Диапазоны электромагнитных волн: Мириаметровые  волны (СДВ)

Прошло уже более века с момента, когда в 1886 г. немецкий ученый Г.Герц построил первые в мире передатчик и приемник электромагнитных волн. Они были весьма примитивны, однако сослужили очень важную роль для науки.

Электромагнитной волной называется процесс распространения переменного электромагнитного поля в свободном пространстве с конечной скоростью (скоростью света). Физические причины существования электромагнитного поля связаны с тем, что изменяющееся во времени электрическое поле Е порождает магнитное поле Н, а изменяющееся Н - вихревое электрическое поле: обе компоненты Е и Н, непрерывно изменяясь, возбуждают друг друга.

В соответствии с длинами волн (l) весь спектр электромагнитного излучения условно делится на ряд частично перекрывающихся областей – от радиоволн на его длинноволновой границе до гамма-лучей на границе коротких волн. Однако такое деление отражает зависимость не только от l, но и от способов генерации и обнаружения соответствующего электромагнитного излучения. Например, нет никакого принципиального различия между микроволновым и инфракрасным излучением одинаковых длин волн, но если излучение генерируется электронным прибором, его называют микроволновым, а если оно испускается инфракрасным источником – инфракрасным.

Международная классификация электромагнитных волн:

Частоты, исключая нижний и включая верхний предел

Наименование частоты

Волны исключая верхний и включая нижний предел

Наименование волны

Диапазон радио- частот

< 300 мГц

инфразвуковые

> 103 Мм

300...3000 мГц

Гипернизкие

103...102 Мм

Гектомегаметровые

3...30 Гц

Крайненизкие

102...10 Мм

Киломириаметровые

30...300 Гц

Сверх низкие

10...1 Мм

Гектомириаметровые

300...3000 Гц

Ультра низкие

103...102 км

Декамириаметровые

3..30 кГц

Очень низкие

102...10 км

Мириаметровые

30...300 кГц

Низкие

10...1 км

Километровые

300...3000 кГц

Средние

103...102 м

Гектометровые

3...30 МГц

Высокие

102...10 м

Декаметровые

30...300 МГц

Очень высокие

10...1 м

Метровые

300...3000 МГц

Ультравысокие

102...10 см

Дециметровые

3...30 ГГц

Сверхвысокие

10...1 см

Сантиметровые

30...300ГГц

Крайне высокие

10...1 мм

Миллиметровые

300...3000 ГГц

Гипер высокие

103...102 мкм

Децимиллиметровые

Оптический диапазон

3...30 ТГц

Низкие инфракрасные

102...10 мкм

Сантимиллиметровые

30...400 ТГц

Высокие инфракрасные

105...7,5 ·103 А

Микрометровые

400...750 ТГц

Видимые (световые)

7,5 ·103...4 ·103 А

750...3000 ТГц

Низкие ультрафиолетовые

4·103...103 А

Децимикрометровые

3·103...3·104 ТГц

Высокие ультрафиолетовые

102...10 мм

Сантимикрометровые

Верхний диапазон электро- магнитного спектра

3·104...3·105 ТГц

Низкие рентгеновские

10...1 мм

Нанометровые

3·105...3·106 ТГц

Средние рентгеновские

103...102 пм

Децинанометровые

3·106...3·107 ТГц

Высокие рентгеновские

102...10 пм

Сантинанометровые

3·107...3·108 ТГц

Низкие Гамма (Альфа)

10...1 пм

Пикометровые

3·108...3·109 ТГц

Высокие (Бета)

103...102 фм

Деципикометровые

> 3·109 ТГц

Космические

< 10 фм

Фемтометровые

Мириаметровыми (или сверхдлинными) волнами (СДВ) называются электромагнитные волны очень низкой частоты (3 – 30 кГц), длины которых в вакууме лежат в интервале 100 – 10 км. Мощным естественным источником радиоволн этого диапазона являются молниевые разряды.

Для СДВ длина волны сравнима с расстоянием от поверхности Земли до ионосферы, поэтому они могут распространяться по сферическому волноводу Земля — ионосфера на очень большие расстояния с незначительным ослаблением (атмосферный волновод). Характерной особенностью СДВ при их распространении вокруг Земли является слабое затухание поля с удалением от излучателя и высокая его фазовая и амплитудная стабильность (по сравнению с радиоволнами более высоких частот) при регулярных и случайных вариациях свойств трассы распространения (суточные и сезонные изменения атмосферы, сезонные изменения свойств земной поверхности, ионосферные возмущения и т.д.). Это и обуславливает применение СДВ в глобальных радиосистемах высокой точности и надежности, несмотря на необходимость использования излучающих антенных систем больших размеров и более низкую скорость передачи информации. Кроме того радиоволны этого диапазона обладают большой глубиной проникновения в проводящие среды, что делает возможным их применение для связи с погруженными в морскую воду и в толщу земли объектами.

Особенности распространения сверхдлинных волн.

В диапазонах радиоволн с частотой менее 30 кГц для всех видов земной поверхности токи проводимости существенно преобладают над токами смещения, благодаря чему при распространении поверхностной волны происходит лишь незначительное поглощение энергии. Длинные волны хорошо дифрагируют вокруг сферической поверхности Земли.

Оба эти фактора обусловливают возможность распространения сверхдлинных волн на расстояние порядка 3000 км. При этом для расстояния 500—600 км напряженность лектрического поля можно определять формулой Шулейкина-Ван-дер-Поля :

Em = |W|

а для больших расстояний расчет ведут по законам дифракции.

Начиная с расстояния 300—400 км, помимо земной волны, присутствует волна, отраженная от ионосферы.

С увеличением расстояния напряженность электрического поля отраженной от ионосферы волны увеличивается, и на расстояниях 700—1000 км напряженности полей земной и ионосферной волн становятся примерно равными. Суперпозиция этих двух волн дает интерференционную картину поля (рис 1.1).

Рис. 1.1. Характер изменения напряженности электрического поля СДВ с расстоянием (Р =1 кВт)

На расстоянии свыше 2000—3000 км земная и ионосферная волны не проявляются по отдельности. Распространение происходит подобно распространению в волноводе, стенками которого служат поверхность Земли и нижняя граница ионосферы.

Диэлектрическая проницаемость ионосферы в этих диапазонах волн определяется выражением: