. Способность фидера к излучению или приему называется антенным эффектом фидера.

2. Фидерная линия должна быть достаточно хорошо согласована с антенной, т. е. работать в режиме бегущей волны. Согласованный фидер имеет чисто активное входное сопротивление, равное его волновому сопротивлению. Входное сопротивление согласованного фидера не зависит от его длины.

В не согласованной линии появляется фидерное эхо, обусловленное наличием отраженной волны, которая после частичного отражения от начала фидера попадает в нагрузку.