Ультракороткие волны, УКВ. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Ультракороткие волны, УКВ - традиционное название диапазона радиоволн, объединяющего метровые, дециметровые, сантиметровые и миллиметровые волны (или диапазоны очень высоких частот - ОВЧ, ультравысоких частот-УВЧ, сверхвысоких частот - СВЧ, крайне высоких частот - КВЧ).

Распространение УКВ в осн. происходит в пределах прямой видимости. При этом предельное расстояние для двух антенн, поднятых на высоты

(R_З- радиус Земли), составляет

Существенной особенностью УКВ является отсутствие регулярного зеркального отражения от ионосферы. Исключением являемся загоризонтное распространение радиоволн (метровых волн), происходящее в осн. за счёт рассеяния их на ионизованных метеорных следах (см. также Метеорная радиосвязь), а также при наличии спорадических E_s слоев, способных иногда отражать радиоволны вплоть до частот 50-60 МГц. При этом возможно многоскачковое распространение радиоволн в волноводе Земля - ионосфера с предельной дальностью скачка 2000 км (см. Волноводное распространение радиоволн ).Значит. влияние на распространение УКВ оказывает тропосфера Земли. Для тропосферы характерны следующие механизмы загоризонтного распространения УКВ: нормальная (стандартная) рефракция лучей, рассеяние на турбулентных флуктуациях показателя преломления, каналирование энергии в тропосферном волноводе, отражение от приподнятых инверсных слоев (см. Распространение радиоволн ).Учёт рефракций при радиосвязи на УКВ приводит к увеличению предельной дальности: в случае нормальной рефракции

Примерно такое же (до 100-150 км) увеличение предельной дальности наблюдается при распространении УКВ в поверхностном тропосферном волноводе, где распространяются гл. обр. волны СВЧ- и КВЧ-диапазонов. Значительное (до неск. сотен км) увеличение протяжённости линий связи между наземными пунктами возможно за счёт рассеяния (или переизлучения) УКВ на неоднород-ностях тропосферы (т. н. дальнее тропосферное распространение; см. также Сверхдальнее распространение радиоволн). При этом, однако, уровень поля в точке приёма подвержен хаотич. изменениям. Усреднённый коэф. ослабления уровня поля зависит от протяжённости трассы и колеблется от -65 до -110 дБ. Значит. увеличение уровня поля в точке приёма может наблюдаться при наличии приподнятых М-инверсий, образующихся при повыш. влажности в областях высокого атм. давления. Рассеяние УКВ происходит на флуктуациях коэф. преломления стратосферы (высоты области рассеяния до 15-20 км), однако усреднённый коэф. ослабления уровня поля на таких трассах (от 700 до 1300 км) составляет ~150 дБ. При длинах волн более 10 см среда ведёт себя как идеальный диэлектрик и распространение УКВ в тропосфере происходит без к--л. дополнит. потерь энергии. При l<10 см становятся существенными рассеяние и поглощение волн атм. осадками. Напр., ослабление волн с l~1см в условиях ливня достигает 18 дБ/км. При осадках в виде града и достаточно больших размерах градин возрастают потери из-за рассеяния волн. В диапазоне миллиметровых волн сильно сказывается затухание в атм. газе (ослабление, вызываемое атм. кислородом при нормальном атм. давлении и температуре 20 ^oC, на l~5 мм составляет ~ 14 дБ/м).

УКВ широко применяются в системах связи и вещания. Большинство таких систем работает в пределах зон, ограниченных условиями прямой видимости корреспондирующих пунктов. Увеличение дальности связи до неск. тыс. км достигается в т. н. радиорелейных линиях (РРЛ) - цепочке ретрансляционных станций, отстоящих друг от друга на расстоянии прямой видимости. В РРЛ используют волны УВЧ- и СВЧ-диапазонов. Большая ширина диапазонов УКВ по частоте и возможность создания узконаправленных антенных систем позволяют применять УКВ-диапазон для создания широкополосных и многоканальных магистральных линий связи. Использование в РРЛ в качестве ретранслятора ИСЗ обеспечивает связь между наземными пунктами, удалёнными более чем на 10 тыс. км. Разрабатывается новое поколение РРЛ-цифровые РРЛ (ЦРРЛ). Поскольку занимаемая ЦРРЛ полоса пропускания достигает 100 МГц (что во много раз превышает полосы пропускания обычных РРЛ), то очевидно, что ЦРРЛ будут работать в осн. на частотах выше 10 ГТц. Диапазон УКВ является единственным, в к-ром осуществляются телевиз. передачи (см. Телевидение)и организуется высококачественное частотно-моду-лир. радиовещание. В тех случаях, когда размещение ретрансляторов в РРЛ на расстояниях прямой видимости затруднено (напр., в труднодоступных местах), используются линии дальней тропосферной радиосвязи. Для создания таких линий связи применяют антенны, имеющие КНД ~50-55 дБ и спец. приёмную аппаратуру, повышающие надёжность работы радиолинии связи в условиях случайных изменений уровня сигнала.

УКВ используются также в системах радиолокации, ближней радионавигации и радиоастронавигации, радиотелеуправления и радиодистанциометрии. Радиоволны УКВ-диапазона применяются при изучении атмосферы звёзд, планет, туманностей (радиоастрономия), в медицине для определения температуры биол. объектов (радиотермогра-фия), при изучении структуры и состава вещества (радиоспектрометрия).

Литература по ультракоротким волнам

Знаете ли Вы, что такое "усталость света"?
Усталость света, анг. tired light - это явление потери энергии квантом электромагнитного излучения при прохождении космических расстояний, то же самое, что эффект красного смещения спектра далеких галактик, обнаруженный Эдвином Хабблом в 1926 г.
На самом деле кванты света, проходя миллиарды световых лет, отдают свою энергию эфиру, "пустому пространству", так как он является реальной физической средой - носителем электромагнитных колебаний с ненулевой вязкостью или трением, и, следовательно, колебания в этой среде должны затухать с расходом энергии на трение. Трение это чрезвычайно мало, а потому эффект "старения света" или "красное смещение Хаббла" обнаруживается лишь на межгалактических расстояниях.
Таким образом, свет далеких звезд не суммируется со светом ближних. Далекие звезды становятся красными, а совсем далекие уходят в радиодиапазон и перестают быть видимыми вообще. Это реально наблюдаемое явление астрономии глубокого космоса. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.