Изучение распространения радиоволн на уроках физики в СОШ

       Самая нижняя область ионосферы - область D расположена на высотах между 50 и 90 км. Здесь сравнительно мало свободных электронов. От области D хорошо отражаются длинные и средние волны, а вот сигналы станций низкочастотный КВ диапазонов сильно поглощаются. Это днём, а после захода Солнца ионизация очень быстро исчезает и появляется возможность принимать дальние станции в диапазонах 41, 49 и 75 м, сигналы которых отражаются от слоёв F2 и E.

       Необходимо добавить, что если  сигнал отразился от слоя E ( или  Es ), то скачок не превышает  2000 км, а от слоя F ( точнее F2 ) - 4000 км. Скачков может быть несколько,  и тогда к вашему радиоприёмнику приходят сигналы от вещательных станций, отстоящих на тысячи километров. На дневной стороне Земли такой сигнал довольно сильно ослабляется при многократном прохождении через область D. За один скачок это случается дважды. Чем ниже частота, тем это ослабление заметнее. Но это единственный путь волны в ионосфере по пути от передатчика к вашему приёмнику. Иногда создаются такие условия, при которых волна, отразившись от слоя F2, не возвращается обратно к Земле, а распространяется, отражаясь попеременно от слоёв E(Es) и F2. Волна как бы попала в ионосферный волновод и проходит многие тысячи километров при относительно малом ослабление.

     А вот подходящие условия для выхода волны из этого волновода обычно образуются в месте приёма при  восходе или заходе Солнца. Обычно это даёт возможность принимать станции, расположенные на противоположный точке земного шара. Это явление наиболее явно выражено на низкочастотных КВ диапазонах. Продолжительность такого приёма в диапазоне 75 м может быть около часа. При переходе на более коротковолновые диапазоны это время сокращается.

     На  условия распространения КВ сильное  влияние оказывает одиннадцатилетний период солнечной активности, фаза которого определяет общую интенсивность солнечного ультрафиолетового и рентгеновского излучений, а следовательно и суммарную ионизацию атмосферы Земли: в годы максимума эта ионизация возрастает, в годы минимума — убывает. Понятно поэтому, что для практики распространения КВ очень важно располагать сведениями о состоянии солнечной активности.[8,c.27]

     В течение долгого времени после  начала применения в технике связи  и в радиолокации ультракоротких волн ученые и инженеры считали, что  волны этого диапазона не способны распространяться на большие расстояния. И только к 1950 г. на основании многочисленных экспериментальных фактов был сделан вывод о существовании нового механизма, способствующего распространению УКВ на расстояния, значительно превосходящие дальность дифракционного горизонта.

     Специально  поставленные исследования показали, что причиной дальнего распространения УКВ является рассеяние волн на глобулярных неоднородностях тропосферы и отражения от слоистых неоднородностей.

     В качестве приемных антенн в тропосферных линиях связи применяются также  направленные антенны. Поэтому в  приемную антенну попадают только те лучи, которые рассеиваются неоднородностями, расположенными в пределах общего объема, образованного пересечением пространственных диаграмм направленности передающей и приемной антенн.

     Большим преимуществом тропосферных линий  связи по сравнению с линиями ионосферного рассеяния и метеорными трассами является возможность передачи относительно больших потоков информации. В то время как по линиям ионосферного рассеяния и по метеорным трассам можно передавать одно-два телеграфных сообщения, тропосферные каналы способны пропускать одну телевизионную передачу или 120 телефонных разговоров. Однако качество передачи по тропосферным каналам заметно уступает передаче по радиорелейным линиям связи обычного типа.

     Для получения такой относительной  широкополосности приходится принимать энергичные меры для борьбы с замираниями, сопровождающими тропосферное распространение волн. Достигается это применением на каждом конечном пункте линий связи двух передатчиков по 10—15 квт, работающих на различных частотах, и двух больших антенн (обычно параболических, размером 20X20 м), четырех отдельных приемных устройств для осуществления разнесения по частоте и в пространстве. 

       
 

Рис.4 Отражательные слои ионосферы и распространение радиоволн в    зависимости от частоты и времени суток. 

4.РАДИОЛОКАЦИЯ 
 

1. Основные  принципы и методы радиолокации

 

     Радиолокация – обнаружение, точное определение местонахождения и скорости объектов с помощью радиоволн.

     Под радиолокацией  понимают также сам  процесс радиолокационного наблюдения (локации) объектов. При наличии нескольких объектов радиолокация  должна обеспечивать требуемое их разрешение (раздельное наблюдение). Задачи радиолокаци решаются при помощи отдельных радиолокационных станций (РЛС) и сложных радиолокационных систем. С радиолокаци тесно связана радионавигация; часто их методы и аппаратура практически не различаются. Радиолокация — одно из важнейших направлений современной радиоэлектроники.

     Для радиолокационного наблюдения используют: эхо-сигналы, образующиеся в результате отражения радиоволн от объекта, облученного РЛС (т. н. радиолокация с зондирующим излучением); сигналы РЛС, переизлучаемые ретранслирующим устройством, находящимся на объекте, местоположение которого определяется (радиолокация с активным ответом); собственное радиоизлучение объекта — излучение радиоустройств, находящихся на объекте, или тепловое излучение самого объекта, определяющееся его температурой (пассивная радиолокация).

     В радиолокации измеряют расстояние до объекта (дальнометрия, или дистанциометрия), направление прихода сигналов (пеленгация), радиальную и угловую скорости движения объекта и т.д. Радиолокационное наблюдение объектов позволяет также выявлять их многие характерные особенности, например определять параметры ледового покрова водной поверхности, влагосодержание атмосферы, размеры и конфигурацию объекта и т.п. Данные измерений могут быть дискретными (вырабатываемыми через определённые интервалы времени) или непрерывными. Объекты могут быть одиночными или множественными либо представлять собой сплошные образования. Возможно сложное (комбинированное) наблюдение, например радиолокационный обзор пространства в некотором секторе, позволяющий производить поиск и обнаружение новых объектов в этом секторе и одновременно непрерывно получать текущие координаты уже обнаруженных объектов.

     В основе наиболее распространённого  вида радиолокации— радиолокация с  зондирующим излучением — лежит  явление отражения радиоволн. Простейшей характеристикой отражающих свойств  объекта (в направлении на приёмную антенну РЛС при заданном направлении поля зондирующего излучения) является т. н. эффективная площадь рассеяния (ЭПР) объекта s, позволяющая определить плотность потока мощности поля у приёмной антенны РЛС П2 через плотность потока мощности излучения у объекта H1 по формуле:

     П1s = П2×4pR2,

     где R — расстояние от объекта до РЛС. По характеру отражения или излучения  радиоволн радиолокационные объекты  принято разделять прежде всего  на сосредоточенные (под которыми понимают одиночные объекты с размерами, малыми по сравнению с размерами объёма, разрешаемого РЛС) и распределённые. Распределённые объекты, в свою очередь, могут быть поверхностными (например, земная поверхность с пашней, кустарником, снегом и т.д., поверхность моря или Луны и т.д.) и объёмными (например, всевозможные неоднородности в атмосфере — облака, дождь, снег, искусственные дипольные помехи и т.д.). Гладкие поверхности, у которых размеры неровностей составляют незначительную долю от длины облучающей волны (например, спокойная водная поверхность, бетонное полотно и т.д.), отражают зеркально, т. е. при отражении наблюдаются определённые фазовые соотношения между облучающей волной и отражённой. При неровностях, соизмеримых с длиной облучающей волны или больших её, имеет место диффузное отражение волн, т. е. сложение волн со случайными фазами, отражённых от разных элементов поверхности. В общем случае реальные поверхности создают отражённые волны, содержащие как зеркальную, так и диффузную компоненту.

       Сопоставляя размеры одиночного  объекта не только с объёмом, разрешаемым РЛС, но и с длиной волны, излучаемой ею, различают 3 случая: размеры объекта во много раз больше длины волны (т. н. оптическое рассеяние — поверхностное и краевое), размеры объекта и длина волны близки друг к другу (резонансное рассеяние), длина волны намного превосходит размеры объекта. Эти случаи различаются не только по интенсивности отражения, но и по характеру зависимости отражённого сигнала от длины волны и поляризации зондирующего сигнала. Особый практический интерес представляет случай большой величины отношения размеров объекта к длине волны, поскольку в радиолокации наибольшее применение имеют волны сантиметрового (СМ) диапазона, в котором у большинства объектов (самолёты, корабли, ракеты, космические аппараты) размеры поверхностей и краев во много раз превосходят длину волны.  

     4.2 Задачи решаемые радиолокацией 

     Некоторое представление об областях применения РЛС может дать приводимый ниже перечень.

     1.    Сельское и лесное хозяйство.  Исследование плотности растительного  покрова, распределение лесных массивов, лугов и полей, определение вида почв, их температуры и влажности, контроль за состоянием ирригационных систем, обнаружение пожаров.

     2. Геофизика и география. Определение  структуры землепользования, распределение и состояние транспорта и систем связи, развитие систем переработки природных ресурсов, топография и геоморфология, определение состава пород и их структуры, стратиграфия осадочных пород, поиск минеральных месторождений, отработка техники разведки полезных ископаемых.

     3.   Гидрология. Исследование процессов испарения влаги, распределение и инфильтрация осадков, изучение стока грунтовых вод и загрязнения водных поверхностей, определение характера снегового и ледового покрова, наблюдение за водным режимом главных рек.

     4.  Океанография. Определение рельефа волнующейся поверхности морей и океанов, картографирование береговой линии, наблюдение за биологическими явлениями, проведение ледовой разведки.

     5.    Военное дело, гражданская авиация  и космические исследования.

     Метеорологическое обеспечение полетов, управление воздушным движением, обеспечение ближней и дальней радионавигации, радиолокационное обеспечение посадки воздушных судов и космических аппаратов, обеспечение дальнего и ближнего обнаружения воздушных целей и наведения на них перехватчиков, обеспечение перехвата воздушных целей и прицеливания, панорамный обзор поверхности, распознавание государственной принадлежности летательных аппаратов, обеспечение радиолокационного сопровождения воздушных и наземных объектов и т.д. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5. УРОК НА ТЕМУ “РАДИОЛОКАЦИЯ”

      

     Тема: Радиолокация                                                                                                   

     Задача: Ознакомление учащихся с понятием «радиолокация», ее системами, задачами и радиолокационными установками.

     Цели:

• учебная – расширить и углубить знания учащихся о радиоволнах;
• развивающая – показать возможность применения радиоволн в различных сферах человеческой деятельности;
• воспитательная – развитие познавательного интереса.

 

          Тип урока: урок изучения нового материала.

     Методы  и приемы: слово учителя, работа с учебником , беседа.

     Материал  и оборудование: учебник физики, рабочие тетради, наглядное пособие

                                                            

     Ход урока:

       I.Организационный момент 

       II.Проверка домашнего задания 

     1)устный  опрос:

• Что называется волной?
• Что называют длиной волны?
• Чему равна скорость распространения электромагнитных взаимодействий?
• Какова история электромагнитных волн?
• Перечислите свойства электромагнитных волн.
• Приведите примеры применения электромагнитных волн  различных частот?

 

     III.Изучение нового материала  

      

1. вступительное слово учителя о радиолокации по плану:

• Понятие о радиолокации.

• Сигнал и скорость радиоволн.
• Понятие о радиолокаторе и принцип его работы.
• Применение радиолокации   в наше время

 

     Обнаружение и точное определение местонахождения  объектов с помощью радиоволн  называют радиолокацией.