Распространение радиоволн

Распространение радиоволн -процессы распространения электромагнитных волн радиодиапазона в атмосфере, космическом пространстве и толще Земли.

Подразделение радиоволн на диапазоны:

ВОЛНЫ	Диапазон длин радиоволн	Диапазон радиочастот	Термины
Декамегаметровые	1000 000…10 000 км	3…30 Гц
Мегаметровые	10 000…1000 км	30…300 Гц
Гектокилометровые	1000…100 км	300…3000 Гц
Мириаметровые	100…10 км	3…30 кГц	Сверхдлинные (СДВ)
Километровые	10…1 км	30…300 кГц	Длинные (ДВ)
Гектометровые	1000…100 м	300…3000 кГц	Средние (СВ)
Декаметровые	100…10 м	3…30 МГц	Короткие (КВ)
Метровые	10…1 м	30…300 МГц
Дециметровые	100…10 см	300…3000 МГц
Сантиметровые	10…1 см	3…30 ГГц	Ультракороткие (УКВ)
Миллиметровые	10…1 мм	30…300 ГГц
Децимиллиметровые	1…0.1 мм	300…3000 ГГц	Субмиллиметровые (УКВ)

Радиоволны, излучаемые передатчиком, прежде чем попасть в приёмник, проходят путь, который может быть сложным. Радиоволны могут достигать пункта приёма, распространяясь по прямолинейным траекториям, огибая выпуклую поверхность Земли, отражаясь от ионосферы, и т.д. Способы Р. р. существенно зависят от длины волны l, от освещённости земной атмосферы Солнцем и от ряда др. факторов (см. ниже).

Прямые волны. В однородных средах радиоволны распространяются прямолинейно с постоянной скоростью, подобно световым лучам (радиолучи). Такое Распространение радиоволн называется свободным. Условия Распространение радиоволн в космическом пространстве при радиосвязи между наземной станцией и космическим объектом, между двумя космическими объектами, при радиоастрономических наблюдениях, при радиосвязи наземной станции с самолётом или между самолётами близки к свободному.

Волну, излученную антенной, на больших расстояниях от неё можно считать плоской. Плотность потока электромагнитной энергии, пропорциональная квадрату напряжённости поля волны, убывает с увеличением расстояния r от источника обратно пропорционально r ², что приводит к ограничению расстояния, на котором может быть принят сигнал передающей станции. Дальность действия радиостанции (при отсутствии поглощения) равна: , где P_c — мощность сигнала на входе приёмника, Р_ш — мощность шумов, G₁, G₂ — коэффициенты направленного действия передающей и приёмной антенн. Скорость Р. р. в свободном пространстве равна скорости света в вакууме: с = 300 000 км/сек.

Дальность прямой видимости определяется: , где h1 и h2 – Высоты передающей и приемной антенн соответственно.

,П-вектор Умова-Пойтинга.
-энергия, излучаемая антенной.

- энергия, приходящая к антенне. - эффективная площадь раскрыва антенны.

, где -коэффициент направленного действия.

, .

При распространении волны в материальной среде (например, в земной атмосфере, в толще Земли, в морской воде и т.п.) происходят изменение её фазовой скорости и поглощение энергии. Это объясняется возбуждением колебаний электронов и ионов в атомах и молекулах среды под действием электрического поля волны и переизлучением ими вторичных волн. Если напряжённость поля волны мала по сравнению с напряжённостью поля, действующего на электрон в атоме, то колебания электрона под действием поля волны происходят по гармоническому закону с частотой пришедшей волны. Поэтому электроны излучают радиоволны той же частоты, но с разными амплитудами и фазами. Сдвиг фаз между первичной и переизлучённой волнами приводит к изменению фазовой скорости. Потери энергии при взаимодействии волны с атомами являются причиной поглощения радиоволн. Поглощение и изменение фазовой скорости в среде характеризуются показателем поглощения c и показателем преломления n, которые, в свою очередь, зависят от диэлектрической проницаемости e и проводимости s среды, а также от длины волны l:

(1)

Коэффициент поглощения b = 2pc/l, фазовая скорость u= c/n. В этом случае r_д определяется не только характеристиками передатчика, приёмника и длиной волны, но и свойствами среды (e, s). В земных условиях Р. р. обычно отличается от свободного. На Р. р. оказывают влияние поверхность Земли, земная атмосфера, структура ионосферы и т.д. Влияние тех или иных факторов зависит от длины волны.