Презентация по физике 11 класса "Распространение радиоволн. Радиолокация"

Распространение радиоволн. Радиолокация

Федоров А.М. – учитель физики Кюкяйской СОШ Сунтарского улуса Республики Саха

Радиоволны в ионосфере

Существенное влияние на распространение радиоволн оказывают слои ионизированного газа в верхних частях атмосферы на высоте 100—300 км над поверхностью Земли. Эти слои называют ионосферой. Ионизация воздуха верхних слоёв атмосферы вызывается электромагнитным излучением Солнца и потоком заряженных частиц, излучаемых им.
Проводящая электрический ток ионосфера отражает радиоволны с длиной волны X > 10 м, как обычная металлическая пластина. Но способность ионосферы отражать и поглощать радиоволны существенно меняется в зависимости от времени суток и времени года. Именно по этой причине радиосвязь, особенно в диапазоне средних длин волн (100—1000 м), гораздо надёжнее ночью и в зимнее время.

Дифракция радиоволн

Устойчивая радиосвязь между удалёнными пунктами на земной поверхности вне прямой видимости оказывается возможной из-за способности радиоволн огибать выпуклую земную поверхность (явление дифракции).

Это огибание выражено тем сильнее, чем больше длина волны. Поэтому радиосвязь на больших расстояниях за счёт огибания волнами Земли оказывается возможной лишь при длинах волн, значительно превышающих 100 м (средние и длинные волны).

Короткие волны

Короткие волны (диапазон длин волн от 10 до 100 м) распространяются на большие расстояния только за счёт многократных отражений от ионосферы и поверхности Земли.
Радиоволны в этом диапазоне оказываются «запертыми» в тонком слое, ограниченном поверхностью Земли и ионосферой.
В результате волны, излучаемые радиостанцией, расположенной, например, в центре Азии, достигают радиоприёмников в Южной Америке. Длинные радиоволны для этой цели менее пригодны из-за значительного поглощения поверхностными слоями Земли и ионосферой. И всё же наиболее надёжная радиосвязь на ограниченных расстояниях при достаточной мощности передающей радиостанции обеспечивается на длинных волнах.

УКВ волны

Ультракороткие радиоволны (X < 10 м) проникают сквозь ионосферу и почти не огибают поверхность Земли. Поэтому они используются для радиосвязи между пунктами в пределах прямой видимости, а также для связи с космическими кораблями

Диапазоны радиоволн

Радиолокация

Обнаружение и точное определение местонахождения объектов с помощью радиоволн называют радиолокацией.
Радиолокационная установка — радиолокатор (или радар) — состоит из передающей и приёмной частей. В радиолокации используют электрические колебания сверхвысокой частоты (108—1011 Гц).
Мощный генератор СВЧ связан с антенной, которая излучает остронаправленную волну. В радиолокаторах, работающих на длинах волн порядка 10 см и меньше, такая волна создаётся антеннами в виде параболических зеркал. Для волн метрового диапазона антенны имеют вид сложных систем вибраторов. При этом острая направленность излучения получается вследствие сложения волн. Антенна устроена так, что волны, посланные каждым из вибраторов, при сложении взаимно усиливают друг друга лишь в заданном направлении. В остальных направлениях происходит полное или частичное их взаимное гашение.

Луч радиолокатора

Строгая направленность излучения позволяет говорить о луче радиолокатора. Направление на объект и определяется как направление луча в момент приёма отражённого сигнала.
Для определения расстояния до цели применяют импульсный режим излучения. Передатчик излучает волны кратковременными импульсами. Длительность каждого импульса составляет миллионные доли секунды, а промежуток между импульсами примерно в 1000 раз больше. Во время пауз принимаются отражённые волны.
Определение расстояния R проводится путём измерения общего времени t прохождения радиоволн до цели и обратно. Так как скорость радиоволн с = 3 • 108 м/с в атмосфере практически постоянна на всём пути луча, то
вследствие рассеяния радиоволн до приёмника доходит лишь ничтожная часть той энергии, которую излучает передатчик. Потому приёмники радиолокаторов усиливают принятый сигнал в миллионы миллионов раз (1012).

Экран радара

Для фиксации посланного и отражённого сигналов используют электронно-лучевую трубку. В момент посылки импульса светлая точка, равномерно движущаяся по экрану электронно-лучевой трубки, отклоняется. На экране появляется всплеск около нулевой отметки шкалы дальности.
Светящееся пятнышко на экране продолжает равномерно двигаться вдоль шкалы и в момент приёма слабого отражённого сигнала снова отклоняется. Расстояние между всплесками на экране пропорционально времени t прохождения сигнала и, следовательно, расстоянию R до цели. Это позволяет проградуировать шкалу непосредственно в километрах.
В больших аэропортах локаторы следят за взлетающими и идущими на посадку самолётами. Наземная служба передаёт по радио пилотам необходимые указания и таким образом обеспечивает безопасность полётов.

Аэродромный локатор

Корабельный локатор

Самолет-локатор

Метеорологический радиолокатор

Упражнения

1. Работа радиолокатора — прибора, служащего для определения местоположения тел, — основана на физическом явлении
1) отражении электромагнитных волн
2) преломлении электромагнитных волн
3) интерференции электромагнитных волн
4) дифракции электромагнитных волн
2. Радиосвязь на длинных волнах может осуществляться с объектами, находящимися за пределами прямой видимости. Это возможно благодаря
1) влиянию магнитного поля Земли на радиоволны
2) преломлению радиоволн в атмосфере
3) дифракции радиоволн на поверхности Земли
4) отражению радиоволн от ионосферы
3. Радиосвязь на коротких волнах может осуществляться с объектами за пределами прямой видимости в результате
1) дифракции радиоволн
2) отражения радиоволн от ионосферы и поверхности Земли
3) отражения радиоволн от Луны
4) интерференции радиоволн

Упражнения

4. Радиосвязь Центра управления полётами с космическими кораблями на орбитах возможна на ультракоротких волнах благодаря свойству ионосферы
1) отражать их 3) преломлять их
2) поглощать их 4) пропускать их
5. Радиостанция работает на частоте 12 МГц. Какова длина излучаемых радиоволн?
6. Электромагнитная волна с Земли долетает до Марса за 3 минуты и 6 секунд. Каково расстояние до Марса?
7. На каком расстоянии s от антенны радиолокатора А находится объект, если отражённый от него радиосигнал возвратился обратно через промежуток времени τ = 200 мкс?
8. Почему нельзя осуществлять радиосвязь с помощью электромагнитных волн с подводной лодкой, когда она находится под водой?
9. Почему затруднена радиосвязь на коротких волнах в горной местности?

Домашнее задание

На какой частоте суда передают сигнал бедствия SOS, если по международному соглашению длина радиоволны должна быть равной 600 м?
Чему равна длина волн, посылаемых радиостанцией, работающей на частоте 1400 кГц?
На какой частоте работает радиостанция, передавая программу на волне 250 м?
Электромагнитные волны распространяются в некоторой однородной среде со скоростью 2 • 108 м/с. Какую длину волны имеют электромагнитные колебания в этой среде, если их частота в пустоте была равна 1 МГц?
Колебательный контур состоит из катушки индуктивностью 0,5 Гн и конденсатора переменной емкости. При какой емкости колебательный контур будет настроен в резонанс с радиостанцией, работающей на волне 400 м?

https://www.tadviser.ru/images/thumb/b/b6/%D0%90%D0%9E%D0%A0%D0%9B-1%D0%90%D0%A1.jpg/840px-%D0%90%D0%9E%D0%A0%D0%9B-1%D0%90%D0%A1.jpg
https://www.radioprofessional.info/images/retr2.gif
https://54sts.ru/articles/radiovolny-i-radiochastoty/
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/c4/Unknown_radar-7._Technical_museum_Togliatti.JPG/180px-Unknown_radar-7._Technical_museum_Togliatti.JPG
https://www.radartutorial.eu/02.basics/pic/multirole.png
https://avatars.mds.yandex.net/get-zen_doc/2993437/pub_5ebeb93aa8d94878912e7d5c_5ebee5eae4967a1da6a3108d/scale_1200
http://information-technology.ru/images/03-16/korably_v_tumane_01.jpg
https://cdnn21.img.ria.ru/images/15018/53/150185378_0:0:3001:1688_600x0_80_0_0_0fd329147c7b5bc78adb59aada66278d.jpg.webp
https://www.belta.by/uploads/lotus/news/2020/000023_02044FE62B8E371C432585BC0038118A_775452.jpg