www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Основы радиолокации

Распространение электромагнитных волн

Рисунок 1. Ионосферная, земная и прямая волны

Рисунок 1. Ионосферная, земная и прямая волны

Распространение электромагнитных волн

Распространение электромагнитных волн между передающей и приемной антеннами представляет собой очень сложное явление. Различают три типа распространения электромагнитных волн в земной атмосфере:

Земная (поверхностная) волна

Земные волны распространяются вблизи земной поверхности. Земная волна является предпочтительным типом распространения для радиосвязи на большие расстояния с использованием частот ниже 3 МГц (земля ведет себя как проводник для частот ниже 5 МГц). Земная волна также используется для радиосвязи на коротких расстояниях с использованием частот от 3 до 30 МГц.

Из-за того, что земля не обладает бесконечной электрической проводимостью, земная волна при распространении над поверхностью испытывает потери энергии, что влияет на дальность распространения волны. Чем ниже проводимость поверхности, над которой распространяется волна, тем меньше дальность ее распространения. По этой причине дальность распространения земной волны над морской поверхностью больше, чем над поверхностью земли (проводимость морской воды выше, чем проводимость земли).

Следует отметить, что в диапазоне частот радиолокационных устройств земная волна не возникает.

Ионосферная волна

Ионосферная радиоволна – это волна, которая при распространении однократно или многократно отражается от ионосферы. Благодаря этому радиоволны могут распространяться на значительные расстояния и даже огибать земной шар. Различают два механизма возникновения ионосферных волн: рефракция в тропосфере и отражение от ионосферы.

Рефракция в тропосфере

Тропосфера, самый нижний слой атмосферы Земли, простирается от поверхности Земли до высоты чуть более 11 км. Практически все погодные явления происходят в этом слое. Как правило, тропосфера характеризуется устойчивым снижением как температуры, так и давления воздуха по мере увеличения высоты. Однако многочисленные изменения погодных явлений вызывают колебания влажности и неравномерный нагрев земной поверхности. В результате воздух в тропосфере находится в постоянном движении. Это движение вызывает образование небольших турбулентностей или завихрений, проявляющихся в скачкообразных изменениях траекторий самолетов, входящих в турбулентные области атмосферы. Эти турбулентности наиболее интенсивны у поверхности Земли и постепенно уменьшаются с высотой. В областях турбулентности радиоволны с короткими длинами волн преломляются или рассеиваются. В случаях, когда распространение радиоволны происходит под небольшими углами, траектория волны может изменяться вплоть до направления обратно к земле. Такое рассеяние обеспечивает улучшенную связь на более высоких частотах.

Отражение от ионосферы

Для радиоволн на частотах от 3 МГц до 30 МГц («коротковолновые») ионосфера действует как отражатель. Более высокие частоты проникают в ионосферу, более низкие настолько гасятся слоями D и E, что лишь изредка (в основном ночью) отражаются.

Поскольку переходы между отдельными слоями плавные, принцип зеркального отражения применим только в ограниченной степени. Кроме того, слои находятся в движении и колеблются по интенсивности, поэтому условия отражения постоянно меняются. Поскольку ионосферная волна также отражается землей, многократные отражения приводят к тому, что такие коротковолновые излучения распространяются на очень большие расстояния. Однако такие частоты, как правило, не используются в радиолокации, за исключением радиолокаторов особого типа, называемых загоризонтными (OTH-B).

Прямая волна

На частотах выше 100 МГц обычно электромагнитные волны не отражаются от ионосферы, а продолжают распространяться в начальном направлении. Такие волны называются прямыми волнами. Для большинства задач радиолокации характерен именно этот тип распространения электромагнитных волн. Поскольку в данном случае волны распространяются приблизительно прямолинейно и, таким образом, ведут себя подобно световым лучам, их называют квазиоптическими волнами. Электромагнитная волна, излученная передающей антенной, достигнет приемной антенны только в случае прямой видимости между этими антеннами. По этой причине, а также из-за кривизны земной поверхности возможная дальность действия радиотехнической системы зависит от высот антенн передатчика и приемника. Теоретически эта дальность ограничена так называемой радиовидимостью (радиогоризонтом).