Интерференция и дифракция радиоволн

Явления интерференции и дифракции оказывают существенное влияние на распространение радиоволн от источника к приемнику. Эти явления играют важную роль в формировании диаграммы направленности приемно-передающих антенн.

Дальность радиосвязи наземных объектов в пределах прямой видимости ограничена расстояниями в несколько десятков километров. При большей дальности прямое прохождение радиоволн от передатчика к приемнику оказывается невозможным вследствие кривизны земной поверхности, влияния рельефа местности, наличия на пути волны различных препятствий (зданий, сооружений и т. д.). Поэтому при большой дальности радиолинии радиоволны приходят на приемную антенну после отражения от земной поверхности и слоев атмосферы, дифракции и рассеяния на неоднородностях атмосферы и местных предметах.

В результате явления дифракции радиоволны огибают земную поверхность, что используется для радиосвязи абонентов в отсутствие прямой видимости (рис. 63.1). Линию горизонта в этом случае можно рассматривать как край полуплоскости, на котором дифрагирует волна. При этом излучение заходит в область геометрической тени, обеспечивая возможность загоризонтной связи.

На пути радиоволн встречаются различные препятствия, такие как здания, элементы конструкций, складки рельефа местности и т. д. Для длинных волн (метрового диапазона) размеры этих препятствий оказываются соизмеримы с длиной волны, и такие волны способны огибать препятствия в результате дифракции. Для коротких волн, наоборот, размеры препятствий оказываются значительно больше длины волны, поэтому за препятствиями могут возникать области геометрической тени ("мертвые зоны"), где уровень сигнала значительно уменьшается.

Для обеспечения устойчивой, надежной радиосвязи необходимо учитывать эти факторы при размещении на местности приемной и передающей аппаратуры.

Излучение многих радиопередающих устройств имеет высокую степень когерентности и это создает предпосылки для возникновения интерференционных эффектов. Особенностью распространения радиоволн в тропосфере и ионосфере является то, что на приемную антенну приходит не одна, а несколько волн, идущих разными путями. Из-за случайных изменений длин путей волн при их интерференции возникают искажения и хаотичные изменения принимаемого сигнала, называемые быстрыми замираниями. На эти замирания накладываются медленные флуктуации сигнала, обусловленные изменениями параметров среды распространения.

При радиосвязи наземных объектов, находящихся в пределах прямой видимости или в системах спутниковой связи, когда ретранслятор находится на небольшом возвышении над линией горизонта, на приемную антенну вместе с прямой волной приходит волна, отраженная от земной поверхности. Распространение этих волн подобно ходу лучей в схеме с зеркалом Ллойда (рис. 51.1, б). Интерференция прямой и отраженной волн приводит к изменению мощности принимаемого сигнала. В процессе движения спутника-ретранслятора принимаемая мощность периодически изменяется во времени от максимального до минимального значений.

Явления интерференции и дифракции оказывают определяющее влияние на формирование диаграммы направленности приемно-передающих антенн радиодиапазона. Так, диаграмма направленности антенны определяется дифракцией плоской волны на ее апертуре. Путем расчета можно синтезировать антенны с заданной диаграммой направленности.

В § 42 была рассмотрена диаграмма направленности дипольного излучателя. Излучатели других типов (штыревые, рамочные и др.) также имеют сравнительно широкую диаграмму направленности. Однако если несколько таких излучателей расположить на определенных расстояниях друг от друга, то излучаемые ими волны в результате интерференции будут усиливать друг друга по некоторым выделенным направлениям, а по всем другим направлениям – подавлять. Тем самым осуществляется управление формой и пространственной ориентацией диаграммы направленности фазированных антенных решеток, обладающих высокими техническими характеристиками.