Погода в Санкт-Петербурге | Pogoda78.ru

В помощь изучающему электронику

В помощь изучающему электронику

Данный справочник собран из разных источников. Но на его создание подтолкнула небольшая книжка "Массовой радиобиблиотеки" изданная в 1964 году, как перевод книги О. Кронегера в ГДР в 1961 году. Не смотря на такую ее древность, она является моей настольной книгой (наряду с несколькими другими справочниками). Думаю время над такими книгами не властно, потому что основы физики, электро и радиотехники (электроники) незыблемы и вечны.

РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН
В СВОБОДНОМ ПРОСТРАНСТВЕ

Общие положения

передающего устройства,

приемного устройства

и промежуточного звена — соединяющей линии.

Для радиосистем промежуточным звеном является среда — пространство, в котором распространяются радиоволны. При распространении радиоволн по естественным трассам, т. е. в условиях, когда средой служит земная поверхность, атмосфера, космическое пространство, среда является тем звеном радиосистемы, которое практически не поддается управлению.

ИОНОСФЕРА

И ЕЕ ВЛИЯНИЕ НА РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН

Ионизация и рекомбинация газа в ионосфере

Ионосфера

Наличие в верхних слоях атмосферы свободных электронов определяет электрические параметры ионизированного газа - его диэлектрическую проницаемость ε и проводимость γ

Число электронов, содержащихся в единице объема воздуха, называется электронной плотностью Na (см -3 )

Ионосфера в целом является квазинейтральной, т.е. количества имеющихся в ней положительных и отрицательных зарядов равны.

Температура газа, начиная с высоты h = 80 км, плавно возрастает, достигая 2000—3000 К при h=500—600 км Возрастание температуры с высотой в области ионосферы объясняется тем, что воздух здесь нагревается непосредственно излучением Солнца

Масса частиц, г	Радиус частиц, см	Число частиц падающих ежедневно на Землю	Электронная плотность, Nэ см -3
1	0,4	10 5	2 10 15
10 -3	0.04	10 8	2 10 14
10 -5	0,008	10 10	5 10 13

Преломление и отражение радиоволн в ионосфере

При распространении радиоволны в неоднородной среде ее траектория искривляется. При достаточно большой электронной плотности искривление траектории волны может оказаться настолько сильным, что волна возвратится на поверхность Земли на некотором расстоянии от места излучения, т. е. произойдет отражение радиоволны в ионосфере.

Рис. 3. Схема отражения радиоволн от ионосферы.

Особенности распространения сверхдлинных и длинных волн

Токи проводимости для диапазонов СДВ и ДВ существенно преобладают над токами смещения для всех видов земной поверхности. Поэтому при распространении поверхностной волны происходит лишь незначительное проникновение ее энергии в глубь Земли. Сферичность Земли, служащая препятствием для прямолинейного распространения радиоволн, до расстояний 1000—2000 км остается соизмеримой с длиной волны, что способствует хорошему огибапию длинными волнами земного шара благодаря дифракции. Незначительные потери и oгибание земной поверхности обусловили возможность ДВ и СДВ распространяться земной волной на расстояние до 3000 км.

Начиная с расстояния 300—400 км помимо земной волны присутствует волна, отраженная от ионосферы. С увеличением расстояния напряженность электрического поля отраженной от ионосферы волны увеличивается, и на расстояниях 700—1000км поля земной и ионосферной волн становятся примерно равными. Суперпозиция этих двух волн дает интерференционную картину поля.

Расстояние от земной поверхности до нижней границы ионосферы составляет 60—100 км, т. е. того же порядка, что и длина волн (ДВ и СДВ), так что волны распространяются между двумя близко расположенными полупроводящими концентрическими сферами, одной из которых является Земля, а другой — ионосфера. Условия распространения при этом примерно такие же, как и в диэлектрическом волноводе.

Особенности распространения средних волн

Рис. 4. Ближние и дальние замирания на средних волнах.

1 - земная волна;

2 - волна, отразившаяся от ионосферы один раз;

Особенности распространения коротких волм

Рис. 5 Схема распространения KB на большие расстояния.

а — интерференция" волн, отраженных однократно и двукратно от ионосферы,

1 — поверхностная волна;

2—волна, распространяющаяся путем одного отражения от ионосферы;

3 — волна, распространяющаяся путем двух отражений от ионосферы;

4 — волна, рабочая частота которой больше максимально допустимой;

б — интерференция рассеянных волн;

Для отражения волны необходимо, чтобы рабочая частота была не слишком высокой, а электронная плотность ионосферного слоя достаточной для отражения этой волны в соответствии с (3-44). Из этого условия выбирается максимальная применимая частота (МПЧ), являющаяся верхней границей рабочего диапазона.

Второе условие ограничивает рабочий диапазон снизу: чем ниже рабочая частота (в пределах коротковолнового диапазона), тем сильнее поглощение волны в ионосфере (см. рис. 5). Наименьшая применимая частота (НПЧ) определяется из условия, что при данной мощности передатчика напряженность электромагнитного поля должна быть достаточной для приема.

Электронная плотность ионосферы меняется в течение суток и в течение года. Значит, изменяются и границы рабочего диапазона, что приводит к необходимости изменения рабочей длины волны в течение суток:

- днем работают на волнах 10—25 м, а ночью на волнах 35—100 м.

Необходимость правильного выбора длины волны для сеансов связи в различное время усложняет конструкцию станции и работу оператора.

Зоной молчания KB называют кольцевую область, существующую на некотором расстоянии от передающей станции, в пределах которой невозможен прием радиоволн. Появление зоны молчания объясняется тем, что земная волна затухает и не достигает этой области (точка 6 на рис. 3-39, а), а для ионосферных волн, падающих под малыми углами на ионосферу, не выполняются условия отражения (3-44). Пределы зоны молчания (ВС) расширяются при укорочении длины волны и снижении электронной плотности.

Замирания в диапазоне KB более глубоки, чем в диапазоне СВ. Основной причиной замираний является интерференция лучей, распространяющихся путем одного и двух отражений от ионосферы (рис. 3-39, о). Помимо этого замирания вызываются рассеянием радиоволн на неоднородностях ионосферы и интерференцией рассеянных волн (рис. 3-39,6), а также интерференцией обыкновенной и необыкновенной составляющих магниторасщепленной волны (рис. 3-39,в). Обработка измерений за короткие .интервалы времени (до 5 мин) показала, что ф-ции распределения амплитуд близки к распределению Рэлея (3-54). В течение больших интервалов времени наблюдений распределение ближе к логарифмически нормальному со среднеквадратичным отклонением 6±1,25 дБ. В обоих случаях разность между уровнями напряженности поля сигнала, превышаемыми в течение 10 и 90% времени, составляет 16±3,2 дБ.

Скорость замирания (§ 3-6) лежит в пределах 6 - 16 замираний в минуту. На линиях протяженностью 3000 км скорость замираний в 2 - 6 раза меньше, чем на линии протяженностью 6000 км. Интервал времени корреляции колеблется в пределах ?о = 4,5 - 1,5 с. Масштаб пространственной корреляции зависит от протяженности линии радиосвязи, рабочей частоты, характера неоднородностей ионосферы и лежит в пределах rо==210-560 м (10 - 25?). Для борьбы с замираниями применяется прием па разнесенные антенны. Направление разноса рекомендуется выбирать перпендикулярным к направлению трассы, расстояние разноса берут порядка масштаба корреляции 10?. Сигналы, принятые на разнесенные антенны, складывают после детектирования. Эффективным является разнесение по поляризации — прием на две антенны, имеющие взаимно перпендикулярную поляризацию. Используются также приемные антенны с
узкой диаграммой направленности, ориентированной на прием только одного из лучей.

РАСПРОСТРАНЕНИЕ УЛЬТРАКОРОТКИХ ВОЛН
В ПРИЗЕМНОМ ПРОСТРАНСТВЕ

Общие свойства. К диапазону ультракоротких волн (УКВ) относят радиоволны длиной от 10 м до 1 мм (f = 30 - 3 10 5 МГц). В нижнем пределе частот диапазон УКВ примыкает к КВ. Эта граница определена тем, что на УКВ, как правило, не может быть удовлетворено условие отражения радиоволн от ионосферы (3-43) В верхнем пределе частот УКВ граничат с длинными инфракрасными волнами. Диапазон УКВ делится на поддиапазоны метровых, дециметровых, сантиметровых, миллиметровых волн, каждый из которых имеет свои особенности распространения, по основные положения свойственны всему диапазону УКВ. Условия распространения зависят от протяженности линии связи и специфики трассы.

Из-за малой длины УКВ плохо дифрагируют вокруг сферической поверхности Земли и крупных неровностей земной поверхности или других препятствий. Антенны стремятся расположить на значительной высоте над поверхностью Земли, так как при этом, во-первых, увеличивается расстояние прямой видимости и, во-вторых, уменьшается экранирующее влияние местных предметов, находящихся вблизи антенны. При этом, как правило, выполняется условие, при котором высота расположения антенны много больше длины волны и расчет напряженности поля можно вести по интерференционным формулам (3-20), (3-21). Если это условие не выполняется (переносные или автомобильные станции, работающие на метровых волнах), расчет ведут по (3-24).

Распространение УКВ в пределах прямой видимости.

Распространение УКВ над пересеченной местностью и в городах.

Для расчета напряженности электрического поля в каждом конкретном случае надо иметь профиль трассы и вести расчеты исходя из этого профиля.

Трассы бывают открытыми (прямая видимость) и закрытыми (препятствие выше линии прямой видимости).

Открытые трассы характеризуются прямым и n отраженных лучей приходящих на приемную антенну с разной фазой их суммирование и определяет напряженность поля на пр. антенне.

На закрытых трассах возможен эффект «усиления препятствием», что объясняется переизлучением препятствием как ретрансляторомусиление напряженности может достигать 60-80 дб. для этих же целей можно использовать искусственные конструкции (мачты, линии Эл. передач, высотные промышленные здания и др. конструкции).

В больших городах, в условиях множественных переотражений, напряженность поля метровых и дицеметровых волн меньше чем на открытой местности примерно в 3-5 раз. Её расчет производят по формуле (3-22) вводя в неё коэффициент 0,2-0,4. В сантиметровом диапазоне ослабление ещё сильнее.

Радиоволны. Свойства атмосферы и почв и их влияние на распространение радиоволн.

Распростр.радиоволн в зем.простр. завис.от св-тв поверх.земли и атмосферы. Распростр. радиоволн вдоль поверх.земли завис.от рельефа местности, электри­ческих параметров зем. поверх. и длины волны. Радиоволнам свойст. дифракция – явление оги­бания препятствий. Наиб.сильно дифракция сказыв. когда геометрич.размеры препятствий соизмеримы с дли­ной волны. Радиоволны, распростр-ся у поверх.земли и частично за счет дифракции огибающие выпуклость земного шара, назыв. земными, или поверх.радиоволнами.

Атмосфера земли не явл.однород.средой. Давление, плотность, влажность и др.па­раметры в разных объемах воздуш.слоя имеют различ.знач., поэт.скорости распростр.в различ.объе­мах неодинак.и зависят от длины волны. Траектория радиоволн в атмосфере искривляется. Явление искривл.или преломл.волн при распростр.их в неоднород.среде назыв. рефракцией.Радиоволны, распростр-ся на большой высо­те в атмосфере и возвращ-ся на землю из-за искривл.траектории, рассеяния или отражения от атмосфер.неоднородностей, назыв. пространст.,или ионосфер. В т.приема может приход. пространст. и зем.волна от одного и того же источника. При совпадении фаз колебаний этих волн амплитуда суммарного поля ↑, а при сдвиге фазы волн на 180° суммарное поле ослабл.и может стать =0. Это явление назыв. интерференцией.

Воздух не вызыв.ослабл.радиоволн почти во всех диапаз.частот. Тем не менее зем.волна распростр.без поглощ. если проходит высоко над поверх.земли. Если же радиоволны проходят вблизи от поверх.земли, то часть энергии волны отклон.в землю. Скорость распростр.радиоволн в земле меньше, чем в воздухе, и при движ.их вдоль ее поверх. нижний край волны отстает от верхнего, фронт волны наклон.и помимо движ.вдоль поверх.земли происх.ее распростр.сверху вниз.

Если бы зем.поверх. была идеально проводящей, радио­волны отраж.бы от нее без потерь и не проход.в глубь почвы. Но это не так. Радиоволны, попавшие в землю, возбуж­д.в ней переменные эл.токи, которые часть своей энергии расход.на нагрев почвы. Величина потерь энергии завис.от частоты радиоволн и сопротивления поч­вы эл.току. В почве с ↑ частоты радиоволн величина индуцируемой электродвижущей силы ↑ и ↑ токи в земле, которые созд. эл.маг.поле обрат­ного направления. Поэтому дальность распростр.поверх.радиоволн быстро ↓ с ↑ частоты. При ↓ проводимости грунта радиоволны глубже прони­к.в среду и ↑ их поглощение. С ↑ частоты ухудш.усл.огибания (дифракции) радиоволнами препятствий. Все эти факторы огранич.возможности исполь­з.поверх.волны диапазонами мириаметр., километр., гектометр. и частично декаметр.волн.

Атмосфера подразд.на 3 основ.слоя: тропосферу, стратосферу и ионосферу. Под влиянием различ.факто­ров воздух ионизируется и оказыв.сильное влиян.на распро­стр. радиоволн.

Ионосферасост.из неск.слоев. На высоте 60-80км наход.с.D, сущест.только днем. С.Е располаг.на высоте 90-130км. С.F имеет ночью вы­соту 250-350км, а днем раздел.на 2 слоя: F1 – на высоте 180-220км и F2 – на высоте 220-500км. Высота, толщина и проводимость ионизиров-х слоев различны в разное время суток и года из-за измен-я ионизирующ. действия солнеч.лучей. Чем больше ионизир.действие солнеч.лучей, тем больше проводимость и толщина ионизиров-х слоев и тем ниже они располагаются. Днем проводимость и тол­щина их больше, а высота над землей меньше, чем ночью. Летом проводимость и толщина ионосфер.слоев больше, а высота меньше, чем зимой. Ч/з каждые 11 лет на Солнце повторяется max солнечных пятен, явл-хся мощными источник. ио­низирующих излучений. В это время проводимость и толщина иони­зиров-х слоев достиг.max, и они располаг.ниже. Радиоволны, попадая в ионосферу, измен.свое направл. Происходит это из-за неоднород. характера ионосферы. В ио­носфере имеют.свобод.электроны и ее относительная диэлек­трич. проницаемость < диэл.прониц. неионизиров.воздуха. Из-за этого при переходе из воз­духа в ионосферу происх.преломл.волны, а т.к. кон­центрация электронов в верхних слоях ионосферы ↑, то волна, многократно преломляясь, возвращ.на землю. Кроме этого в ио­носфере происх.поглощ.энергии радиоволн. Радиоволны, попадая в ионосферу, вызыв.колебания находя­щ.там свобод.электронов. Совершая колебат.движе­ние, электроны сталкив.с тяжелыми частицами – ионами и мо­лекулами. При этом они теряют энергию, приобрет.от радио­волны, и передают ее этим частицам; ионосфера нагревается. Таким образом, часть энергии радиоволны в ионосфере теряется. Чем ↑ частота радиоволн, тем меньше скорость колебат.движения электронов. Кинетическая энергия, получаемая ими от ра­диоволны и отдаваемая затем тяжелым частицам, оказывается меньше. Поэтому с ↑ частоты потери энергии радиоволны в ионосфере ↓.

Влияние погоды на радиоволны

19.08.2015 20:26 |

Повышение квалификации

Польза, которую приносят нашей цивилизации радиоволны, поистине неоценима.

Однако практически с самого начала их использования во благо человечества скептики задаются вопросом: не приносят ли радиоволны вред организму человека? Множество исследований, проводимых разными научными группами, дают порой прямо противоположные результаты, поэтому единого мнения на этот счёт по-прежнему нет.

Радиоволны, выражаясь сухим научным языком, представляют собой электромагнитные колебания, которые распространяются со световой скоростью. Их частота может составлять от 100 кГц до 300 ГГц. Данный диапазон официально регламентируется как особыми документами РФ, так и международными соглашениями. Волнами эти колебания называют потому, что переменное электромагнитное поле непрерывно изменяет своё состояние, сродни волнам, которые мы привыкли видеть на поверхности воды.

Волновую природу имеют свет, звук и даже радиоактивное излучение. Магнитное поле земли же, наоборот, имеет постоянный характер.

Вот главные ключевые параметры, характеризующие радиоволны:

Частотой называют количество колебаний, которое электромагнитное поле совершает за одну секунду. Выражают её в герцах (сокращённое обозначение – Гц). Размах колебаний, совершаемых полем, выражают посредством амплитуды.

Она является значением наибольшего отклонения величины колебания от условного или фактического нуля. Что до модуляции, то она представляет собой изменение частотных характеристик волн с целью передачи с помощью радиоволн определённого вида информации, к примеру, звука. Не все звуки, которые передаются с помощью электромагнитного поля, могут быть услышаны человеческим ухом, поэтому специальный демодулятор радиоприёмника выделяет из всего потока колебаний, лишь те, которые могут быть преобразованы в слышимый звук.

Влияние радиоволн на организм и электроприборы

Кожный покров человека, точнее, его внешние слои, абсорбирует (поглощает) радиоволны, вследствие чего выделяется тепло, которое абсолютно точно можно зафиксировать экспериментально. Максимально допустимое повышение температуры для человеческого организма составляет 4 градуса. Из этого следует, что для серьёзных последствий человек должен подвергаться продолжительному воздействию довольно мощных радиоволн, что маловероятно в повседневных бытовых условиях.

Впрочем, отдельные части тела (к примеру, глазные яблоки) вследствие меньшего снабжения кровью менее приспособлены к отводу тепла.

Нетепловые эффекты от воздействия радиоволн также часто указываются в качестве возможных вредных факторов влияния на здоровье человека. Среди вероятных негативных эффектов озвучивают ухудшение кровообращения, затруднение деятельности головного мозга и даже генетические мутации. Кое-какие из этих предположений доказаны экспериментально, но дело заключается в том, что испытания проводились либо на животных, либо на клеточных культурах. Соответственно, вопрос о вредности нетермических эффектов от радиоволн для человека остаётся открытым.

Много говорится в околонаучных и научных кругах и о помехах, которые радиоволны могут создавать для электроприборов. Широко известно, что электромагнитное излучение препятствует качественному приёму телесигнала. Смертельно опасны радиоволны для владельцев электрических кардиостимуляторов – последние имеют чёткий пороговый уровень, выше которого электромагнитное излучение, окружающее человека, подниматься не должно.

Все приборы, позиционируемые производителями как защищающие от вредного воздействия радиоволн, на практике бесполезны. Единственно правильным способом является нахождение на максимально возможном расстоянии от передающей антенны. Установлено, что приближение к источнику излучения на близкое расстояние увеличивает дозу облучения чуть ли не в геометрической прогрессии.

Конечно, мы не можем рассмотреть абсолютно все рукотворные объекты, являющиеся излучателями радиоволн.

Но те, с которыми человек сталкивается в процессе своей жизнедеятельности, приведены ниже:

• мобильные телефоны;
• радиопередающие антенны;
• радиотелефоны системы DECT;
• сетевые беспроводные устройства;
• Bluetooth-устройства;
• сканеры тела;
• бебифоны;
• бытовые электроприборы;
• высоковольтные линии электропередач.

Частота волн, излучаемых «мобильниками», различается в зависимости от используемого стандарта мобильной связи: от 880 до 2170 МГц. У телефонов, работающих по стандарту GSM-900, мощность излучения не превышает 2 Вт, а по стандарту GSM-900 – 1 Вт. Частота модуляции стандарта GSM составляет 217 Гц, стандарт CDMA же работает в непульсирующем режиме.

Человек, говорящий по мобильному телефону, наверняка замечает, что у него нагревается ухо. Сила нагрева зависит от типа телефона и его антенны, а также мощности излучения. Степень такого излучения контролируется по специальному показателю SAR. Согласно нему, предельно допустимое значение мощности составляет 2 Вт на килограмм живого веса. Наиболее подвержены воздействию излучения от мобильных телефонов глаза.

В 2003 году исследования шведских учёных доказали, что радиоизлучение повреждает нервные клетки головного мозга и нарушает его токи. Немецкое федеральное ведомство по защите от радиоизлучений, правда, заявило, что не признаёт этих выводов, так как располагает другими данными. Также, исследования компании Interphone позволили утверждать, что между использованием мобильной связи и риском развития рака головного мозга нет никакой взаимосвязи. Не получили никаких весомых доказательств и предположения о том, что радиоволны, генерируемые мобильными телефонами, несут опасность для функциональности сперматозоидов и вызывают нарушения цепочек ДНК.

В России для определения максимально возможной мощности излучения мобильных телефонов существует понятие значения Плотности потока энергии (ППЭ), которое не должно превышать 500 мкВт на кв. см. Для минимизации вредного воздействия телефонов на организм, специалисты рекомендуют выбирать модели с меньшей мощностью излучения и использовать беспроводные гарнитуры.

Антенны, в основном, обладают мощностью излучения до 100 Вт. Предельно допустимые значения сводят к минимуму их вредное термическое воздействие. Австрийские медики заявляли, что имеется корреляция между мощностью используемых антенн и жалобами на головную боль от проживающих в округе людей.

Другая же группа учёных из Германии установила, что более склоны страдать от болей в голове как раз те люди, которые верят во вред радиоволн, испускаемых антеннами. Предельно допустимые значения излучения антенн для Украины составляют 2,5 мкВт/кв. см, а для России – 10 мкВт/кв. см.

Радиотелефоны системы DECT

Подобные радиотелефоны имеет рабочую частоту от 1880 до 1900 МГц. При максимальной плотности излучения в 250 мВт, показатель ППЭ для них равен 20 мкВт/кв. см. Современные модели гораздо лучше, нежели ранние, защищают человека от вредного воздействия радиоволн, снижая мощность излучения до безопасного уровня. Импульсы, генерируемые радиотелефоном настолько коротки во времени, что не могут причинять термического воздействия.

Как и в случае с мобильными аналогами, радиотелефоны не удалось «обвинить» в возникновении рака головного мозга. Предельно допустимые значения, требуемые для радиотелефонов, не отличаются от подобных ограничений, накладываемых на мобильные телефоны.

Сетевые беспроводные устройства

Устройства WLAN используют различную частоту, при её значении в 2400 МГц максимальная мощность излучения составляет 0,1 Вт, а при 5400 МГц – 1 Вт. Термическое воздействие на организм человека, учитывая удалённость устройств от тела, маловероятно.

Биологи утверждают, что волны, генерируемые сетевыми беспроводными устройствами, «перекрывают» диапазон альфа-волн человеческого мозга, но конкретных доказательств вредного воздействия найдено не было. Максимально допустимый уровень излучения WLAN-устройств составляет 0,08 Вт на килограмм живого веса.

Эти приборы имеют частоту около 2400 МГц при максимальной мощности излучения в 100 мВт. Достоверно известно, что термического воздействия приспособления Bluetooth практически не оказывают.

Что касается нетермических эффектов – нет никаких основательных и проверяемых данных об их опасности или безопасности. Показатель SAR составляет 2 Вт на килограмм живого веса.

Подобные медицинские устройства генерируют волны частотой от 10 ГГц до 1 ТГц. В процессе измерения мощность их излучения не превышает 6 мВ/м. В принципе, излучение появляется лишь в ходе измерения и делается это с целью усиления контрастности получаемого изображения. Данных о вреде такого маломощного излучения нет.

Данные устройства, называемые также «радионянями», генерируют волны различной частоты, в зависимости от типа модели. При частоте 455 МГц мощность излучения составляет 500 мВт, при 2,4 ГГц – 100 мВт. Нахождение устройства на некотором расстоянии от ребёнка и непродолжительное время его непосредственной работы (только при громком плаче малыша) делает его неопасным для растущего человеческого организма.

Впрочем, сомнения в вопросе безопасности вызывают лишь бебифоны, работающие по технологии DECT. Показатель SAR составляет 0,08 Вт на килограмм живого веса.

Собственно, радиоволны вызывают не сами приборы, а их электропровода, особенно опасны в этом плане электродрели, пылесосы, отопительные приборы и телевизоры с кинескопами. Частота волн, исходящих от шнуров питания составляет 50 Гц. Напряжённость электромагнитного поля вокруг работающих приборов возрастает в случае нахождения поблизости других устройств, потребляющих электроэнергию.

Влияние подобных волн на функции головного мозга и риска развития рака грудной железы, несмотря на проводимые исследования, доказано не было. Некую слабую корреляцию удалось установить между продолжительной и регулярной работой в зоне влияния низкочастотных волн и риском развития болезни Альцгеймера. Подобная взаимосвязь наблюдается и в плане риска заболевания лейкемией. Предельно допустимая норма напряжения электрического поля составляет 5000 Вт/м, а применительно к магнитным полям – 100 мкТл.

Высоковольтные линии электропередач

ЛЭП излучают волны частотой 50 Гц. Мощность генерируемых волн зависит от силы напряжения, при 400 кВ она не превышает 60 мкТл. С увеличением расстояния до провода напряжённость электрического поля снижается. Среди лиц, которые проживают на расстоянии меньше 50 метров от высоковольтных линий электропередач, отмечается повышенная склонность к появлению болезни Альцгеймера.

Среди детей, проживающих в таких местах, резко возрастает количество больных лейкемией. Показатель ППЭ для магнитных полей ЛЭП составляет 100 мкТл.

Влияние на распространение радиоволн

Существование многих видов радиоволн и их применение для радиосвязи становятся возможными только благодаря наличию ионосферы. Различные возмущения ионосферы оказывают существенное влияние на распространение радиоволн вплоть до их полного поглощения или отражения, в результате чего радиосвязь между отдельными регионами на Земле может иметь заметные помехи или вовсе отсутствовать в некоторых частотных диапазонах длительное время. Изменение состояния ионосферы при активных процессах на Солнце происходит за счет возрастания потока ионизирующего излучения от Солнца, как электромагнитного — в основном рентгеновского, гамма и ультрафиолетового излучения (достигает Земли за 8 минут), так и корпускулярного — солнечные космические лучи (достигают Земли за время от нескольких десятков минут до суток), а также за счет возрастания геомагнитной активности.

Изменение орбит спутников

Изменения орбит спутников происходит в результате нагрева верхней атмосферы, увеличения её размеров, возрастания концентрации и силы трения на отдельных участках траектории спутника. Это приводит к торможению спутника, изменению его орбиты и даже возможному падению. С этим эффектом связывается падение американского космического аппарата Скайлэб(Skylab) в 1979 г.

Геоиндуцированные токи

Магнитосферные и ионосферные электрические токи создают на поверхности Земли вариации геомагнитного и геоэлектрического поля, вызывающие так называемые геоиндуцированные (паразитные) токи (ГИТ) в длинных(многокилометровых) проводящих системах. Если в магнитоспокойное время эти вариации незначительны, то в магнитоактивные периоды ГИТ могут достигать десятки и даже сотни ампер, влияя на работу систем энергоснабжения, а также целого ряда других наземных технических систем, в которых длинные проводящие линии являются необходимым компонентом (трубопроводы, линии связи, железные дороги). Наиболее известной в этом смысле стала авария, вызванная магнитной бурей 13 марта 1989 г., в ходе которой 6 миллионов человек и большая часть промышленности канадской провинции Квебек на 9 часов остались без электричества.

Влияние на биологические объекты

Погодные условия, связанные как с космической, так и с земной погодой, представляют собой многофакторное воздействие на биологические объекты и организм человека, при этом реакция организма зависит от его магнито- и метеочувствительности, которые имеют различные индивидуальные пороги на протяжении жизни. При крайне низкой энергии воздействия факторов космической погоды по сравнению с факторами земной погоды (температура, давление и т. д.) гелиогеофизические факторы воздействуют на организмы опосредовано: гелиогеомагнитные ритмы завели «биологические часы», так же как освещенность и температура сформировали циркадианный (суточный) эндогенный ритм, а гелиогеомагнитные возмущения вносят «сбои» гелиогеомагнитных ритмов и должны вызывать реакцию адаптивного стресса у биологических объектов, в особенности, в состоянии их неустойчивости или болезни. Характерными мишенями геомагнитных и метеовоздействий являются кровеносная система, сердечно-сосудистая система, вегетативная нервная система, легкие, а основные группы риска: I — больные с патологией сердечно-сосудистой системы, в особенности, перенесшие инфаркт миокарда; II — здоровые люди с функциональным перенапряжением адаптационной системы (космонавты, летчики трансконтинентальных перелетов, операторы и диспетчеры энергетических станций, аэропортов и т. д.); III — дети в период бурного развития с несформировавшейся адаптационной системой.

Следует отметить, что прогноз и профилактика эффектов космической и земной погоды должны быть адресными, и адресоваться, в основном, специалистам, работающим с группами риска, для того чтобы не вызывать излишнего ажиотажа и ложных стрессов у мнительных, но не метео- или магниточувствительных людей, и применения профилактических и лечебных средств теми, кто в них не нуждается.

Влияние радиоволн на организм человека

Добрый день, друзья! Приветствую Вас на нашем обучающем Интернет-портале “С компьютером на “ТЫ”. Сегодня я постараюсь ответить на вопрос, который волнует большинство из нас – Как влияют радиоволны на наш организм?

Земной шар опутан сложной паутиной радиоволн. Их опасность (или безопасность) является темой пристального изучения учеными-физиками и дискуссий простых людей. Нет, пожалуй, ни одного компьютерного журнала и веб-сайта, где бы не обговаривалось влияние радиоволн на организм человека. Множество исследований проводилось разными государствами, их число измеряется десятками тысяч. Однако, однозначного ответа о том, что вредное влияние радиоволн на здоровье человека имеет место быть, до сих пор получить не удалось.

Чтобы понимать, о чем говорят ученые и почему эта тема так волнует большинство жителей планеты, следует разобраться в самой сути радиоволн.

Что такое радиоволны?

Это электромагнитное излучение, при помощи которого в радиосетях происходит передача данных. Оно переносит энергию через пространство. Длина волны имеет очень большой диапазон, она распространяется со скоростью света (300 000 км/сек). Радиочастотный спектр, используемый государством, определяется его регламентом, а также международными соглашениями. Частотам радиоволн присваивают условные названия. Они зависят от их длины и распределяются между определенными службами. Россия использует радиочастотный спектр в диапазоне 100 кГц — 300 ГГц.

Электромагнитные поля разделяются на 2 вида:

1. Постоянное . Самый яркий пример — электромагнитное поле Земли. Оно генерируется источниками, находящимися внутри нее. Среди ученых по геомагнетизму получила широкое распространение следующая версия: магнитное поле образуется в токах жидкого металлического ядра планеты. В тех местах, где оно имеет вертикальное направление, находятся магнитные полюсы — северный и южный. А прямая, которая проходит через них — это магнитная ось.

2. Переменное . Распространяется волнами, которые можно сравнить с волнами на воде. В отличие от постоянного, имеет способность отделяться от своего источника, распространяться в свободном пространстве и существовать отдельно. Со скоростью света вместе с ним переносится его масса и импульс.

Параметры радиоволн

• Частота . Определяет, сколько колебаний радиоволны происходит за единицу времени в 1 сек. То есть, сколько раз изменяется величина поля за 1 секунду. Измеряется в герцах (Гц). 1 Гц означает 1 колебание в секунду. Соответственно, 1 МГц — это миллион колебаний радиоволны в секунду.
• Длина волны . Когда радиоволны находятся в одинаковой фазе, можно определить расстояние между 2-мя точками, соответствующих этим фазам. Это значение и называется длиной волны, оно измеряется в метрах. Чем больше частота, тем меньше длина волны.
• Амплитуда . Показывает размах колебаний радиоволны относительно положения равновесия. Она убывает с увеличением расстояния.
• Модуляция . При помощи этого процесса волны несут звуковой сигнал. Он усиливается и передается в динамик. Она существует 2-х видов: частотная (ЧМ) и амплитудная (АМ).

По каким параметрам различается воздействие радиоволн на организм?

1. Термическое действие можно объяснить на примере человеческого тела: встречая на пути препятствие — тело человека, волны проникают в него. У человека они поглощаются верхним слоем кожи. При этом, образуется тепловая энергия, которая выводится системой кровообращения.

2. Нетермическое действие радиоволн . Типичный пример — волны, исходящие от антенны мобильного телефона. Здесь можно обратить внимание на опыты, проводимые учеными с грызунами. Они смогли доказать воздействие на них нетермических радиоволн. Однако, не сумели доказать их вред на организм человека. Чем успешно и пользуются и сторонники, и противники мобильной связи, манипулируя сознанием людей.

Негативное действие на мозг человека, его детородную функцию, состав крови и нервную систему учеными не доказано. Однако, регулярно медицинские общества Америки высказывают свои предположения о вредном действии радиоволн на сперматозоиды, объясняя это их возможным повреждением. При этом, другие исследования, проведенные компетентным в этом вопросе ученым, профессором Фальзоном, опровергли эти заявления. Также он заявил, опираясь на факты, о намеренной фальсификации результатов одной из сотрудниц.

Встречая на своем пути электроприборы, радиоволны проникают в них и могут оказаться причиной сбоя их работы. Например, чтобы люди, живущие с кардиостимулятором, не пострадали от радиоволн, в мире введено пороговое значение, которое запрещено превышать любому радиопередатчику.

Как можно защититься?

И все же, люди не ждут, когда ученые докажут им негативное влияние радиоволн на организм, они ищут способы защититься от него. При этом, особо эффективных пока не существует. Единственный действенный метод — находиться от них дальше. Доза излучения снижается пропорционально расстоянию: тем меньше, чем дальше от излучателя находится человек.

Как защититься от мобильного телефона, не отказываясь от него?

Существуют правила и нормативы, которыми определяется безопасная работа мобильного телефона. Причем, если в Европе они характеризуются степенью теплового воздействия на человека (например, во время разговора может нагреться ухо), обозначаемое SAR, то в России эти параметры измеряются плотностью потока энергии радиоволны (ППЭ).

Приобретая мобильный телефон, следует смотреть параметры именно этих значений. Они указываются в паспорте к телефону. Максимально допустимые:

• SAR 2 Вт/кг. Это означает не более 2 Вт на 1 кг веса человека.
• ППЭ 10 мкВт/кв.см.

Для разговора по телефону следует использовать беспроводную гарнитуру и выбирать параметры с допустимыми нормами излучения.

Стоит ли опасаться антенны операторов связи?

Люди скептически относятся к радиопередающим антеннам, которые устанавливают операторы мобильной связи для обеспечения своих услуг. Термическое воздействие на человека от этих устройств исключено ввиду того, что радиоволны распространяются в разные стороны. Суммарная их частота не превышает 100 Вт. Нетермическое воздействие изучали еще в 2006 г. австрийские ученые от медицины. Они отметили связь между нахождением людей вблизи от антенны и нарушением у них сна, а также наличием головных болей. Однако, выяснился факт самовнушения: чем больше люди внушали себе, что антенна им вредит, тем больше у них болела голова.

В антеннах применяются современные радиопередающие устройства, соответствующие мировым параметрам излучения. В мире не зарегистрировано ни одного доказанного факта их вреда.

Как быть с бебифоном?

Радиоустройство, применяемое в рамках одного помещения для того, чтобы мама могла услышать плач ребенка имеет частоту 445 МГц. Волны излучаются лишь в тот момент, когда ребенок плачет. В остальное время устройство их даже не излучает. Также оно не находится в непосредственной близости к малышу, поэтому говорить о термическом воздействии не приходится. Нетермические воздействия радиоволн учеными не определены.

DECT-телефоны.

Базовая станция излучает энергию лишь во время звонка. Их максимальная мощность достигает 250 мВт. Термическое воздействие значительно меньше, если сравнить с мобильным телефоном. При этом, импульсы очень короткие, что не может оказывать какое-либо вредное влияние на организм человека. Исследования не смогли привести в качестве примеров и доказательств правдивые результаты по поводу возникновения онкологических заболеваний головного мозга. Излучение DECT-телефонов не превышает 4 % от допустимой нормы.

Опасен ли bluetooth?

Наушник беспроводной радиосвязи имеет максимальную мощность излучения 2.5 мВт при допустимой 100 мВт. Отсутствует термическое воздействие. Нетермическое влияние радиоволн на человека ученым не известно.

Сетевые беспроводные устройства

Термическое действие маршрутизатора исключается в связи с достаточным расстоянием до тела человека и малой мощностью. О нетермическом влиянии не имеется конкретных данных, несмотря на регулярные исследования. Максимальная мощность излучения равняется 0.1 Вт при частоте 2400 МГц и 1 Вт при частоте 5400 МГц. Это менее 1 % от нормы.

Бытовые приборы (дрели, пылесосы) образуют эл.магнитные поля вокруг шнура питания при условии неграмотно установленной электропроводки. Чем больше мощность прибора, тем больше его воздействие. Защититься можно их расположением как можно более дальше от людей. Неиспользуемые приборы должны отключаться от сети.

ЛЭПы создают вокруг себя вредное эл.магнитное поле на расстоянии до 50 м. Поэтому, человек и особенно его жилище должны находиться от них не ближе этого значения. Иначе, есть риск проявления болезни Альцгеймера у взрослых и лейкемии у детей.

Влияние земной атмосферы на распространение радиоволн

Атмосфера - газообразная оболочка Земли, простирающаяся до высоты примерно 200000 км. По влиянию на распространение радиоволн в атмосфере выделяют три области:

· тропосферу (7…18 км);

· стратосферу (до 50…60км);

· ионосферу (60…350 км).

По способу распространения в атмосфере радиоволны делятся наповерхностные (земные),распространяющиеся вдоль поверхности Земли, и пространственные, идущие от антенны в пространство с последующим отражением от верхних слоев ионосферы.

В процессе распространения поверхностных волн их энергия частично поглощается Землей. Поглощение энергии тем больше, чем меньше длина волны. Поверхностные волны при распространении огибают земную поверхность и встречающиеся на пути препятствия. Это явление носит название дифракции.

При прохождении через слои атмосферы, имеющие различные диэлектрические постоянные, радиоволны преломляются подобно лучу света при переходе из одной среды в другую. В результате этого траектория волны искривляется. Отклонение радиоволн от прямолинейного направления называется рефракцией.

Радиоволны диапазонов ДВ, ГКМВ и ДКМВ могут быть поверхностными и пространственными, т. е. отраженными от слоев ионосферы.

Наиболее существенное влияние на распространение радиоволн (РРВ) оказывает ионосфера, состоящая из слоев D, E, F, имеющих различную степень ионизации (рис.2.3. 2.4.).

Слой D. Высота 60 - 80 км. Существует только в дневные часы. Критическая частота слоя D (т. е. самая большая частота радиоволны, которая при вертикальном падении на ионизированный слой последним отражается) около 0,7 Мгц (λ = 450 м). Волны длиной менее 450 мслоем D не отражаются. В целом роль слоя D в распространении радиоволн по сравнению с другими невелика.

Слой Е является наиболее устойчивым по отношению к суточным и годовым изменениям. Он существует зимой и летом в любое время суток. Высота почти постоянна. Нижняя граница на высоте 110 - 120 км. Критическая частота слоя около полудня достигает 4,5 МГц(λ = 70 м) .С наступлением темноты критическая частота снижается до 0,88 - 0,90 МГц(λ = 350 м).

Слой F1. Существует только летом и днем. Высота нижней границы около 200 - 250 км. Критическая частота 5,5 Мгц (λ = 50 м).

Слой F2.Подвержен сильным дневным и годовым изменениям. Зимой в дневное время расположен на высоте 220 - 240 км. В ночное время высота возрастает до 300 - 350 км. Критическая частота слоя колеблется от 3 МГц(λ = 100 м) ночью до 13 Мгц(λ = 23 м) в дневные часы зимних месяцев. Летом суточные изменения в слое F2 умереннее.

Классификация диапазонов радиоволн Таблица 2.1.

Диапазоны радиочастот	Диапазоны радиоволн	Виды РТС, использующие диапазон
Название	Границы	Название	Границы
Очень низкие частоты (ОНЧ)	VLF	3-30 кГц	Сверхдлинный (Мириаметровый) СДВ	10-30 км	РСДН «Омега»
Низкие частоты (НЧ)	LV	30-300 кГц	Длинный (Километровый) ДВ	1-10 км	РСДН типа «Лоран»
Средние частоты (СЧ)	MF	300-3000 кГц	Гектометровый (средний) ГКМВ	0,1-1 км	Радиокомпасы, Приводные радиомаяки (радиостанции), Средства ГКМВ связи
Высокие частоты ВЧ	HF	3-30 МГц	Декаметровый (короткий) ДКМВ	10-100 м	средства ВЧ связи
ОВЧ	VHF	30-300 МГц	Метровый МВ	1-10 м	АРП, VOR, РМС, средства ОВЧ связи
УВЧ	UHF	300-3000 МГц	Дециметровый ДЦВ	0,1- 1 м	РСБН, DME, ССН, РРС, ССС, ОРЛ-А, ВРЛ, БСПС
СВЧ	SHF	3-30 ГГц	Сантиметровый СМВ	1-10 см	ДИСС, ССН, ОРЛ-Т, РЛС ОЛП, ПРЛ, РРС, MLS

А Особенности распространения длинных радиоволн

К длинным относят радиоволны с длиной волны 1-10 км. Радиоволны этого диапазона распространяются поверхностным и пространственным лучами (рис.2.3).

Поверхностный луч хорошо огибает сферическую поверхность Земли и различные препятствия на ней, благодаря ярко выраженной дифракции радиоволн. Поглощение энергии поверхностного луча незначительно, поэтому он распространяется на большие расстояния.

Рис.2.3. Особенности распространения длинных и средних радиоволн

Пространственный луч отражается от слоя D (высота слоя 60 - 80 км) в дневное время и от слоя Е (высота слоя 110 -120 км) в ночное и может быть использован для радиосвязи. Ночью за счет отражения от слоя Е дальность связи возрастает. Из-за многократного отражения пространственного луча от Земли и ионосферы дальность распространения может быть достаточно большой. Однако, вследствие большого поглощения в ионосфере, требуется значительная мощность излучения. В диапазоне ДВ на качество принимаемых сигналов существенным образом влияют атмосферные и промышленные помехи.

Основные понятия по передаче информации

Средой распространения радиоволн может быть как естественная трасса, так и искусственная. Естественной трассой является земная поверхность, атмосфера или космическое пространство. Такая среда не поддается управлению, что весьма важно для организации радиосвязи. Пути распространения радиоволн по естественным трассам имеют вид:

Радиоволны (1) распространяются в непосредственной близости Земли называют земными. Наиболее заметное влияние на распространение радиоволн в атмосфере оказывают тропосфера и ионосфера. Распространение тропосферных волн (2) в тропосфере происходит вследствие рассеяния и отражения от неоднородностей тропосферы радиоволны (3) распространяются путем отражения от ионосферы, или рассеяния в ней называют ионосферными. Радиоволны 4,5 используются для радиолиний Земля-космос, космос-космос и не имеют специального названия. В свободном пространстве радиоволна обладает поперечной структурой, т.е. входящие в ее состав взаимосвязанные электрическое и магнитные поля перпендикулярны друг другу и направлению распространения. На рис.13 вектор E характеризует в некоторый момент времени направление электрического поля волны, вектор H-магнитного поля, вектор П-направление распространения э.м волны. Расположение вектора Е в пространстве характеризует поляризацию радиоволны. В зависимости от изменения направления вектора поляризация может быть линейной, круговой, эллиптической. При линейной поляризации вектор Е в процессе распространения остается параллельным самому себе, периодически меняясь по величине и направлению. Математический закон изменения вектора при условии, что в прямоугольной системе координат он изменяется в плоскости проходящей через ось Z, можно записать: Ez=Emcos(?t-kz) (1) или в комплексной форме: Ez=Em*(e**j)*cos(?t-kz) (2), где ?=2πƒ-κруговая частота, k=2π/λ – пространственная частота или волновой коэффициент. В общем случае величина k имеет смысл вектора и характеризует направление распространения волны. Закон изменения вектора H записывается аналогично в силу того, что только при этом условии возможно распространение радиоволн. В случае распространения линейно поляризованной волны вблизи раздела 2х сред различают вертикальную поляризацию если вектор E лежит в плоскости падения волны и горизонтальную, если вектор E параллелен границе раздела. Понятие поляризации относительное, в общем случае рассматривают волну поляризованную произвольно относительно границ раздела. В этом случае вектор Е раскладывают на две составляющие, одна из которых будет соответствовать вертикальной поляризации, а вторая – горизонтальной. При круговой поляризации вектор Е оставаясь постоянным по величине, вращается таким образом, что его конец описывает окружность. При эллиптической поляризации вектор Е меняется во времени по направлению и величине что его конец описывает эллипс.

Поляризация радиоволн определяется типом передающей антенны и физическими свойствами среды, в которой происходит распространение радиоволн. Только в космическом пространстве радиоволны распространяются как в свободном пространстве. В ином случае условие распространения определяется электрическими свойствами Земли и атмосферы, а также рельефом местности. Земная поверхность оказывает существенное влияние на распространение земных радиоволн. Ее элементарные свойства характеризуются в основном двумя параметрами: диэлектрической проницаемостью ? и проводимостью ?. Для земной поверхности однородной по глубине характерно постоянство параметров ? и ? во всем диапазоне радиоволн длиннее метровых. На дм и более коротких волнах ? уменьшается, а ? увеличивается с увеличением частоты. Наибольшее значение ? и ? имеют жидкие среды, а сухая почва, лед, снег, растительность имеют относительно малые значения ? и ?. Поэтому в зависимости от частоты радиоволн свойства земной поверхности меняются. Например для см диапазона морская вода считается диэлектриком, а влажная почва может рассматриваться как диэлектрик для метровых и более коротких волн. Параметры ε и γ определяют степень поглощения энергии радиоволны при распространении над земной поверхностью количественно потери энергии описываются коэффициентом поглощения α≈6πγ/√(ε). (3)

Физические потери обусловлены переходом энергии радиоволны в тепловую энергию движения молекул среды распространения. При распространении радиоволны в морской воде и влажной почве на низких частотах с повышением частоты коэффициент поглощения возрастает, на высоких частотах он перестает изменяться, как это имеет место в диэлектрике. Если э.м. волна падает на гладкую поверхность Земли, то она частично отражается от границы раздела сред и частично переходит в глубь второй среды. Поэтому в атмосфере имеются падающие и отраженные волны, а во второй среде – преломленная волна. При отражении волн может меняться ее поляризация, а преломленная часть волны поглощается средой. Отражение радиоволн от ровной плоской поверхности подчиняется закону геометрической оптики. Если поверхность земли не ровная, то радиоволны отражаются в различных направлениях, в том числе и в обратном. Рассеянный сигнал может иметь помимо составляющей той же поляризации, что и падающая волна составляющую ортогональную поляризацию. Поверхность считается ровной, если максимальная высота неровности hн удовлетворяет условию: hн<<λ/(8cosφ) (4). , γде ?-угол падения радиоволны. Для УКВ линии, при которой связь осуществляется только на расстоянии прямой видимости поднятие антенн над поверхностью земли позволяет увеличить протяженность связи. Для СВ и ДВ увеличение протяженности радиолиний обеспечивается дифракцией радиоволн, т.е. огибанием препятствий, встречающихся на их пути. Влияние тропосферы на распространение радиоволн также, как и в случае распространения земных радиоволн в основном определяется характером изменения диэлектрической проницаемости и проводимости среды, которые в свою очередь зависят от физико-химических свойств газов, входящих в тропосферу. Относительный газовый состав тропосферы остается постоянным по всей высоте, изменяется лишь содержание водяных паров, которые зависят от метеорологических условий и убывают с высотой. При распространении в тропосфере радиоволны см-го и более коротковолнового диапазона она теряет энергию вследствие поглощения каплями воды и рассеяния в них. При прохождении радиоволн в каждой капельке воды наводятся токи поляризации, которые обуславливают потери энергии. При этом каждая капля переизлучает э.м. волны, причем равномерно во все стороны, что и приводит к рассеянию мощности радиоволны. Мм- волны испытывают добавочное поглощение в молекулах водяного пара и кислорода. При распределении радиоволн в тропосфере наблюдаются искривления траектории волны, причем степень искривления и направления волны зависят от состояния тропосферы. Это явление искривления траектории называемое рефракцией объясняется изменением диэлектрической проницаемости ? и показателя преломления тропосферы с высотой. Представим тропосферу в виде тонких сферических слоев с неизменными в слое и отличающимися в разных слоях коэффициентами преломления. При прохождении радиоволны через границы слоев она будет преломляться. Если коэффициент преломления убывает с высотой, то угол преломления увеличивается, т.е. dn/dh<0, и имеет место положительная тропосферная рефракция. Если dn/dh>0, то имеет место отрицательная тропосферная рефракция и траектории радиоволн искривляются вверх от земли. При положительной тропосферной рефракции имеет место 3 частных случая: 1) нормальная рефракция 2) критическая рефракция 3) сверхрефракция Нормальная тропосферная рефракция происходит в нормальной тропосфере, параметры которой (P, t, влажность высота) соответствует некоторому среднему значению. Траектория распределения радиоволн при этом искривляется в сторону земной поверхности, что приводит к увеличению дальности радиолинии. Степень отклонения радиоволн зависит от длины волны и от состояния тропосферы. При некоторых условиях искривление такое, что радиоволна распространяется параллельно земле на постоянной высоте. Такой вид рефракции называется критической. При резком убывании коэффициента преломления с высотой происходит полное внутреннее отражение радиоволны от тропосферы, и она возвращается на землю. Это явление называется сверхрефракцией и наблюдается в диапазоне УКВ.

Когда область сверхрефракции занимает значительное расстояние над земной поверхностью УКВ может распространяться на весьма большие расстояния. Радиоволна в этом случае распространяется путем последовательного чередования 2х явлений: рефракции в тропосфере и отражения от земли. Это явление получило название распространение радиоволн в условиях тропосферного волновода. Такое волноводное распространение возможно для см и дм волн. Высота тропосферных волноводов может достигать несколько десятков метров. В тропосфере создаются и другие условия обеспечивающие дальнее распространение радиоволн. На высотах 1-3 км наблюдаются инверсионные слои, т.е. слои с резким изменением коэффициента преломления, которые могут отражать радиоволны. Толщина инверсионного слоя может колебаться от нескольких метров до ста метров. При этом коэффициент отражения имеет достаточную величину только для самых пологих лучей при малой толщине слоя по сравнению с длиной волны из этого следует что достаточная интенсивность отражений наблюдается на метровых волнах. Длинные волны отражаются слабее. Отражаясь от высоких инверсионных слоев радиоволны могут распространяться на расстояние до 200-400 км. Однако это явление, как и тропосферный волновод для создания регулярно действующей радиолинии ограничено нерегулярностью проявления. Более реальным является использование дальнего тропосферного распространения за рассеяния УКВ на неоднородностях тропосферы. Неоднородности тропосферы представляют собой области, в которых диэлектрическая проницаемость отличается от среднего значения для окружающей тропосферы. Неоднородности создают вторичное излучение, носящее многолучевой характер. Максимум переизлучения ориентирован в сторону первоначального распространения волны и лишь некоторая часть в сторону. Протяженность радиолинии в случае тропосферного рассеяния достигает 300-500 км. Такие радиолинии широко используются в настоящее время там, где нельзя установить промежуточные ретрансляционные станции (над проливами, в северных и мало населенных районах). Эти радиолинии обеспечивают хорошую надежность передачи телефонных и телеграфных сообщений. Влияние ионосферы на распространение радиоволн обуславливается двумя основными факторами - наличием неоднородностей и относительно высокой концентрацией электронов. Неоднородности ионосферы представляют собой некоторые области, электронная плотность в которых отличается от среднего значения на данной высоте. Размеры неоднородностей могут быть от нескольких метров до нескольких километров. В области D преобладают мелкие неоднородности размером до десятков метров, в слое Е до 200-300 м, а в слое F до нескольких километров. Хотя неоднородности ионосферы постоянно меняются, тем не менее они используются радиосвязи на метровых волнах на дальности 1-2 тыс. км. Наличие в ионосфере электронов и ионов определяет величину диэлектрической проницаемости, от которой зависит затухания ионосферных волн. Диэлектрическая проницаемость ионизированного газа всегда <1 и зависит от частоты радиоволны. ε≈1-81*Nэ/f 2 (5), где f- рабочая частота, Nэ – электронная плотность. Из формулы (5) видно, что при некотором значении электронной плотности диэлектрическая проницаемость может стать равной 0. Частота f 0 при которой ε=0 называется собственной частотой ионизированного газа. В этом случае формула (5) имеет вид: (6). При f<f 0 диэлектрическая проницаемость оказывается меньше 0. Это означает, что при этом радиоволны в ионизированной среде не распространяются, т.к. диэлектрическая проницаемость ионизированного газа зависит от частоты колебаний, то скорость распространения радиоволн также зависит от частоты. Среды в которых скорость распространения радиоволн зависит от частоты называются диспергирующими. В этих средах различают фазовую и групповую скорости распространения радиоволн. Фазовая скорость – это скорость перемещения фронта волны, т.е. геометрического места точек с постоянной фазой при распространении монохроматической волны. Для ионизированного газа без учета потерь фазовая скорость (7). Из формулы (7) видно что, каждой частоте соответствует своя фазовая скорость. Эта скорость > скорости света в свободном пространстве. Таким образом дисперсия волн проявляется при одновременном распространении нескольких монохроматических волн различных частот, что практически всегда имеет место. Спектральная составляющая радиосигнала в диспергирующей среде распространяется с разными фазовыми скоростями, что приводит к искажению сигнала. Групповая скорость – это скорость распространения максимума огибающей сигнала. Для ионизированного газа групповая скорость Uгр распространения волны в диспергирующей среде определяется выражением: (8). Γрупповая и фазовая скорости связаны соотношением: Uгр*Uф=с 2 (9) Т.о. в ионизированном газе радиосигналы распространяются со скоростью меньшей скорости света. Очевидно, что при распространении в ионосфере наибольшее искажение будут испытывать широкополосные сигналы, к которым относятся короткие импульсы.

Импульс 1 после прохождения через ионосферу приобретает форму 2. При распространении через ионосферу искажение вследствие дисперсии претерпевают импульсы длительностью в несколько секунд. А длительные телеграфные импульсы из-за дисперсии практически не искажаются. При распространении радиоволны через ионосферу ее траектория искривляется, при определенной диэлектрической проницаемости, электронной плотности, угле падения волны, ее рабочей частоте радиосигнал может отразиться от ионосферы. При этом угол падения Θ должен быть равен или превышать некоторый критический угол Θкр. Отражение радиоволн возможно и при нормальном падении на ионосферу и происходит оно на той высоте, где рабочая частота равна собственной частоте ионизированного газа. Чем больше электронная плотность, тем для более высоких частот выполняется условие отражения. Максимальная частота, при которой радиоволна отражается в случае вертикального падения на ионосферу, называется критической частотой f КР . Если рабочая частота больше критической, то при нормальном падении на ионосферу отражения не происходит и волна уходит в космическое пространство. Во время солнечных вспышек возникают ионосферные магнитные бури ухудшающие УКВ и КВ связь. Т.о. параметры тропосферы и ионосферы флуктуируют во времени. Это приводит к случайным изменениям амплитуды и фазы радиосигнала и вызывает их искажение. Флуктуация амплитуды сигнала называется замиранием.

Распространение средних волн (СВ)

СВ имеют =100-1000 м и могут распространяться как земными, так и ионосферными волнами. Земные радиоволны (РВ) СВ-диап-на испытывают значительные поглощения в полупроводящей поверхности Земли, что ограничивает их распространение расстоянием 500-700 км. Ионосферные РВ СВ-диап-на могут распространятся на гораздо большие расстояния, однако это имеет место в ночное время суток. Днём распространение СВ происходит практически только земной волной, т.к. ионосферная волна поглощается в слое D и быстро затухает. В ночное время слой D исчезает и СВ распространяются путём отражения от слоя Е ионосферы. Т.о. в диап-не СВ на некотором расстоянии от передатчика возможен одновременный приход земной и ионосферной волн (ИВ).

Вследствие того , что длина пути ИВ меняется по случайному закону при изменении электронной плотности ионосферы изменяется разность фаз волн, приходящих в некоторую точку приёма В. Если разность фаз земной и ИВ =0, то сигнал максимален, а если =180 о , то минимален. Такое изменение напряжённости поля, т.е. сигнала, называется ближним замиранием поля.

Возможен и другой вид замирания, так называемое дальнее замирание поля. Оно возникает в случае прихода в некоторую точку С (рис.18) ИВ путём одного (кривая 3) и двух (кривая 2) отражений от ионосферы. Изменение разности фаз этих двух волн так же приводит к колебаниям напряжённости эл. поля. Замирания тем глубже и чаще, чем короче  . Средняя длительность замираний в диапазоне СВ изменяется в пределах от 1с до 10-ков секунд.

Глубокие замирания в диап-не СВ сильно затрудняют приём передаваемой по радиолинии информации. Для борьбы с замираниями на передающей стороне радиолинии применяют специальные антенны, у которых максимум излучения прижат к земной поверхности. В этом случае зона ближних замираний удаляется от передатчика, а дальнее замирание вообще не возникнет, т.к. волна, пришедшая путём двух отражений будет сильно ослаблена. В радиоприёмных устройствах для борьбы с замираниями применяется автоматическая регулировка усиления (АРУ), которая обеспечивает поддержание постоянного уровня сигнала на выходе несмотря на значит. колебания напряжения на входе. Уменьшение уровня ионизации в зимние месяцы позволяет увеличить протяжённость радиолиний в СВ-диап-не зимой.

СВ находят многообразное применение для построения радиосвязи на относительно небольшие расстояния(до 1000 км). На СВ работают радиовещательные станции. В бортовых устройствах СВ используются для радиосвязи и радионавигации.

Распространение коротких волн (КВ)

К КВ относятся РВ с  =(10-100)м . Они могут распространяться как в виде земных (ЗВ), так и ионосферных волн (ИВ). Вследствие сильного поглощения в земн. поверхности и плохих условий дифракции земные РВ КВ диап-на распространяются на расстояния до 100 км. Над морем ЗВ испытывает меньшее поглощение, поэтому дальность КВ радиосвязи ув-ся до нескольких сот км. Если передающие и приёмные антенны поднять над земной поверхностью, поглощение ЗВ уменьшается, а дальность действия радиолинии будет доходить до 1000 км. Это имеет место, например, при радиосвязи между самолётами или между самолётом и землёй. Распространение КВ ионосферной волной происходит путём многократного последовательного отражения от слоя F ионосферы и земной поверхности. КВ не испытывают заметного поглощения при пересечении слоёв E и D, что обеспечивает возможность их распространения на сколь угодно большие расстояния. Для этого требуются радиопередатчики сравнительно небольшой мощности, что является ценной особ-тью КВ-диап-на. Еще одной особенностью этого диап-на является возможность создания направленного излучения РВ, что позволяет уменьшить излучение вдоль земной поверхности и, следовательно, уменьшить потери энергии.

Для связи ионосферной волной в КВ-диапазоне необходимо вып-е двух условий: 1.) волны должны отражаться от ионосферы (И); 2) они не должны сильно поглощаться в слоях И.

Эти условия влияют, прежде всего, на выбор рабочих частот.

Для отражения волны необходимо, чтобы электронная плотность И. была достаточной. Рабочая частота f  , при которой волны отразятся от ионосферы при заданной электронной плотности N Э и угле падения  0 равна:

Из этого условия выбирается максимальная применимая частота (МПЧ), являющаяся верхней границей рабочего диапазона. Нижняя граница рабочего диапазона определяется степенью поглощения КВ в И.. В диап-не КВ уменьшение поглощения происходит с повышением частоты. Наименьшая применимая частота (НПЧ) определяется из условия получения в некоторой точке пространства достаточной для приёма напряжённости ЭМ поля при данной мощности передатчика. Электронная плотность И. меняется в течение суток, поэтому днём рабочий диапазон волн 10-25м, ночью 35-100м. Необходимость правильного выбора длины волны усложняет организацию радиосвязи.

Для КВ радиолиний характерна ещё одна особенность – наличие так называемой зоны молчания. Зоной молчания (ЗМ) называют кольцевую область вокруг передатчика, в пределах которой невозможен приём РВ. Наличие ЗМ объясняется тем, что земные радиоволны 1 быстро затухают, а ИВ 2 приходят в некоторую точку земной поверхности на значительном удалении от радиопередатчика, т.к. для ИВ, падающих под малыми углами на И. не выполняется условие отражения (10) и они (рис. 19) уходят в космическое пространство. Пределы зоны молчания зависят от рабочей длины волны и уровня электронной плотности. Днём при связи на волнах в 10-25м ЗМ достигает 1000км, а ночью при связи на волнах 35-100м ширина ЗМ уменьшается до нескольких сот км. С увеличением мощности передатчика ЗМ так же уменьшается.

При распространении КВ, так же, как и в средневолновом диапазоне наблюдается явление случайного изменения во времени уровня сигнала, т.е. замирание. Сущ-ют замирания быстрые и медленные.

Быстрые замирания являются следствием многолучевого распространения РВ (рис 20а). Прежде всего причиной замираний служит приход в точку приёма РВ претерпевших одно и двукратное отражение от И.. Радиоволны 2 и 3 проходят разные пути, поэтому их фазы неодинаковы. Кроме того, изменение электронной плотности И. приводит к изменению длины пути каждой волны. Такие изменения происходят непрерывно, поэтому колебание напряж-ти эл. поля в диап-не КВ являются частыми и глубокими. Замирания радиосигналов вызываются также рассеянием РВ на неоднородностях И.(рис 20б) и интерференции рассеянных волн. ИВ-на КВ-диап-на под действием м. поля земли распадается на две составляющие – обыкновенную и необыкновенную, распространяющиеся с разными фазовыми скоростями (рис 20в). Интерференция составляющих магниторасщеплённой волны также приводит к замираниям. При отражениях от И. наблюдается также поворот плоскости поляризации волны. Если приёмная антенна принимает волны одной поляризации, то случайные изменения поляризации РВ-ны приведет к колебаниям уровня входящего сигнала. Все указанные причины замирания сигнала как правило действуют одновременно. Изменение поглощения РВ в И. также вызывает замирание, по времени проявления они медленнее.

Для борьбы с замираниями применяют направленные антенны, организуют приём радиоволн на разнесённые антенны, т.к. величина разноса порядка 10 обеспечивает надёжный приём. Эффективным является разнесение антенн по поляризации, т.е. приём РВ на две антенны, имеющие взаимно перпендикулярную поляризацию. При благоприятных условиях распространения КВ могут огибать земной шар один или несколько раз.

Тогда в точке приёма помимо основного сигнала с некоторым опозданием (0.1с) возможно появление такого же сигнала. Это явление, называемое радиоэхо ухудшает качество приёма радиосигналов. КВ нашли широкое и весьма многообразное применение прежде всего в организации дальней связи для радионавигации и радиовещания, в целях радиолокации для загоризонтного обнаружения объектов.

Распространение УКВ

К УКВ относят сравнительно большой диапазон волн =10-0.001м. Диапазон УКВ делят на поддиапазоны метровых (МВ), дециметровых (СМ), сантиметровых (СМ) и миллиметровых (ММ) волн. Каждый из поддиапазонов имеет свои особенности распространения, однако существуют общеосновные положения, свойственные всему диап-ну УКВ. Условия распространения УКВ определяются прежде всего свойствами трассы. УКВ слабо дифрагируют вокруг выпуклой поверхности Земли и крупных неровностей на ней и по этой причине распространяются на расстояния лишь незначительно превышающие дальность прямой видимости. Для того чтобы увеличить дальность УКВ-связи и уменьшить влияние окружающих антенну неровностей радиолинии стремятся поднять над земной поверхностью по возможности выше. Дальность действия радиолинии при этом с учётом атмосферной рефракции, определяется формулой

где h 1 , h 2 - высота поднятия антенн в метрах, D – дальность радиолинии в км. Если протяжённость УКВ радиолинии много меньше предельно возможной дальности прямой видимости, то сферичность Земли, рефракция в тропосфере не влияют на распространение РВ. Для подобных радиолиний характерны большая устойчивость и неизменность уровня радиосигнала во времени, если передатчик и приёмник стационарные. Если хотя бы один из абонентов УКВ радиолинии является подвижным объектом, то уровень радиосигнала меняется во времени вследствие изменении угла наблюдения при движении объекта и изрезанности (?) зоны излучения стационарной передающей антенны.

Если протяжённость УКВ радиолинии превышает пределы прямой видимости, то на качество её работы влияет сферичность Земли, явление рефракции, а также метеорологические условия. Сферичность Земли оказывает заметное ослабляющее действие, а тропосферная рефракция большей частью улучшает условия приёма. При нормальной тропосферной рефракции протяж-ть УКВ радиолинии может превышать пределы прямой видимости на 15. ДЛЯ наземных радиолиний с низко расположенными антеннами максимальная дальность распространения УКВ не превышает нескольких км. С антеннами , поднятыми на высоту порядка 20-25м максимальная дальность составляет 40-60 км. Для самолётов, летящих на средних высотах она равна 300-400 км. При распространении УКВ над пересечённой местностью препятствия ослабляют сигналы в том случае, если они перекрывают линию прямой видимости между антеннами приёмо-передающих устройств.

Вместе с тем, на трассах УКВ в горных условиях наблюдается явление улучшения распространения РВ. Например, на трассах протяжённостью 100-150 км проходящих через горы высотой 1-2 км наблюдается явление усиления препятствием. Это явление заключается в том, что интенсивность ЭМ поля радиоволны при некотором удалении за препятствие оказывается больше, чем в случае распространения без препятствия. Объясняется это тем, что вершина горы служит естественным пассивным ретранслятором.

Поле, возбуждающее вершину горы складывается из прямой волны 1 и отражённой волны 2. Волны дифрагируют на острой вершине и распространяются в область за гору. К месту расположения приёмной антенны А2 приходят волны 3 и 4, сумма которых значительно превышает уровень сигнала в этой точке пространства при распространении РВ без препятствия. Явление усиления препятствием экономически выгодно и позволяет организовать радиолинию в горах без ретрансляционной станции.

Распространение УКВ на большие расстояния (до 200-1000 км) возможно путём рассеяния на неоднородностях тропосферы, которые действуют как вторичные излучатели. Поле, создаваемое вблизи земной поверхности есть результат интерференции полей, переизлучённых большим числом неоднородностей. На неоднородностях тропосферы хорошо рассеиваются волны см. и дм. диап-нов. Волны метрового диап-на переизлучаются неоднородностями ионосферы.

Максимальная протяжённость радиолинии, использующей ионосферные волны метрового диап-на достигает 2000-2300 км. Такая радиосвязь имеет большое преим-во перед коротковолновыми линиями связи в возможности круглосуточной работы на одной частоте без заметных нарушений связи.

Сверхдальняя связь на УКВ может быть основана на использовании явления сверхрефракции в тропосфере. Если область сверхрефракции занимает значительный объём над земной поверхностью, то при этом обеспечивается распространение УКВ на большие расстояния в условиях, так называемого, тропосферного волновода. Такая связь имеет недостатки: 1) приём радиоволн возможен, если приёмник и передатчик находятся в пределах волновода; 2) нерегулярное появление волноводов не может обеспечить устойчивую связь на больших расстояниях.

Явление сверхрефракции имеет и негативную сторону. Оно может служить причиной взаимных помех, создаваемых станциями, работающими в см-ровом диап-не, а также помех радиолокационным станциям обнаружения воздушных объектов.

УКВ широко применяются на космических радиолиниях, подразделяющихся на виды Земля-космос и космос-космос. Межпланетная плазма оказывает слабое поглощающее или рассеивающее воздействие на радиоволны. На р/линии Земля-космос решающее значение имеет ослабление сигналов из-за большой протяжённости трассы и поглощения в атмосфере Земли. Для космических систем связи оптимальными являются волны длиной от 3 до 10 см.

В современных линиях радиосвязи УКВ занимают особое место, т.к. обладают рядом преимуществ по сравнению с РВ-нами других диап-нов:

1.Диапазон УКВ занимает очень широкий спектр частот, что позволяет разместить в нём большое количество одновременно работающих без взаимных помех радиосредств, а также маневрировать их рабочей длиной волны.

2.В диап-не УКВ возможно создание широкополосных радиолиний, таких как телевизионные линии или широкополосные радиолинии с ЧМ.

3.Применение УКВ позволяет сравнительно легко осуществлять остронаправленное излучение и приём радиоволн с помощью антенн относит-но небольших размеров.

4.Радиоприём на УКВ в меньшей степени подвержен воздействию атмосферных и промышленных помех.

5.Ограничение дальности распространения УКВ обеспечивает относительную скрытность передачи информации.

МВ и ДМВ используют для передачи ТВ изображений, для радиосвязи самолётов между собой и с наземными пунктами. См-ровые волны прим-ся для линий связи широкого назнач-я, для такой же связи применяются и мм-ровые волны.