В Бессонов - Радиоэлектроника для начинающих (и не только)

Передатчики в KB-диапазоне обычно модулируются в диапазоне звуковых частот, обеспечивающем качество лишь речевых передач.

В УКВ и FM-диапазонах ведется, как правило, художественное вещание. Применение частотной модуляции и относительно низкий уровень помех позволяют получить в этих диапазонах высококачественный радиоприем. Этим и объясняется применение стереофонического вещания в УКВ и FM-диапазонах, который, кроме того, позволяет выделить для вещательных радиостанций широкую полосу частот (в странах СНГ, например, стереофоническое вещание занимает полосу частот примерно 140 кГц).

Из-за малой длины волны радиоволны этого диапазона распространяются только на расстояние прямой видимости между антеннами. Если на пути распространения имеется препятствие, будь то лес, здание или холм, напряженность электромагнитного поля резко убывает. Естественно, возникает вопрос — где граница прямой видимости? Ответить на этот вопрос нетрудно: в том случае, если местность, над которой распространяются волны, представляет собой гладкую сферическую поверхность, например, море, степь ит. п., расстояние, где наступит предел прямой видимости, равно:

R пр= 3,57∙(√ h 1+ √ h 2), км

где h 1— высота передающей антенны в м; h 2— высота приемной антенны в м.

Для наглядности на рис. 11.2 показаны условия приема на трех кораблях. Корабль в пункте А ведет уверенный прием в зоне прямой видимости, корабль в пункте В — на границе этой зоны. Антенна корабля в пункте С находится за пределами прямой видимости, в зоне «тени». Гораздо сложнее определить зону уверенного приема на пересеченной местности. Представьте себе, что перед вами имеется модель рельефа местности вокруг передающей станции (скажем, телецентра). Если теперь в точку, где должна находиться передающая антенна, поместить миниатюрную осветительную лампочку, то устойчивый прием будет там, где виден свет этой лампочки. В реальных условиях при малых затенениях лампочки будет какой-то прием, потому что УКВ обладают большей способностью огибать препятствия по сравнению со световыми волнами (так как у них длина волны больше, чем у света).

Рис. 11.2. Наглядная демонстрация распространения УКВ

Земная поверхность существенно влияет на напряженность поля в месте приема. Если антенны приподняты над гладкой плоской поверхностью земли, то последняя отражает радиоволны подобно тому, как зеркало отражает свет. К приемной антенне приходят две волны (рис. 11.3) — прямая и отраженная. Длина пути этих волн различна, следовательно, будут различны и их фазы. Если волны приходят к приемной антенне в одной и той же фазе, то напряженность поля достигает наибольшего значения. Наименьшее значение получается в случае прихода волн в противофазе (вспомните трансформатор: если две вторичные обмотки соединить согласно, т. е. конец первой обмотки соединить с началом второй обмотки, то напряжение на них будет равно сумме напряжений на отдельных обмотках. Если же обмотки соединить встречно, т. е. начало первой обмотки соединить с началом второй обмотки, то результирующее напряжение будет равно разности напряжений на этих обмотках). В результате по мере удаления от передатчика напряженность поля то возрастает, то резко падает, и лишь начиная с некоторого расстояния, убывает плавно. На метровых волнах при небольшой высоте приемной антенны плавное спадание поля начинается уже на расстоянии нескольких километров от передатчика.

Рис. 11.3. Длина пути прямой и отраженной волн различны

Наибольший интерес представляет распространение УКВ и FM над неровной поверхностью (покрытой горами, оврагами, лесами, строениями и т. п.). Над такой местностью отраженный от земли луч будет в месте приема ослаблен, так как земная поверхность представляет собой уже «кривое зеркало». Помимо этого луча в точку приема могут приходить волны, отраженные от соседних высоких зданий и гор. Над неровной поверхностью зависимость напряженности поля от расстояния и высоты неопределенна и почти не зависит от длины волны.

Характер влияния местности можно себе представить, глядя на рис. 11.4, а , где показан реальный профиль местности перед телецентром и результат измерений напряженности поля на этой местности ( сплошная кривая на рис. 11.4, б ).

Рис. 11.4. а) Характер влияния местности на распространение УКВ; б)изменение уровня напряженности поля от расстояния для этой горной местности

В начале трассы местность ровная и напряженность поля убывает плавно так же, как над плоской поверхностью (ср. сплошную и пунктирную кривую). На расстоянии 8 км местность приподнята и напряженность поля растет. За холмом напряженность поля резко падает, это — область тени. За следующим холмом напряженность поля немного выше, чем поле, которое должно быть над плоской поверхностью. Это объясняется тем, что данный холм благодаря своим определенным геометрическим размерам «работает» как ретранслятор. Падающие на него волны он переизлучает во все стороны, в том числе и в область тени.

Первый признак приема УКВ и FM за пределами прямой видимости — неустойчивый уровень сигнала. Он подвержен в этой зоне замираниям, продолжительность и глубина может быть самой различной. Распространение УКВ и FM здесь почти полностью зависит от электрических свойств атмосферы. Поскольку ее состояние часто неустойчиво, то и принимаемый сигнал будет неустойчив, изменяясь в сложной зависимости от погоды. За пределами прямой видимости имеется некоторое электромагнитное поле за счет огибания (дифракции) земной поверхности радиоволнами. Однако напряженность такого поля быстро уменьшается по мере увеличения расстояния, и тем быстрее, чем короче волна.

При высоте приемной антенны 10…20 м напряженность дифракционного поля на расстояниях свыше 100…150 км пренебрежимо мала по сравнению с напряженностью поля, полученной благодаря дальнему тропосферному распространению УКВ и FM.

Тропосферой называют область атмосферы до высоты 10 км. Она характерна тем, что в ней по мере увеличения высоты, как правило, наблюдается понижение температуры, давления и влажности. Диэлектрическая проницаемость воздуха находится в зависимости от этих параметров и также уменьшается с высотой. Кроме того, в тропосфере наблюдаются отдельные неоднородности с диэлектрической проницаемостью, отличающейся от диэлектрической проницаемости окружающего воздуха, например, облака.