Длина волны от частоты

Расчет

Введите данные в какое-либо поле, остальные параметры будут расчитаны автоматически.
Если в какой-либо области изменения данных, другие автоматически пересчитываются.
В качестве десятичной запятой можно использовать как запятую, так и точку.

Обнаруженны NaN, проверьте, что вы ввели в поле
корректные данные, то есть без букв и других символов.

Коэффициент укорочения

Для расчета петель симметризационных и окурки коаксиального кабеля должны быть приняты во внимание коэффициент укорочения k. Для коаксиальный кабель с пеной диэлектрика
k = 0,81 и для кабеля с полиэтиленовым диэлектриком составляет k = 0,66.
Коэффициент укорочения не может быть равен нулю.
Если вы не понимаете антенная технологии, оставить укорочение фактора всегда 1.

Точность расчета

Расчет зависит от скорости распространения электромагнитных волн = скорость света. Для иллюстративных целей, расчет подсчитывает только округленное значение (в вакууме)
    c = 300 000 000 m/s
Для точных расчетов распространения в вакууме должны ввести:
    c = 299 792 458 m/s
Скорость распространения электромагнитных волн различных материалов ниже.

Формулы

(лямбда) λ = 300 / f [m]
f = 300 / λ [MHz]

λ … длина одной волны

T … время

Длина волны и частота

Дополнительная информация для расчета длины волны и частоты. можно найти в Википедии в соответствующих паролей (см ссылки ниже)

Расчет длины волны онлайн

Ссылки


Вот уж чем сейчас никого не удивишь, так это радиосвязью! Любой школьник бойко расскажет, что с помощью радиоволн люди разговаривают, находясь за тысячи километров друг от друга, смотрят в Москве или Иркутске прямые телевизионные репортажи из Америки, видят, что происходит на Луне, прощупывают поверхность Венеры и Марса.

Человек научился создавать электромагнитные колебания (радиоволны), зашифровывать информацию (звук или изображение) таким образом, что она просто становится особенностью самих радиоволн, заставлять радиоволны переносить эту информацию в желаемом направлении и на необходимое расстояние. В нужном месте специальный прибор улавливает радиоволны и извлекает зашифрованную в них полезную информацию. Так, в принципе, работает любая радиолиния. Она всегда состоит из трех главных элементов — радиопередатчика, радиоприемника и находящейся между ними среды распространения волн.

Роль радиопередатчика понятна — в нем, собственно говоря, и рождается радиоволна. Сердцем любого передатчика является «колебательный контур» — радиотехническое устройство, которое создает быстрое периодическое изменение во времени силы электрического тока, протекающего в элементах контура. Поскольку электрический ток обладает магнитным полем, столь же быстро меняется и само магнитное поле. Можно сказать, что радиопередатчик перерабатывает подводимую к нему электрическую энергию постоянного или переменного тока в энергию незатухающих электромагнитных колебаний.

Устройство для излучения радиоволн в пространство называется передающей антенной. Если антенна излучает равномерно во все стороны, она называется ненаправленной. Но чаще всего в практике радиосвязи применяются такие антенны, которые почти всю энергию излучают внутри узкого конуса, ось которого имеет определенную направленность.

Незатухающие электромагнитные колебания, вырабатываемые радиопередатчиком, естественно, имеют определенную частоту (число колебаний в секунду) и жестко связанную с частотой длину волны. Это значит, чем выше частота, тем меньше длина волны, тем волна «короче». Скорость радиоволн в пустоте равна 300 тыс. км/с. Частота радиоволн измеряется в особых единицах — герцах (в честь физика Генриха Герца). Одно колебание в секунду равно 1 Гц.

Электромагнитные колебания могут иметь очень высокую частоту, например свет — это тоже высокочастотные электромагнитные колебания. Радиоволнами называют только такие электромагнитные волны, частота которых меньше чем 3 • 105 млн. Гц, а следовательно, Длина волны больше 1 мм.

Радисты разделили радиоволны на отдельные участки или диапазоны. Впоследствии выяснилось, что Условия путешествия радиоволн в пространстве очень различны для волн  разной  длины. Первый диапазон — то сверхдлинные волны, волны-гиганты, длиной свыше 10 000 м.

Следующий диапазон — просто длинные волны, от 10 000 до 1000 м. Длинные волны — настоящие ветераны радиосвязи. Именно они применялись на заре радиотехники. Да и сейчас на длинных волнах передают радиовещательные программы, метеорологические сводки, сигналы для ориентировки судов. Частота таких волн от 30 до 300 кГц.

Третий диапазон образуют средние волны. Их длина составляет от 1000 до 100 м, а частота — от 300 кГц до 3 МГц.

Четвертый диапазон получил название коротких волн. В нем сгруппированы волны длиной от 100 до« 10 м.

Последний диапазон — ультракороткие волны, или сокращенно УКВ. Сюда входят волны длиной меньше 10 м — метровые, дециметровые, сантиметровые, миллиметровые. Ясно, что частота этих волн превышает 30 млн. колебаний в секунду, то есть 30 МГц, поэтому их часто называют еще колебаниями СВЧ — сверхвысокочастотными. Именно УКВ широко применяются для передач телевизионных программ, в радиолокации, радиоастрономии, космической радиосвязи.

Незатухающая волна, рождающаяся в генераторе радиопередатчика, выполняет роль «извозчика», она должна переносить информацию.

Такое у нее и название в радиотехнике — «несущая». Вся информация «грузится» на несущую волну в особом блоке передатчика — модуляторе. Модулятор преобразует звук или изображение в электромагнитные колебания (как правило, низкой частоты) и накладывает их на несущую частоту. Именно такая «промодулированная» волна излучается антенной в пространство.

В месте приема происходит обратный процесс. Приемная антенна «извлекает» из пространства промо-дулированную радиоволну, преобразует энергию радиоволн в энергию электромагнитных колебаний приемного колебательного контура. Этот контур находится в радиоприемнике. Здесь же радиоприемник выделяет из принятых колебаний те, которые возбуждаются нужным нам радиопередатчиком, усиливает и демодулирует их, то есть отделяет модулирующие колебания низкой частоты от высокочастотных несущих колебаний. Модулирующие колебания после их усиления подаются на воспроизводящее устройство — телефон, громкоговоритель, экран телевизора и т. п.

Таким образом, цепочка радиосвязи выглядит так: звук (изображение) — микрофон (телевизионная камера) — радиопередатчик — среда распространения — радиоприемник — телефон (телевизор) — звук (изображение). Скорость радиоволн настолько велика, что они способны за одну секунду семь раз обогнуть земной шар. Радиотехника развивается очень стремительно, быстро совершенствуются средства передачи и радиоприема, колоссально возрастают технические возможности быстрой и качественной передачи огромного количества самой разнообразной информации.

Однако существует такое звено, которое техническим усовершенствованиям не поддается и живет своей собственной, почти не подвластной нам жизнью. В то же время именно оно во многом определяет качество радиосвязи. И это звено — среда распространения, то есть почва, вода, атмосфера или космическое пространство. Специальная отрасль науки — распространение радиоволн — изучает влияние характеристик внешней среды на условия радиоприема.

Практически перед инженером, проектирующим радиолинию, всегда стоит вопрос, как обеспечить качественную передачу заданного объема информации между корреспондентами (один из них может находиться в подземной шахте, а другой — в районе Венеры или Марса) с заданной скоростью и надежностью. Прежде всего надо понять, в какой среде будут распространяться радиоволны, чтобы правильно выбрать диапазон рабочих волн. А для этого надо знать законы распространения волн.

В первые годы возникновения радиосвязи предпочтение отдавали длинным волнам. Считалось, что радиоволны распространяются, так же как и свет, то есть по законам оптики. А свет распространяется прямолинейно, и если световой луч способен обогнуть какой-либо предмет, расположенный на его пути, то только в том случае, когда размеры предмета сравнимы с длиной волны.

Желая осуществить дальнюю радиосвязь вдоль криволинейной поверхности Земли, радисты стремились к тому, чтобы волне было легче огибать эту поверхность, и применяли длинные волны.

Но стоил и стоит такой вид связи очень дорого — приходилось строить огромные громоздкие антенные системы (законы радиотехники таковы, что размеры антенны тоже определяются длиной волны) и мощные передатчики, занимающие целые здания и потребляющие значительное количество электроэнергии. И, конечно, нет ничего удивительного, что длинноволновых радиостанций сначала было очень мало.

Кроме того, очень скоро было обнаружено, что радиосвязь на длинных волнах не всегда возможна. Ведь путь радиоволн от передатчика до приемника часто бывает и длинным, и сложным. Волна идет над морем и над степью, над заснеженной тундрой и раскаленной пустыней, над горами и тайгой. Все эти участки подстилающей земной поверхности обладают различными электрическими свойствами и каждый по-своему влияет на распространение радиоволны.

Главную роль здесь играет поглощение энергии радиоволн за счет возникающих в подстилающей поверхности электрических токов. Бегущую над Землей вдоль ее поверхности волну так и называют — земной, поверхностной. При большом удалении от передатчика сила электромагнитного поля может ослабеть настолько, что волна затухает, и тогда приемная антенна не сможет ничего принять. Чем меньше длина волны, тем быстрее затухает поверхностная волна с увеличением дальности. Поэтому на короткие волны «серьезные» связисты сначала и внимания-то не обращали. Этот диапазон оставили для развлечения радиолюбителей, которые сами строили маломощные радиостанции с небольшими антеннами (волны-то короткие!) и устанавливали радиосвязь друг с другом.

Год 1901. Начало нашего века. Человечество еще не пришло в себя от изумления — только в 1895 г. изобретен способ передавать сигналы на расстояние без проводов. Это сделали русский физик Александр Степанович Попов и молодой итальянский инженер-изобретатель Гульельмо Маркони. В обиход входят новые, непривычные для слуха слова — «радио», «беспроволочный телеграф»… И вот Маркони задумывает смелый опыт — пытается осуществить радиосвязь не на какой-нибудь десяток километров, а на гигантские расстояния между континентами. Передатчик установлен в Англии, на полуострове Корнуолл. Приемное устройство — за тысячи километров, в Северной Америке, на полуострове Ньюфаундленд (красивое, кстати, название — в переводе с английского оно звучит как «Вновь найденная земля»).

С точки зрения теоретиков это был эксперимент, обреченный на неудачу. Не могли радиоволны через тысячи километров Атлантического океана обогнуть выпуклость земного шара, волна непременно должна была затухнуть. Таков был приговор строгой физической теории. Но, как это часто бывает, эксперимент с этим обстоятельством не посчитался. Радиосвязь на длинной радиотрассе через просторы Атлантики была осуществлена. И сила сигнала во много раз превышала расчетную! Пришлось ученым , срочно искать объяснение этому «чуду». Но объяснение могло быть только одно — распространяясь не только в стороны, но и вверх, радиоволны встретили на своем пути какое-то препятствие, экран, отразились от него и попали вновь на Землю на огромном расстоянии от радиопередатчика.

Длина волны

Что же это за экран, что это за зеркало вокруг нашей планеты, от которого радиоволны отражаются, как солнечный зайчик От зеркальца? Где оно находится? Как образуется? Всегда ли существует? На эти и еще тысячи вопросов предстояло получить ответ.

Итак, прежде всего где? Ясно было, что на достаточно большой высоте — более 100 км над поверхностью Земли.

Но что там? Атмосфера, воздух или что-то другое? Может быть, какое-то особое вещество, способное отражать радиоволны?

Казимировский Э. С.

 

Скорость — распространение — радиоволна

Cтраница 1

Скорость распространения радиоволн равна 3 10s м / с.  [1]

Скорость распространения радиоволн в свободном пространстве ( в вакууме) равна скорости света. Распространение радиоволн в других средах происходит с фазовой скоростью, отличающейся от с, и сопровождается поглощением электромагнитной энергии. Оба эффекта объясняются возбуждением колебаний электронов и ионов среды пор действием электрического поля волны. Если напряженность поля Е гармонической волны мала по сравнению с напряженностью поля, действующего на заряды в самой среде ( например, на электрон в атоме), то колебания происходят также по гармоническому закону с частотой со пришедшей волны. Колеблющиеся электроны излучают вторичные радиоволны той же частоты, но с другими амплитудами и фазами. В результате сложения вторичных волн с приходящей формируется результирующая волна с новой амплитудой и фазой. Сдвиг фаз между первичной и переизлученными волнами приводит к изменению фазовой скорости. Потери энергии при взаимодействии волны с атомами являются причиной поглощения радиоволн.  [2]

Скорость распространения радиоволн v c / j / Vji определяется относительной диэлектрической & и магнитной д / проницаемостью среды. Для реальных сред, с которыми связано распространение электромагнитных колебаний в радиолиниях ( воздух, почва, метеорологические образования), магнитная проницаемость х близка к единице.  [4]

Скорость распространения радиоволн в воздушном пространстве на удалении от земной поверхности, равном двум-трем значениям длины волны, близка к 300 000 км / сек.  [6]

Скорость распространения радиоволн в длинных лиииях не очень значительно отличается от 300 000 км / сек. Поэтому для задержки в 1 мксек требуется линия длиной в сотни метров, что неудобно. Обычно вместо длинных линий применяются искусственные линии ( см.), которые позволяют получать время задержки до нескольких микросекунд.  [7]

Скорость распространения радиоволн в длинных линиях не очень значительно отличается от 300 000 KMJCBK. Поэтому для задержки в 1 мксек требуется линия длиной в сотни метров, что неудобно.

Частота и длина волны

Обычно вместо длинных линий применяются искусственные линия ( см.), которые позволяют получать время задержки до нескольких микросекунд.  [8]

Изменение скорости распространения радиоволн в воздухе в зависимости от атмосферных условий незначительно и практически не имеет значения.  [9]

Так как скорость распространения радиоволн известна, то можно градуировать прямую А В прямо в единицах длины и непосредственно читать на экране ос циллографа расстояние до отражающего предмета.  [11]

Как зависит скорость распространения радиоволн от свойств среды, в которой волны распространяются.  [12]

Так как скорость распространения радиоволн известна — то можно градуировать прямую АВ прямо в километрах и непосредственно читать на экране осциллографа расстояние до отражающего предмета. В действительности радиолокатор посылает не однократный сигнал, показанный на рис. 65, а ряд таких сигналов, следующих друг за другом через равные промежутки времени много ( например, тысячу) раз в секунду. Развертка тоже делается периодической и синхронной с посылкой сигналов. Таким образом, изображения посылаемого и принимаемого ( отраженного) сигналов воспроизводятся на экране — осциллографа много раз в секунду и воспринимаются наблюдателем как непрерывная картина.  [14]

Страницы:      1    2    3    4

«Область акустических колебаний, способных создавать ощущение звука при воздействии на орган слуха, ограничена по частоте. Для большинства людей от 18 до 25 лет, обладающих нормальным слухом, полоса частот колебаний, воспринимаемых в виде звука, лежит, с некоторыми отклонениями, в пределах между колебаниями с частотой 20 Гц (низшая граничная частота) и 20000 Гц (высшая граничная частота). Эту полосу частот принято называть звуковым диапазоном, а частоты, лежащие в его пределах — звуковыми частотами.

Колебания с частотами менее 20 Гц, называются инфразвуковыми, а колебания с частотами более 20000 Гц — ультразвуковыми: Эти частоты наш слух не воспринимает, однако, известно, что "инфразвук" оказывает определенное влияние на эмоциональное состояние слушателя. К сожалению, инфразвуковые частоты, которые, как показали современные исследования, в составе колебаний музыки и речи присутствуют, воспроизвести с магнитофонных записей, по техническим причинам, невозможно.

Это не единственное и, пожалуй, не самое главное, но все же препятствие, не позволяющее достичь при прослушивании музыки, переданной через электроакустическую систему, того же эмоционального воздействия, какое испытывает слушатель в концертном зале.

Частота звуковых колебаний определяет высоту (тон) звука: самые медленные колебания воспринимаются как низкие, басовые ноты; самые быстрые — как высокие звуки, напоминающие, например, комариный писк. Следует заметить, что люди не одинаково хорошо слышат все частоты звукового диапазона. Так, с возрастом, верхняя граница слышимых частот значительно понижается. Звуковой диапазон частот определяет предельные возможности слуха человека, выявленные с помощью многочисленных исследований и усреднения результатов многих опытов, проведенных со слушателями различных возрастов и с разной тренировкой.»- пишет Б.Я.Меерзон -«Акустические основы звукорежиссуры». Уч. изд. ГИТР

«Эквалайзер — устройство коррекции тембра сигнала, изменяющее амплитуды его частотных составляющих. Изначально эквалайзеры применялись чисто технически, для коррекции амплитудно-частотной характеристики неидеального звукового тракта. Однако вскоре они стали использоваться и творчески — для создания нужных тембров или аккуратного совмещения инструментов в фонограмме.

Основным параметром эквалайзера является амплитудно-частотная характеристика (АЧХ, частотная характеристика, frequency response). Она показывает, насколько эквалайзер усиливает или ослабляет те или иные частоты входного сигнала.

Наиболее распространенными типами частотных характеристик эквалайзеров являются «колокол» (bell), «полка» (shelf), обрезные НЧ- и ВЧ-фильтры (low-pass, high-pass), показанные на рис рисунке. (В отечественной литературе фильтром низких частот называется фильтр, пропускающий низкие частоты и подавляющий высокие частоты (low-pass). Аналогично с фильтром высоких частот (high-pass).)

По типу управления частотной характеристикой эквалайзеры делятся на параметрические и графические.

В параметрических эквалайзерах пользователь может выбирать одну из имеющихся форм АЧХ и задавать ее параметры: центральную частоту, коэффициент усиления и добротность.

Центральная частота — это частота центра «колокола» или частота, на которой происходит изгиб АЧХ (для «полок» и обрезных фильтров — это обычно точка уровня −3 дБ).

Коэффициент усиления для «колокола» задает усиление на центральной частоте, а для «полки» — в полосе усиления/подавления.

Добротность для эквалайзера типа «колокол» задает ширину усиливаемой или подавляемой полосы частот и определяется как отношение центральной частоты к ширине этой полосы, лежащей в пределах 3 дБ от коэффициента усиления на центральной частоте. Обозначается добротность обычно буквой Q. Аналогичная величина для «полок» и обрезных фильтров называется «крутизной спада» АЧХ и измеряется в децибелах на октаву. Увеличивая добротность, можно превратить фильтр-колокол в т.н. notch-фильтр, или режекторный фильтр, подавляющий конкретную частоту или очень узкую полосу частот. Комбинируя несколько эквалайзеров, можно получить более сложные формы АЧХ.

В графических эквалайзерах пользователь «рисует» требуемую АЧХ непосредственно на дисплее или с помощью набора регуляторов усиления на различных частотах.

Параграфические эквалайзеры — это гибрид параметрических и графических эквалайзеров.

Они, как правило, позволяют управлять коэффициентами усиления с помощью ползунков (или в графическом виде на дисплее), но при этом имеют настройки добротности и центральной частоты для каждой полосы.

Большинство аналоговых эквалайзеров вносят в сигналы частотно-зависимый сдвиг по времени. Другими словами, различные частотные компоненты сигнала задерживаются на различное время. Как правило, это нежелательный эффект, т.к. если на вход поступает импульсный сигнал (резкий удар или щелчок), то и на выходе желательно получить импульс, не размазанный во времени.

Фазово-частотная характеристика (ФЧХ, фазовая характеристика, phase response) показывает, насколько меняется фаза сигнала при прохождении через эквалайзер. 

Для большинства аналоговых эквалайзеров можно построить ФЧХ по известной АЧХ. При этом наибольшие изменения в ФЧХ происходят в местах быстрого изменения АЧХ. Это означает, что чем сильнее вмешательство в частотный диапазон, тем сильнее будут проявляться фазовые искажения — в обиходе часто говорят, что эквалайзер «крутит» фазу. 

Частотными компенсаторами пользуются не только для речевой фонограммы.

Как рассчитать длину волны, зная частоту?

Их применяют также для корректи­ровки шумов, а в некоторых случаях — музыки.

Наличие в пультах перезаписи фильтров, резко отсе­кающих низкие и высокие частоты, позволяет корректиро­вать такие дефекты, как низкочастотные помехи, иногда ~ высокочастотный шум и др.

Включение в речевой канал фильтра, круто обрезающего низкие частоты (фильтр ВЧ), в ряде случаев облегчает сглаживание «разнобоя» речевой фонограммы в области низких частот.

Комбинация фильтра ВЧ с фильтром, подавляющим узкую полосу около 200 Гц, позволяет избавиться от не­приятной для слуха глухой бочковатости, свойственной небольшим ателье речевых озвучений.

Включение фильтра присутствия, приподнимающего частоты в области 2000—4000 Гц, сообщает голосам свое­образную рельефность, выделяя их на фоне других зву­ков. Сказывается, по-видимому, эффективность формант: усиление этих обертонов придает голосу серебристый от­тенок, силу и звонкость. Наибольшей чувствительностью слух обладает к частотам в области 2000—4000 Гц и если в голосе исполнителя формант, лежащих в этой полосе, побольше, то при одной и той же акустической энергии он будет выигрывать в звонкости и громкости.-

Иной раз чрезмерное обилие свистящих в первичной записи речи удается скорректировать фильтром, подавляю­щим узкую полосу частотной характеристики в области 3000 Гц. В то же время известны случаи, когда кажущееся обилие свистящих звуков, как это ни парадоксально, устра­нялось именно подъемом частотной характеристики ее стороны высоких.

Так или иначе, какие бы комбинации фильтров ни применялись, надо, чтобы речь звучала «остро», зубные или шипящие звуки были четкими и даже слегка подчеркнутыми; без этого речь в фильме может быть неразборчивой.

Режекторными фильтрамиможно вырезать (подавить) очень узкий участок в различных местах частотной полосы и, не ухудшая практически общего качества звукопередачи, вы­править тем самым некоторые технические дефекты фонограмм.

Пример использования. По одной только громкости нельзя судить о расстоянии до источника звука. Так, голос на открытом воздухе и в негулких помещениях доходит до слушателей с потерей низких частот. Поэтому, ослабляя фильтрами низкие час­тоты, иногда можно добиться эффекта отдаленного звука, если в первичной фонограмме речь звучит близко.

Также простое регулирование громкости не дает и полноценного впечатленияприближения или удаления оркестра. В естественных условиях меняется не толькоинтенсивность звучания, но также окраска и соотношение прямых и отраженных звуков. Вспомним эффект приближения ду­хового оркестра на улице, когда вначале слышны одни только басовые звуки (туба, большой барабан), и только вблизи становятся различимы инструменты высоких ре­гистров.

Многообразие цифровых эквалайзеров, как аппаратных, так и программных, показало, что параметрические и графические эквалайзеры не имеют существенного преимущества друг перед другом в качестве звучания — и в том, и в другом лагере попадаются удачные и неудачные модели. Определяющей составляющей качества эквалайзера является его управляемость, особенности алгоритмов и способность контроля параметров прибора: АЧХ, ФЧХ, импульсной характеристики.»- написал А.Лукин. «Цифровые эквалайзеры «. «Звукорежиссёр»

Читать далее

§ 4.9. Преломление и отражение радиоволн в ионосфере

Электронная плотность ионосферы сначала возрастает с высотой над земной поверхностью, на высоте 300÷400 км имеет максимум, а затем убывает, как это схематически показано на рис. 4.10, а. Следовательно, диэлектрическая проницаемость ионосферы убывает с высотой, имеет минимум на высоте максимума электронной плотности и возрастает до единицы при дальнейшем увеличении расстояния от Земли (рис. 4.10, б). В неоднородной среде траектория волны искривляется, что может привести к отражению радиоволн.


Рис. 4.10. Изменение параметров ионосферы с высотой: а — электронная плотность; простой слой; аппроксимация параболическим законом; б — диэлектрическая проницаемость для трех рабочих частот

Рассмотрим траекторию распространения волны в неоднородной ионосфере, свойства которой меняются с высотой, а в горизонтальном направлении остаются постоянными. Для простоты будем считать земную поверхность и ионосферу плоскими.

Разобьем ионосферу на тонкие слои, в пределах каждого из которых диэлектрическую проницаемость будем считать постоянной (рис. 4.11, а). Тогда уравнение движения волны запишется так же, как для случая распространения радиоволны в слоистой тропосфере [см. уравнение (3.22)].


Рис. 4.11.

Калькулятор расчета длины волны по известной частоте

Отражение радиоволн от плоской слоистой ионосферы: а — схема ступенчатого изменения ε ионосферы с высотой; б — отражение радиоволн от ионосферы при различных углах падения θ01 < θ02 < θ03

При уменьшении толщины слоев, т. е. при плавном изменении ε траектория волны в пределе обратится в кривую. При убывании ε с высотой на каждый последующий слой волна будет падать под все большим углом, так что на некоторой высоте могут создаться условия для полного внутреннего отражения и волна пойдет параллельно границе раздела слоев. При небольшой неоднородности ионосферы направление волны может отклониться вниз и тогда волна, преломляясь, вернется на Землю, т. е. произойдет отражение волны (рис. 4.11, б).

Таким образом, в ионосфере отражение радиоволн происходит не на границе воздух — ионизированный газ, а в толще ионизированного газа. Отражение может произойти только в той области ионосферы, где диэлектрическая проницаемость убывает с высотой, а следовательно, электронная плотность возрастаете высотой, т. е. ниже максимума электронной плотности ионосферного слоя.

Выясним соотношение между электронной плотностью, углом падения волны на нижнюю границу ионосферы и рабочей частотой, которое должно быть выполнено, для того чтобы произошли отражения радиоволн от ионосферы. Угол полного внутреннего отражения согласно выражению (1.73) при плавном изменении диэлектрической проницаемости с высотой близок к 90°, поскольку sin θкр ≈ 1.

На нижней границе ионосферы величину εсв можно принять равной единице. Тогда из уравнения траектории волны (3.22) можно записать условие отражения:

Условие отражения связывает угол падения волны на нижнюю границу ионосферы с диэлектрической проницаемостью в толще самой ионосферы, на той высоте, где происходит отражение волн.

Перепишем условие отражения, подставив в него выражение (4.6) для диэлектрической проницаемости ионизированного газа (потери энергии не учитываются)

Следовательно, при определенной электронной плотности волна данной частоты отразится только в том случае, если угол падения θ0 равен или превышает величину, определяемую (4.40). Чем больше электронная плотность Nэ, тем при меньших значениях угла 60 возможно отражение. Угол θ0кр, при котором в данных условиях еще возможно отражение, называют критическим углом (рис. 4.12).

Из выражения (4.40) можно определить максимальную рабочую частоту волны, которая отразится от ионосферы при заданных величинах электронной плотности и угла падения волны на слой:

Чем больше угол падения волны на ионосферу, тем большая электронная плотность требуется для отражения и тем на большей высоте происходит отражение (см. рис. 4.11, б).

Если волна падает нормально на слой ионосферы, то с учетом (4.7)

При нормальном падении волны отражение происходит на той высоте, где рабочая частота равна собственной частоте плазмы и, следовательно, ε = 0. Из (4.41) и (4.42) видно, что для отражения волн, посланных нормально и под углом 6 к ионосфере, нужна одна и та же электронная плотность, если f0 = f0/cosθ0. Отражение этих волн происходит на одной и той же высоте.

В случае одной и той же электронной плотности ионосферы при наклонном падении может отразиться волна, частота которой в sec θ0 раз превышает частоту волны, отражающейся при вертикальном падении на слой:

f0 = f0 sec θ0. (4.43)

Это соотношение называется законом секанса.

Чем больше электронная плотность, тем для более высоких частот выполняется условие отражения.

Максимальная частота, при которой волна отражается в случае вертикального падения на ионосферный слой, называется критической частотой fкр (отражение происходит вблизи максимума ионизации):

Если рабочая частота больше критической, то при нормальном падении волны на ионосферу отражения не происходит и волна уходит в космическое пространство. Коэффициент отражения равен нулю.

Таким образом, коэффициент отражения волны от ионосферы меняется в зависимости от частоты скачком при f = fкр. Если рабочая частота меньше критической, то происходит полное отражение волны от ионосферного слоя. Коэффициент отражения равен единице. При наклонном падении волны ионосфера прозрачна для частот, превышающих максимальную частоту [см. уравнение (4.41)].

При распространении радиоволн на большие расстояния условия отражения необходимо рассматривать с учетом сферичности Земли и ионосферы. Уравнение траектории волны в сферически слоистой среде описывается уравнением (3.19), которое применительно к ионосфере (см. рис. 4.12) можно переписать в виде


Рис. 4.12. Условие отражения радиоволн от ионосферы с учетом сферичности Земли и ионосферы

Полагая √ε(h0) = 1 и учитывая, что при отражении sin θкр = 1, получаем условие отражения:

где z0 — высота точки отражения над нижней границей ионосферного слоя.

Подставляя в (4.45) выражение для ε (4.8) и решая относительно частоты, получаем соотношение между частотами радиоволн, отражающихся в случае вертикального и наклонного падения на ионосферу при одной и той же электронной плоскости:

Максимальная частота волны, отражающейся при наклонном падении на ионосферу,

Частота f0max зависит от критической частоты, высоты отражающего слоя и угла падения волны на ионосферу.

Формулу (4.46) приводим к виду, аналогичному (4.43):

f0 = K f0 sec θ0, (4.48)

где  

— поправочный коэффициент, учитывающий сферичность Земли и ионосферы.

Сферичность Земли и ионосферы ограничивает максимальный угол падения волны на ионосферу.

Из рис. 4.12 видно, что волна, направленная по касательной к Земле, падает на ионосферу под наибольшим возможным при данной высоте слоя углом θ0max. Из треугольника АОВ имеем

То обстоятельство, что волна не может быть послана под углом, большим θ0max, приводит к ограничению рабочего диапазона.

При заданной электронной плотности Nэ max может отразиться волна, частота которой не превышает

Так, если отражение происходит на высоте 200 км, то отношение

f0max max/fкр ≈ 4.

Практически от ионосферы могут отражаться волны длиннее 10 м.

Ответ:

Все электромагнитное излучение, длина волны которого больше полумиллиметра, относится к радиоволнам. Это – длинноволновый конец электромагнитного спектра.

Радиоволны в значительной степени без проблем проходят сквозь земную атмосферу, и лишь некоторые из радиоволн, которые называют короткими, отражаются от ионизованного слоя земной атмосферы.

Благодаря этому отражению возможна связь между радиостанциями, расположенными на противоположных точках планеты.

Важнейшим свойством электромагнитных волн является их способность распространяться в окружающем пространстве со скоростью, близкой к скорости света с = 3*108 м/сек.

Расстояние, на которое распространяется волна за время одного колебания тока в антенне, называется длиной волны.

Длина волны l зависит от частоты колебаний (или периода колебаний) тока в антенне:

l =сТ, или l = с/Т.

Чем больше частота тока в антенне, тем меньше длина излучаемых радиоволн, и наоборот.

Зная длину волны, нетрудно вычислить частоту тока в антенне:

f=c/l .

Для практических расчетов очень удобны следующие формулы:

f=300/l и l =300/T

где: f — частота колебаний, МГц; l — длина волны, м.

Электромагнитные волны, занимающие спектр частот примерно от 3*103 до 3*1012 Гц, называются радиоволнами. Так как в зависимости от длины радиоволн изменяются особенности их распространения, весь спектр радиоволн разбивают на отдельные диапазоны, наименования которым даны по длинам волн.

Международными соглашениями весь спектр радиоволн, применяемых в радиосвязи, разбит на диапазоны:

Диапазон частот Наименование диапазона (сокращенное наименование) Наименование диапазона волн Длина волны
3–30 кГц Сверхдлинные волны (ОНЧ) Мириаметровые 100–10 км
30–300 кГц Длинные волны (НЧ) Километровые 10–1 км
300–3000 кГц Средние волны (СЧ) Гектометровые 1–0.1 км
3–30 МГц Короткие волны (ВЧ) Декаметровые 100–10 м
30–300 МГц УКВ 1 (ОВЧ) Метровые 10–1 м
300–3000 МГц УКВ 2 (УВЧ) Дециметровые 1–0.1 м
3–30 ГГц УКВ 3 (СВЧ) Сантиметровые 10–1 см
30–300 ГГц УКВ 4 (КВЧ) Миллиметровые 10–1 мм
300–3000 ГГц Гипервысокие частоты (ГВЧ) Децимиллиметровые 1–0.1 мм

Но эти диапазоны весьма обширны и, в свою очередь, разбиты на участки, куда входят так называемые радиовещательные и телевизионные диапазоны, диапазоны для наземной и авиационной, космической и морской связи, для передачи данных и медицины, для радиолокации и радионавигации и т.д. Каждой радиослужбе выделен свой участок диапазона или фиксированные частоты.


⇐ Предыдущая3456789101112Следующая ⇒


Дата публикования: 2015-01-26; Прочитано: 817 | Нарушение авторского права страницы



studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2018 год.(0.001 с)…

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *