|
| |
|
Слаботочка Книги преимущества и недостатки объемных резонаторов. Теперь рассмотрим вопрос о добротности объемных резонаторов. Добротность колебательного контура после очевидных преобразований можно представить формулог где Wx - реактивная энергия, запасаемая в контуре; Wr - энергия, расходуемая на компенсацию активных потерь в контуре в течение одного периода. Энергия Wx, запасаемая в объемном резонаторе, пропорциональна его объему, а активные потери в резонаторе пропорциональны протяженности его внутренней поверхности в направлении тока. Поэтому объемному резонатору стремятся придать такую форму (по возможности закругляют острые углы и избегав ют сплющенных конструкций), чтобы он имел максимальный объем при минимальной площади внутренних стенок. Цилиндрические резонаторы отличаются большей добротностью, чем прямоугольные: в них отношение объема к поверхности выше. Следует различать добротность ненагруженного Q и нагруженного Qh резонаторов. При вычислении Qh учитывают не только активные потери Wr внутри резонатора, но и энергию Wn, поступающую из резонатора в нагрузку за один период колебаний: где Q = 2я-г - добротность, соответствующая энергии, посту- пающей в нагрузку. Добротность нагруженного резонатора, очевидно, меньше добротности ненагруженного. Отсутствие потерь диэлектрических и на излучение, малые потери на токи проводимости (поперечное сечение проводящей поверхности велико) определяют очень высокую добротность объемных резонаторов. Последняя достигает десятков тысяч. Вторым преимуществом объемных резонаторов является жесткость их конструкции. К недостаткам объемных резонаторов относятся малые пределы изменения резонансной длины волны и наличие кратных резонансных частот. Указанные достоинства объемных резонаторов особенно существенны в наиболее коротковолновой части диапазона сверхвысоких частот, где обычные колебательные контуры не могут быть практически использованы. РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛИ 103. Факторы, влияющие на распространение радиоволн В радиотехнике применяются электромагнитные волны, называемые радиоволнами, с частотой / от 3 кгц до 3-10 гц (это соответствует длинам волн Я, от м до \0- м), инфракрасные и оптические электромагнитные волны с частотой от 310 гц до З-Ю гц (X = 1 -4- 0,1 мк). По условиям распространения радиоволны делят на диапазоны, как показано на табл. 15.1. Таблица 15.1
Будем называть низкими (НРЧ) радиочастоты, которые соответствуют сверхдлинным, длинным, средним и коротким волнам, а сверхвысокими (СВЧ) - частоты, сооответствующие дециметровым, сантиметровым и миллиметровым волнам. Часто к СВЧ относят весь диапазон УКВ, т. е. и метровые волны. Радиоволны распространяются в атмосфере, окружающей земную поверхность, и в космосе. Только в космическом пространстве радиоволны распространяются, как в свободном пространстве. Во всех остальных областях пространства на дальность радиосвязи в той или иной мере влияют электрические свойства почвы и атмосферы, а также рельеф местности. Земля является полу провод яи{ей средой. Следовательно, ее электрические свойства в значительной мере зависят от частоты. В диапазоне сверхдлинных волн Земля наиболее близка к идеальному проводнику. По этой причине сверхдлинные волны почти полностью отражаются от Земли и мало теряют в ней энергии. С уменьшением длины волны проводимость почвы уменьшается, соответственно увеличивается глубина проникновения электромагнитных волн в почву и возрастают потери энергии в Земле. Сферичность и неровность поверхности Земли также оказывает большое влияние на распространение радиоволн. Любые два пункта Земли разделены шаровым сегментом, который исключает возможность связи прямолинейными лучами, если антенны радиостанций не имеют достаточной высоты. Например, при длине линии радиосвязи г = 10 км высота сегмента достигает Л = 3,1 ж, а при г = 100 км высота h = 310 м. Здесь на помощь приходит дифракция, благодаря которой электромагнитные волны огибают шаровой сегмент и возвышенности Земли. Однако нужно иметь в виду, что дифракция ослабляется с уменьшением длины волны и даже на сверхдлинных волнах дальность связи, обусловленная дифракцией, не превышает 4000 м. Земная атмосфера по-разному влияет на распространение радиоволн на малых и больших высотах. Атмосфера Земли является газообразным слоем. Научные исследования, проведенные с помощью искусственных спутников Земли и космических ракет, показали, что атмосфера простирается на высоту свыше 3000 км. Атмосфера разделяется на тропосферу (высота слоя до 15 км) и стратосферу. Тропосфера и частично стратосфера (до 100 км) представляют собой однородную смесь азота, кислорода, водяных паров и других составляющих. В тропосфере при нормальных условиях с увеличением высоты температура, влажность и давление воздуха непрерывно уменьшаются,начиная соответственно от 15°С, 60% влажности и 1013 мбар. В нормальной атмосфере эти изменения на каждые 100 ж роста высоты уменьшают показатель пре--ломления на 4 10-. В результате происходит искривление лучей, называемое тропосферной рефракцией. Обычно тропосферная рефракция способствует увеличению дальности радиосвязи; нос- леднее ощутимо только на ультракоротких волнах, где дифракция выражена очень слабо. В то время как тропосфера является хорошим диэлектриком, близким к идеальному, атмосфера на высотах 60-20 ООО км имеет некоторую проводимость. В этой области под влиянием ультрафиолетовых лучей и корйускул (частиц) Солнца происходит расщепление нейтральных молекул на ионы и электроны, в результате чего образуется так называемая ионосфера. Возникшие ионы и электроны, находясь в движении, сталкиваются, в результате наряду с ионизацией происходит частичное восстановление (рекомбинация) нейтральных молекул. Степень ионизации атмосферы по высоте распределяется неравномерно. С одной стороны, по мере удаления от Земли должно наблюдаться усиление ионизации в связи с увеличением ионизирующего излучения Солнца, а с другой стороны, с ростом высоты происходит разрежение воздуха и уменьшение числа молекул, участвующих в ионизации. Отсюда следует вывод о существовании определенного уровня атмосферы с максимумом ионизации. Этот максимум находится на высоте 250-400 км. Ниже его расположена внутренняя ионосфера, а выше - внешняя, 406 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 [134] 135 136 137 138 139 140 141 142 143 |