2. Влияние окружающей среды на распространение радиоволн.

Основное влияние на распространение радиоволн (РРВ) оказывают земная поверхность (в том числе морская), ионосфера и тропосфера (нижняя часть атмосферы).

Земля является полупроводящей средой, поглощающей электромагнитную энергию. Это приводит к потере напряженности поля земной волны. Чем больше длина волны, тем меньше потери и больше напряженность поля земной волны. Выпуклость Земли является естественным препятствием на пути прямолинейно распространяющейся РВ. Земная поверхность отражает электромагнитную энергию, что позволяет РВ распространяться на большие расстояния за счет последовательного отражения от ионосферы и земли.

Большое значение для связи с подводными лодками имеет способность радиоволн проникать на глубину. Чем больше длина волны, тем на большей глубине может быть обеспечена связь с плпл (таблица). При составлении таблицы принималось значение напряженности поля на поверхности, равное единице.

Ослабление напряженности поля сигнала

Слой  воды, м	Величина ослабления сигнала для различных рабочих частот
	100 Гц	1000 Гц	15 кГц	300 кГц	3 МГц
1	0,96	0,88	0,67	0,11	1×10-3
5	0,82	0,53	0,08	2×10-5	2×10-14
10	0,67	0,28	0,008	-	-
50	0,14	0,018	-	-	-

Атмосферу Земли представляет газовая оболочка, которая простирается от поверхности Земли на расстояние, равное 8–12 ее радиусам, т.е. 50–75 тысяч км. Атмосфера постоянно поглощает энергию Солнца в виде его излучения, заряженных частиц и тепла, поступающих от нагретой Солнцем Земли. По распределению температуры атмосферы ее принято делить на несколько областей.

Тропосфера – самая нижняя область, примыкающая непосредственно к Земле до высот 135 км. В ней основным источником тепла является нагретая Солнцем Земля.

Стратосфера – область атмосферы до высот 45–60 км. Здесь содержится несколько повышенная концентрация озона, и за счет поглощения им ультрафиолетового излучения Солнца на этой высоте наблюдается рост температуры.

Ионосфера – это область верхней атмосферы, где присутствуют заряженные частицы (электроны и ионы).

Заряженные частицы появляются в результате ионизации нейтральных газов солнечным излучением, т.е. расщепления атомов на положительные ионы и отрицательные электроны. В результате этого образуются довольно устойчивые области, условно называемые слоями с повышенной ионизацией. Степень ионизации слоев характеризуется электронной ионизацией.

Электронная ионизация – число свободных электронов в 1 см³.

Наличие нескольких слоев ионизации обуславливается неоднородностью ионосферы. Количество слоев, уровень их ионизации и высота зависят от солнечной активности, сезона года, времени суток и ряда других причин. Ионизированные слои вызывают преломление, отражение и поглощение электромагнитной энергии. Отражение электромагнитной энергии приводит к возможности связи на большие расстояния для тех длин волн, которые не могут распространяться как земные за счет явления дифракции.

Днем, когда на атмосферу воздействует солнечная энергия, наблюдаются ионизированные слои D, E, F₁, F₂, различающиеся высотами и плотностью ионизации.

На высоте 60–80 км расположен слой D, наиболее сильно поглощающий СВ и КВ радиоволны и хорошо отражающий радиоволны длиннее 5000 метров. В летнее время ночью, а зимой круглосуточно слой D отсутствует.

На высоте 100–200 км находится слой Е, в котором плотность ионизации значительно выше. От этого слоя в дневное время отражаются КВ радиоволны, а в ночное, из-за падения плотности ионизации, только СВ радиоволны.

На высоте 180–240 км расположен слой F₁, плотность ионизации которого выше, чем плотность ионизации слоя Е. В некоторые годы зимой этот слой отсутствует. В ночное время он сливается вместе со слоем F₂.

На высоте 250–450 км расположен слой F₂. Это основной слой, обеспечивающий связь ионосферной (пространственной) волной в КВ диапазоне. Плотность ионизации этого слоя самая высокая. Однако как плотность ионизации, так и высота расположения слоя F₂ непостоянны и подвержены регулярным и случайным изменениям. Эти изменения приводят к тому, что в разное время номиналы частот, хорошо отражающихся от слоя F₂ и не претерпевающих значительных поглощений в других слоях, постоянно меняются.

Тропосфера оказывает существенное влияние только на распространение радиоволн УКВ диапазона. Влияние тропосферы выражается в искривлении траектории волны за счет неоднородности ее параметров. Рефракция – явление, характеризующее степень искривления траектории волны тропосферой.

Основными параметрами тропосферы являются температура, влажность и давление. Эти параметры хотя и носят случайный характер, однако имеют определенную регулярность своего изменения по мере увеличения высоты. Так, давление и температура с увеличением высоты падают, а относительная влажность сохраняется постоянной. Эти изменения приводят к различным видам рефракции.

Виды радиоволн. По характеру распространения радиоволны подразделяются на прямые, земные (поверхностные), ионосферные (пространственные) и тропосферные.

Все виды радиоволн подвержены рассеиванию при распространении.

Прямые радиоволны – радиоволны, распространяющиеся в однородной среде по прямолинейной траектории (рефракция, поглощение).

Земные (поверхностные) радиоволны – радиоволны, распространяющиеся в непосредственной близости от поверхности Земли и частично огибающие ее выпуклость (земного шара) за счет явления дифракции (дифракция, поглощение). Дифракция – способность радиоволн распространяться вдоль поверхности Земли за счет ее огибания. Чем больше длина волны, тем сильнее проявляется способность радиоволн огибать выпуклость Земли и распространяться как земные (поверхностные).

Ионосферные (пространственные) радиоволны – радиоволны, распространяющиеся на большие расстояния за счет отражения от ионизированных слоев ионосферы (или пронизывают ее). Они могут огибать земной шар в результате многократного отражения от ионосферы и земной поверхности (отражение, поглощение, замирание).

Тропосферные радиоволны – радиоволны, распространяющиеся на значительные расстояния (примерно 1000 км) за счет преломления (рефракции, отражения, рассеяния) на неоднородностях тропосферы и направляющего (волноводного) действия тропосферы. Как тропосферные могут распространяться только волны короче 10 метров (выше 30 МГц) (рефракция, поглощение).

Виды радиоволн

Ионосфера

Ионосферные РВ

Тропосферные РВ

Земные РВ

Прямые РВ

Тропосфера

Закономерности РРВ (явления):

1 – рассеивание электромагнитной энергии в свободном пространстве (воздухе)

уменьшение плотности потока энергии с увеличением расстояния

(от кВт при передаче до мкВ при приеме)

2 – поглощение в среде, отличной от воздуха (вода, земля, ионизированный газ)

уменьшение мощности сигнала

(в ионизированном газе уменьшается с повышением частоты)

3 – дифракция при распространении радиоволн вдоль земной поверхности

огибание радиоволнами выпуклости земной поверхности

(уменьшается с повышением частоты)

4 – рефракция при распространении радиоволн в неоднородной среде

преломление (искривление) траектории радиоволн вследствие изменения скорости распространения за счет неоднородности параметров

(увеличивается с увеличением неоднородности)

электрические свойства среды от точки к точке плавно изменяются в каком-либо одном направлении

5 – отражение при переходе из одной среды в другую

преломление траектории радиоволн в ионизированном газе (слое ионосферы) или у земной поверхности (суша или море)

(угол отражения равен углу падения, угол преломления зависит от электрических свойств сред)

6 – замирания при распространении в ионосфере в связи со случайным изменением параметров ионосферы

резкое изменение напряженности поля сигнала

(в десятки и сотни раз)

(быстрые – от долей секунды до нескольких секунд

– интерференционные и поляризационные)

(медленные – от нескольких минут до нескольких часов

– изменение поглощения и неоднородностей)

основная причина – сложение радиоволн от одного источника, пришедших в точку приема различными путями (вплоть до уменьшения напряженности поля сигнала до нуля, если радиоволны пришли в точку приема в противофазе)

меры борьбы с замираниями (разнесенный прием)

Закономерности (явления) РРВ

И з м е н е н и е
= уровня сигнала	= траектории сигнала
1 – рассеяние	4 – дифракция
2 – поглощение	5 – рефракция
3 – замирание	6 – отражение

Ионосферные РВ

Тропосферные РВ

Земные РВ

Прямые РВ

Тропосфера

Ионосфера

6

2

2

5

1

2

3

4