海军武器工程简介

波的传播

沟通的过程包括信息的传递
从一个位置到另一个位置。如我们所见，调制用于将信息编码到
载波，并且可能涉及模拟或数字方法。这只是特点
载波，其确定信号将如何传播通过任何显著的
距离。本章介绍电磁波传播的不同方式。

基本

电磁波是由电力系统中的局部扰动产生的
磁场。从它的起源，波将在所有方向上向外传播。
如果它在传播的介质（例如，例如）到处都是相同的，
波将均匀地散布在所有方向上。
图1
远离它的起源，它会分散开来，以至于它会出现具有相同的幅度上到处都是垂直的平面行进方向（在观察者的酒店附近）。这种类型的波被称为平面波．平面波是一种理想化，允许人们思考在单个方向上行进的整个波，而不是在所有方向上展开。
图2
电磁波传播在光在真空中的速度。在其它介质，如空气或玻璃，传播速度较慢。如果光在真空中的速度被给予符号C0.，并且在一些介质中的速度是c，我们可以定义折射率，n为：
N = C0./ C
以下是汇率指数的简短表：
物质
 
折射率
 
真空
 
1
 
空气
 
1.0003
 
水
 
1.33
 
玻璃
 
1.55

反射

当平面波遇到媒体的变化时，它可以传播一些或全部
进入新媒体或从中反映出来。进入新媒体的部分是
称为透射部分和另一个反射部分。部分
体现了管理其行为非常简单的规则。进行以下
建设:
图3
入射角=在表面的同一侧的传播方向与垂直于边界的线之间的角度。反射角度=反射波的传播方向与边界的线之间的角度也在表面的同一侧。然后，反射规则简单说明：
反射角=入射角
图4
如果入射介质的折射率较低，则反射波的折射率为1800.反射时相移。反之，如果入射介质有较大的折射率，反射波就没有相移。

折射

当波进入新介质，传播速度将改变。
为了在边界处匹配入射波和透射波，传输
波浪将改变其传播方向。例如，如果新媒体有
折射率越高，即传播速度越低，则
波长将变短（由于边界，频率必须保持不变
状况）。对于发射波边界处的入射波匹配，
所发射的波的传播方向上必须更靠近垂直。
折射角和折射率之间的关系如下所示：斯涅耳定律：
n我罪问我= N.t罪问t
当传播方向改变时，波被称为折射波。
它最有用的是，波浪将折射在哪个方向上，不一定
多少。
图5
当进入折射率较高(传播速度较慢)的介质时，透射波会向垂直方向弯曲更多。例子:为什么池子比看起来深。
当你看着一个游泳池，从底部的光从折射远
垂直，因为空气中的折射率小于水中。到了
观察者在游泳池的侧面，光似乎来自更浅的深度。
出于同样的原因，当你通过掩膜看物体的水下，他们会
看起来比实际要大。物体发出的光向外传播
在你的面具的水气界面。对你来说它会出现在该对象更接近
或更大。

干涉

所有的电磁波能在彼此无限制地叠加。
电磁场只是在每个点添加。如果两个波浪
相同的频率被组合会有一个是引起了恒定的干涉图案
的叠加。干涉可以是建设性的，也就是说
结果随着强度减少的结果增加或破坏性。
干扰量取决于特定点的相位差。
可以表明，对于0-120的相差发生建设性干扰0.那
和240-360.0.. 因此，在120-240之间会发生相消干扰0.．为两个相同的
波浪，没有相移导致总建设性干扰，其中强度
最大值为1800.相移将产生完全破坏性干扰（无信号
)。
Df=2pDx/ L.
Df=2pDt/ T.
的相移，导致要么发生由于路径长度的差的干扰，DX，即到达时间的差值，Dt.相移量，DF.可以被计算为这两种情况下的条件：实施例：欧米茄是无线电导航系统，该系统中使用的相位差相同的信号从两个固定发射机以确定线的位置。对应于的位置多行相同的相位差相隔距离相当于3600.的相移。由于频率为10.2千赫，对应于360的波长0.相移为16英里，是欧米茄套印图表上的车道宽度。Loran-C还具有相位差模式，车道宽度仅为3000米，因为它以100 kHz运行。

  
衍射

  
回想一下，理想化的平面波实际上是无限的。如果这

  
波通过一个称为光圈的开口，它会衍射或扩散，

  
从开口。裁剪波将展开的程度取决于

  
相对于波长的孔的尺寸。在极端情况下

  
光圈与波长相比非常大，波浪将没有效果

  
根本不会衍射。在另一个极端，如果开口很小

  
波的行为就好像它是在它的起源和所有均匀摊开

  
从孔径的方向。在这两者之间，会有一定程度的衍射。

  

   
  

  

   图6
首先考虑一个圆形孔径。如果波长波长l遇到直径d的开口，通过角度测量的衍射量，问，在从边缘到边缘测量的开口的新波发散将近似

  
问=l/D

  

  
对这个公式的评论:

  
    
   
  1. 符号用来表示一个近似结果，而不是一个确切的关​​系。这一结果只适用于比较小的角度，稍微小于约200.．
    2. 
   
  2. 这个角度的含义有些模糊。实际上，波并不是简单地在这个边界处结束，而是平滑地下降。定义波的范围的确切点是一个定义问题，有两个标准约定:本书中使用的是½次幂或-3 dB的定义。
    3. 
   
  3. 因子2也是一个近似值。更准确的描述需要对光圈形状有详细的了解
    4. 
   
  4. 角问一定是弧度！
    5. 
  

  
对于梁形成的研究，这条公式非常方便，值得犯下

  
记忆。它有应用于通信和雷达的天线。它也是

  
适用于声纳阵列和电光。

  
天线

  
天线将流入电线或波导流入电磁的电流

  
在空中波浪。天线最基本的形式是偶极天线。

  
偶极天线

  
这无非是一段直导线。当电压被施加到

  
电线，电流流动和电荷在两端都堆叠。平衡

  
的相隔一定距离的正和负电荷集合称为偶极子。

  
偶极矩等于电荷乘数它被分离的距离。

  

   
  

  

   图7
当向天线施加交流电压时，偶极矩在天线上上上下振荡，与电流相对应。振荡电流产生振荡电场（E）和磁场（H），进而产生更多的电场和磁场。这样就产生了向外传播的电磁波。电场沿天线轴线定向，磁场垂直于电场和传播方向。场的方向称为极化。

   
  

  

   图8
当电磁波通过导电材料时，它将产生振荡电流。因此，可以使用相同的设计（即偶极天线）来从空气中提取信号作为电路中的电流的信号。对于中心送入的偶极天线最有效地工作，它应该是恰好半波长长。接收不需要高灵敏度的天线不需要遵循此规则。除了极低的频率之外，在另一个通常会发射天线。当将天线放置在地面时，称为地平面天线时，由于地面平面处的信号反射，最佳尺寸再次减少一半。这似乎在地面下方制作了相同尺寸的图像天线，从而降低了实际的天线要求。因此，对于地面天线，最佳尺寸是四分之一波长。

   
  

  

   图9
例如：查找用于广播商业AM无线电（大约1MHz）的接地平面偶极最合适的天线尺寸。在1 MHz的波长为300m，所以最合适的天线应该是约75米高。

  
极化

  
在偶极天线，所述电场的情况下与所述对齐

  
天线轴并且仍然如此传播。当领域仍然存在特定

  
波的方向被认为是线偏振的。出于实际的原因,

  
其方向通常被解析为垂直和水平分量。

  
一种垂直偶极子天线将创建一个垂直，线性偏振电磁波。当暴露于电磁波，其也垂直排列的接收天线将产生最大的电流。因此，试图接收该信号时必须已知的发射天线的偏振类型和方向。例如：商业广播电台来自大型垂直定向的天线。

  
因此，它们是线性垂直极化信号，最好由天线接收

  
垂直天线。因此，为了最大化接收无线电信号，将天线直立保持。

  

  
线性极化不是唯一的可能性。另一种类型是圆形的

  
极化。可视化这的最佳方式就像一个开瓶器。电场

  
随着它的行进而旋转。如果旋转顺时针如见

  
它被称为右圆偏振(RHCP)。

  
另一种可能是LHCP。用于圆极化发射天线是

  
一般看起来像开瓶器。圆极化通常用于卫星

  
通信，因为它不需要知道卫星的方向

  
天线(称为倾斜)。来自空间的线偏振信号也受到

  
由地球磁场引起的旋转，称为法拉第旋转。圆

  
极化不受影响。

  

   
  

  

   图10
波不需要极化。例如，阳光是波浪的均匀混合物将所有取向。据说是不偏振的。然而，它可以通过过滤和从平坦表面的反射而变得极化。示例：偏振太阳镜。

  

  
当阳光从道路上反射出去时，它看起来像眩光。在

  
反射光变成水平偏振光。立式太阳镜

  
偏振块该组件并因此减少眩光。这些眼镜很容易

  
请检查它们是否通过在直角保持两对来看它们是否是极化的。在这方面

  
案例，线性极化的所有可能取向都将被阻塞和镜头

  
会出现不透明。

  

  

  
天线波束成形

  
偶极子天线，我们已经在各个方向上一直在讨论辐射能量

  
垂直于其轴。没有信号来自两端。在这个意义上，

  
偶极子天线具有某种方向性，或优选方向。如果

  
高灵敏度是必需的，或者当有必要排除传输或

  
从不必要的方向接收，天线可以更具定向。

  
产生方向性的过程称为波束形成。它可以应用于

  
雷达和声纳以及。波束成形应该被理解为干涉的剥削。为了

  
例如，考虑两个相同的接收偶极天线，垂直定向

  
地面。两个人都不会以任何显着的垂直角接收信号。

  
但是，每一个单独在水平面上没有首选方向。

  
现在假设它们正好被信号波长的一半隔开

  
他们正在收到。如果信号来自连接的线路的方向

  
其中，将有1800.在它们之间插入相移，这将导致

  
破坏性干扰。因此，它们无法接收沿线的信号

  
连接它们。

  

   
  

  

   图11
如果信号来自于垂直于连接它们的线的方向，那么就会有相等的路径长度，因此就会有完全的相干干扰。它们在垂直于连接它们的直线的方向上更加敏感。因此，双偶极子天线阵在水平面上具有方向性。事实证明，三偶极子天线线性阵列更具方向性。沿着轴线方向没有接收到信号，而垂直于接收到强烈信号的阵列的较窄区域。良好接收的宽度称为波束宽度。对于多偶极线阵，波束宽度成比例地变小。当阵列总长度为L时，可以从理论上预测波束宽度:问
  l/ L。这看起来就像衍射理论。事实上，它应该。推导衍射的模式是来自全国各地的光圈许多小“天线”总结的结果。在许多天线的限制，这是完全线性阵列。这些结果可以立即扩展到任何天线形状。波束宽度仅仅是从衍射理论发现。

   
  

  

   图12
示例：直接卫星电视。该系统使用18英寸的盘接收来自位于赤道附近101W的地理同步卫星的信号。信号是ku波段，约为12.5 GHz（波长2.4cm波长），圆极化。横梁18“（44厘米）为2.4 / 44 = 0.05弧度或30.. 这意味着天线应位于距离卫星视线不到三度的范围内。波束宽度尽可能小，以最大限度地提高天线的灵敏度。更大的碟形天线的波束宽度更小，因此更灵敏，但需要更精确的瞄准。
空气中的传播模式

  

   
电磁频谱

  

  

   

    
     

      
频率范围

      
乐队名称

     

     

      
30-3000 Hz.

      
精灵

     

     

      
3-30 kHz.

      
甚低频

     

     

      
30-300千赫

      
如果

     

     

      
300-3000千赫

      
MF.

     

     

      
3-30兆赫

      
HF.

     

     

      
30-300 MHz.

      
甚高频

     

     

      
300-3000 MHz.

      
UHF.

     

     

      
3-30 GHz

      
超高频

     

     

      
30-300千兆赫

      
EHF.

     

    
   

  

  

  
地波

  
VLF带中的无线电波在地面或表面波中传播。海浪

  
被连接在一端与地球表面，并在其另一电离层。

  
电离层是对流层（这里的空气）以上的区域中，从约50至

  
地球上250英里。这是一个离子的集合，这是有一些的原子

  
他们的电子剥离了留下两个或多个电荷的物体。

  
太阳的光线导致离子慢慢重组的形式。广播的传播

  
离子存在时的波和空气中的波有很大的不同，这就是为什么

  
电离层起着传播模式最重要的作用。地面波旅游

  
之间的两个极限，地球和电离层，其作用就像一个管道。自从此以来

  
管道曲线与地球，地面波将遵循。因此很长的范围

  
可以利用地波进行传播。

  

   
  

  

   图13

  
天波

  
无线电波在低频和中频范围也可以传播地面波，但

  
遭受重大损失，或衰减，特别是在较高的频率。但

  
随着地波模式逐渐消失，出现了一种新模式：天波。天波

  
电离层反射。当波在电离层中时，它是强烈的

  
弯曲或折射，最终回到了地面。从长远距离这

  
作为反射出现。在这种模式下，也可以进行远程操作，最多可达数百次

  
英里。当在此频段天波通常只能在晚上，

  
离子的浓度不是很大，因为电离层也趋于衰减

  
这个信号。然而，在晚上，有足够的离子反射波，但不是

  
减少它的力量太多了。

  

   
  

  

   图14
高频波段几乎完全使用天波。与中频相比，高频在电离层中的衰减和折射更小。在高端，波完全穿透电离层，成为空间波。在低端，它们总是被反映出来。高频波段几乎在所有时间都会产生这两种效应。天波传播的特性取决于电离层中的条件，而电离层又取决于太阳的活动。电离层在高度上有几个明确的区域。

   
  

  

   图15.
d区:约75-95公里。相对较弱的电离。负责白天MF强吸收e区:95-150公里甚高频电离层散射的重要播放器。F-region: 150 - 400公里。白天有单独的F1和F2层。离子浓度最强。负责高频无线电波的反射。由于传播特性取决于频率，可以定义几个关键频率:临界频率:垂直入射时穿透电离层的最小频率。临界频率在白天增加，晚上减少。 At other angles, the wave will be reflected back. At frequencies above the critical frequency, some range of waves from vertical incidence and down will become space waves. This will cause a gap in coverage on the ground known as a skip zone. In figure xx, the skip zone extends to about 1400 miles. The transmitted frequency was 5 MHz and the critical frequency was 3 MHz in this example. Maximum Useable Frequency (MUF): defined for two stations. The maximum frequency that will reflect back to the receiving station from the transmitter. Beyond the MUF, the wave will become a space wave. At MUF the skip zone extends to just short of the receiver. In figure xx, the MUF for a receiver at 1400 miles is 5 MHz. Lowest Useable Frequency (LUF): again defined for two stations. At low frequencies, the signal will be attenuated before it can be reflected. The LUF increases with sunlight and is a maximum near noon. Optimum Frequency for Traffic (OFT): for two stations, taking into account the exact conditions in the ionosphere, there will be the perfect frequency that gives the strongest signal. This can be predicted by powerful modeling programs and is the best guarantee of success in HF. The diurnal variation if HF propagation is characterized a simple rule-of-thumb: the frequency follows the sun. At noon, the OFT is generally higher than at night.
视距

  
在VHF频段和升高中，传播往往会伸直到视线上（LOS）

  
波。然而，频率仍然很低，足以产生一些显著的影响。

  
    
   
  1. 电离层散射。信号由E区反射并散布在所有方向上。一些能量使其回到地球的表面。这似乎在600-1000英里的范围内最有效。
    2. 
  

  

   
  

  

   图16.

  
    
   
  1. 对流层散射。同样，波被散落，但这一次，通过空气本身。这可以像雾的光散射一样可视化。这是天气的强大功能，但在400英里的范围内可以产生良好的性能。
    2. 
  

  

   

  

  

   
图17.

  

  
    
   
  1. 对流性的管道。波浪在冷致密空气中行进比在温暖的空气中慢。每当存在反转条件时，波自然弯曲回到地面。当折射与地球的曲率相匹配时，可以实现长距离。这种管道发生在一些延伸到始终延伸并改善瞄准线上的范围约10％。
    2. 
  

  
    
   
  1. 衍射。当波是由一个大物体的块被块，就像一座山一样，可以围绕物体衍射并给出没有视线的覆盖范围。
    2. 
  

  
除了甚高频，所有的传播都是视线。通信受到以下限制：

  
视觉地平线。视线范围可以从飞机的高度找到

  
发射和接收天线:

  

  

  

  
其中H.t和hr天线的高度以米为单位，R以公里为单位

  
转换因子已经考虑到在因子13）。