89. Распространение электромагнитных волн различных длин
Сущность амплитудной модуляции. Для передачи сообщений при помощи колебаний высокой частоты требуется изменять параметры этих колебаний в соответствии с передаваемыми сообщениями.
Управление током высокой частоты при помощи колебаний звуковых частот (речи, музыки) называется модуляцией. Управление этим током с помощью импульсов постоянного тока, создаваемых телеграфным аппаратом, носит название манипуляции.
Параметрами гармонического тока высокой частоты iω = Iω sin (ωt + φ0) являются: амплитуда Iω, частота ω и начальный фазовый угол φ0.
Для осуществления модуляции можно управлять любым из них. Различают три вида модуляции:
1) амплитудную;
2) частотную;
3) фазовую.
Амплитудная модуляция нашла самое широкое распространение иззза относительной простоты ее осуществления и несложности необходимой для этого аппаратуры.
При амплитудной модуляции изменяют во времени амплитуду тока высокой частоты. При этом величина амплитуды колеблется около среднего значения.
К устройству, непосредственно изменяющему амплитуду тока высокой частоты, подводятся колебания высокой частоты iω = Iω sin ωt – модулируемый токи колебания звуковой частоты iΩ = IΩ cos Ωt – модулирующий ток (косинусоидальный закон изменения модулирующего тока и φ0 = 0 приняты здесь для упрощения анализа).
Амплитуда модулированного тока:I = Iω + IΩ cos Ωt.
Введем обозначение
, получим:
IΩ = mIω и I = Iω(1 + m cos Ωt).
После преобразований:
Колебания высокой частоты ω, модулированные колебания с частотой Ω, являются суммой трех синусоидальных колебаний с частотами ω, ω + Ω, ω – Ω. Колебания с частотой ω представляют собой ток, протекающий как при наличии, так и при отсутствии модуляции. Этот ток называют током секущей частоты, а токи двух других частот – токами боковых частот. Частота ω + Ω называется верхней боковой частотой, а ω – Ω – нижней боковой частотой.
Каждой передаче соответствует определенная полоса частот, равная 2Fмакс. Для того чтобы исключить взаимные помехи, спектры частот разных передатчиков, сигналы которых могут приниматься одновременно в определенных зонах, не должны перекрывать друг друга.
Передающая радиостанция обычно передает в антенну колебания, а в некоторых случаях в передатчике колебания несущей частоты подавляются и в антенну передаются колебания обеих боковых полос или даже одной боковой полосы. При этом в приемном устройстве колебания несущей частоты создаются местным генератором малой мощности и накладываются на принятые антенной колебания боковых частот.
Передача боковой полосы частот без несущей частоты приводит к повышению громкости приема и сокращению расхода электроэнергии, потребляемой передатчиком.
90. Основные положения радиосвязи
Длинные волны (λ = 3000–30 000 м) используются в специальных видах радиосвязи, в радиотелеграфных станциях, предназначенных для передачи метеосводок, сигналов времени. Эти волны днем и ночью легко отражаются от самых низких слоев ионосферы. Как поверхность этих слоев, так и поверхность земли при распространении длинных волн ведет себя как проводник.
Поверхностная волна играет основную роль при распространении энергии на небольших расстояниях от передатчика. На расстояниях, превышаюших несколько сотен километров, напряженность поля пространственной волны оказывается существенно большей напряженности поля поверхностной волны.
Длинные волны характеризуются постоянством условий распространения. Колебания напряженности поля в месте приема определяются суточными изменениями ионизации, проявляющимися в усилении напряженности поля.
Средние волны (λ = 200–3000 м) применяются для радиовещания, телеграфной и телефонной связи.
В этом диапазоне используются как поверхностная, так и пространственная волны. В дневные часы пространственная волна, отражаясь от ионосферы, теряет очень большую часть энергии. Поэтому днем главную роль играет поверхностная волна. Ночью используется пространственная волна, так как слой ионосферы D отсутствует, а слой Е отражает волну без значительного поглощения энергии.
С наступлением темноты дальность радиосвязи на средних волнах резко возрастает. Время года также влияет на распространение этих волн.
Амплитуда напряженности поля поверхностной волны убывает по мере удаления от передатчика и особенно резко на небольших расстояниях от него.
Интенсивность поля пространственной волны с ростом расстояния от передатчика сначала растет, а затем начинает медленно убывать. Поле же поверхностной волны здесь мало.
Рис. 91. Зона молчания
Наименее устойчив прием в зоне, куда одновременно приходят пространственная и поверхностная волны с близкими по величине амплитудами. Фаза пространственной волны непрерывно меняется, так как условия прохождения ею пути от передатчика до места приема не остаются постоянными иззза изменений в ионосфере (рис. 91). Пространственная и поверхностная волны интерферируют, и так как фаза первой из них непостоянна, то суммарная напряженность поля постоянно изменяется. В частности, при сдвиге фаз 180° между колебаниями обоих видов волн в месте приема результирующая напряженность очень мала и прием практически прекращается. Это явление называют замиранием.
Промежуточные волны (λ = 60–200 м), выделяемые из коротковолнового диапазона (10–200 м), используются для радиосвязи на небольших расстояниях: в экспедициях, сельском хозяйстве и т. п.
Распространение энергии на промежуточные волнах может осуществляться пространственной и поверхностной волнами. Практически для связи на расстояниях порядка десятков километров используется поверхностная волна, обеспечивая устойчивый прием.
Короткие волны в диапазоне 10–60 м могут быть применены для связи как на небольших расстояниях, так и при расстояниях между передающей и приемной радиостанциями, достигающих нескольких тысяч километров. Возможно использование поверхностной волны, затухающей практически на расстоянии в нее сколько десятков километров. Ее прохождение практически не зависит от времени года и суток.