Диапазоны электромагнитных волн: Мириаметровые волны (СДВ) (стр. 2 из 2)

Рис.1.2. Распространение сверхдлинных волн в волноводе Земля — ионосфера

Рис. 1.3. Зависимость напряженности электрического поля СДВ от расстояния: 1 — без учета поглощения; 2 — с учетом поглощения

Расчет напряженности электрического поля сверхдлинных волн обычно ведут по эмпирическим формулам, чаще всего по формуле Остина. По формуле Остина можно рассчитать напряженности электрического поля длинных волн в дневное время для расстояний до 16000—18000 км над морем и сушей, причем в последнем случае начиная с расстояний 2000—3000 км.

Формула Остина имеет следующий вид:

Em = ××e - ×r (км) , где угол q обозначен на рис. 1.2

Наличие в знаменателе этой формулы величины отражает зависимость напряженности электрического поля от расстояния, изображенную на рис.1.3 пунктирной кривой. Как видно из рис.1.3, на расстояниях от передатчика, соответствующих антиподным (диаметрально противоположным) точкам земного шара, наблюдается существенное увеличение напряженности поля. Это явление называется эффектом антипода.

Основное преимущество сверхдлинных волн — большая устойчивость напряженности электрического поля: сила сигнала на линии связи мало меняется в течение суток и в течение года и не подвержена случайным изменениям. Достаточную для приема напряженность электрического поля можно обеспечить на расстоянии более 20 000 км, но для этого требуются мощные передатчики и громоздкие антенны.

Недостатком СДВ является невозможность передачи широкой полосы частот, необходимой для трансляции разговорной речи или музыки. В настоящее время сверхдлинные радиоволны применяются главным образом для телеграфной связи на дальние расстояния, а также для навигации.

Условия распространения сверхдлинных радиоволн исследуют, наблюдая за грозами. Грозовой разряд представляет собой импульс тока, содержащий колебания различных частот—от сотен герц до десятков мегагерц. Основная часть энергии импульса грозового разряда приходится на диапазон колебаний, соответствующий сверхдлинным волнам. Колебания от места возникновения распространяются во все стороны, причем волны различной длины при распространении испытывают различное поглощение и приходят в разной фазе. В результате импульс, пришедший на значительное расстояние от места разряда, искажается. По искажению импульса изучают свойства сферического волновода Земля — ионосфера.

В диапазоне длинных волн наблюдается своеобразная помеха — “свистящий атмосферик”. Он воспринимается на слух как сигнал, частота которого меняется во времени за (0,5—1 с примерно от 400 до 8000 Гц). Источником “свистящего атмосферика” является грозовой разряд, возбуждающий сверхдлинные волны. При распространении волны в ионизированном газе в направлении силовых линий постоянного магнитного поля при f < fH = 1.4 МГц не происходит отражения волны от ионосферы, поскольку диэлектрическая проницаемость ионосферы всегда больше единицы. Волна распространяется вдоль силовых линий магнитного поля Земли, пронизывает всю толщу ионосферы и может быть принята на Земле на другом конце силовой линии магнитного поля, как схематически показано на рис.1.4.

Рис. 1.4. Схема распространения “свистящих атмосфсриков”:

1 — грозовой разряд; 2 — силовые линии магнитного поля Земли;

3—путь короткого “свистящего атмосферика”;

4—путь длинного “свистящего атмосферика”

Сигнал, отраженный от земной поверхности, проходит обратный путь и может быть принят в месте возникновения грозового разряда. Время запаздывания таких сигналов составляет 2—3 с, откуда следует, что они проходят путь в многие тысячи километров, удаляясь от Земли на расстояние 10000—15000 км. Это явление привлекло внимание исследователей потому, что наблюдение за “свистящими атмосфериками” позволяет получить сведения о состоянии магнитного поля Земли и плотности среды на большом расстоянии от ее поверхности.

Использование СДВ.

СДВ широко используются в системах радиосвязи, радионавигации, передаче сигналов эталонных частот и единого времени, а также в геофизических исследованиях электрических свойств Земли, земной ионосферы и магнитосферы Земли.

Связь на сверхдлинных волнах для подводного флота имеет важнейшее значение. Сверхдлинные волны могут проникать в воду на большую глубину и подводные лодки могут принимать сообщения на сверхдлинных волнах не всплывая. Это очень важно для подводных лодок, особенно находящихся на боевом патрулировании, так как всякое всплытие демаскирует лодку. Поэтому подводные лодки обычно только принимают сообщения по СДВ-связи. Даже всплытие для передачи сообщения на коротких или ультракоротких волнах лодки выполняют только по приказу, полученному на сверхдлинных волнах.

Сверхдлинные волны отражаются ионосферой Земли на высоте 60-100 км, поэтому никакой спутник не в состоянии их обнаружить.

Станции ВМФ (которые обеспечивают связь с подводными лодками в подводном положении) можно также использовать для прогнозирования сильных землетрясений в различных точках земного шара. Дело в том, что сверхдлинные волны, изучаемые этой станцией, пронизывают не только толщу воды, но и земные недра. В результате анализа прохождения этих волн в земных недрах можно фиксировать изменения напряжения на стыках тектонических пластов и другие параметры. Имея такую картину, ученые-сейсмологи смогут разработать методику определения координат предстоящего землетрясения, его силы и ориентировочного времени. СДВ-станции могут также применяться для исследования геодинамики и поиска полезных ископаемых.

Список литературы

Краснушкин П.Е., Яблочкин Н.А., Теория распространения сверхдлинных волн, 2-е изд. М. 1963.

Макаров Г.И., Новиков В.В., Орлов А.Б., Современное состояние исследований распространения СДВ в волноводном канале Земля-ионосфера, "Изд. ВУЗов. Радиофизика", 1970, т.13, № 3, с.321.

Ельянов М.М. Практикум по радиоэлектронике. Москва: "Просвещение", 1971. - 336 с.