Лекция 1. Классификация радиоволн по диапазонам. Основные механизмы свободного распространения радиоволн

Радиоволнами называют электромагнитные волны (ЭМВ), лежащие в диапазоне от 10³ до 10¹² Гц.

В системах связи и вещания широко используется свободное рас­пространение радиоволн. При этом линией передачи является естествен­ная среда, заполняющая пространство, в котором распространяются ра­диоволны от передающей антенны к приемной. На наземных линиях типа Земля-Земля такая среда включает атмосферу и поверхностные толщи Земли. На космических линиях типа Земля - космический аппарат путь распространения проходит через атмосферу Земли и космическое пространство.

Земная атмосфера и поверхностные толщи земли являются погло­щающими электрически неоднородными средами. Их диэлектрическая проницаемость и проводимость не остаются постоянными в пространстве и во времени и изменяются в зависимости от частоты распространяющей­ся волны.

Резко выраженная частотная зависимость законов распростране­ния приводит к необходимости разграничения диапазона радиоволн по поддиапазонам, в которых условия распространения радиоволн (РРВ) примерно одинаковы. Ниже, в табл.1.1 приведены частотные границы диапазонов и их названия.

Таблица 1.1 Частотные границы диапазонов и их названия

N	Частота	Длина вол­ны	Диапазон	Метрическое подразделение волн
4	3 кГц...30 кГц	100км...10 км	СДВ	Мириаметровые
5	30 кГц...300 кГц	10 км...1 км	ДВ	Километровые
6	300 кГц...3000 кГц	1 км...100 м	СВ	Гектометровые
7	3 МГц...З0 МГц	100м...10 м	КВ	Декаметровые
8	30 МГц…300 МГц	10 м...1 м	УКВ	Метровые
9	300 МГц…3000 МГц	1 м...10 см	УКВ	Дециметровые
10	3 ГГц…30 ГГц	10 см...1 см	УКВ	Сантиметровые
11	30 ГГц...З00 ГГц	1 см...1 мм	УКВ	Миллиметровые
12	300 ГГц...3000 ГГц	1 мм…0,1 мм	УКВ	Децимилли-метровые

Так, например, мы можем передать информацию на большие расстояния в декаметровом и сантиметровом диапазонах волн, но в декамет-ровом диапазоне мы сразу можем обеспечить дальность радиосвязи на ты­сячи и десятки тысяч км с шириной полосы сигнала в несколько кГц, а в сантиметровом диапазоне - с шириной полосы сигнала в несколько МГц, но через ретрансляторы, установленные в пределах прямой видимости.

Общую задачу о распространении радиоволн в реальной атмосфере вдоль реальной земной поверхности обычно разделяют на несколько от­дельных задач, каждая из которых исследует свой механизм распростра­нения, обусловленный частными свойствами тракта распространения.

Рис. 1.1. Механизмы распространения радиоволн (а- земной волной,

б- ионосферной волной, в- тропосферной волной, г- прямой волной)

К первому регулярному механизму относится РРВ вдоль границы раздела воздух - земная поверхность (рис. 1.1. а). Этот механизм подчиня­ется законам дифракции (дифракция - процесс огибания препятствия при длине волны λ больше размеров препятствия). Радиоволны, распространяющиеся в непосредственной близости от поверхности Земли и частично огибающие выпуклость земного шара вследствие явления дифракции, получили название земных или поверхностных волн.

Интенсивная плавная электрическая неоднородность верхних иони­зированных слоев атмосферы является причиной второго регулярного ме­ханизма РРВ с частотой до 30...40 МГц путем последовательного много­кратного отражения от ионизированных слоев атмосферы и поверхности Земли (рис.1.1.б). Радиоволны, распространяющиеся на большие расстояния и огибающие земной шар в результате однократного или многократного отражения от ионосферы (λ ≥ 10 м), а также волны, рассеивающиеся на неоднородностях ионосферы, получили название ионосферных или пространственных волн.

За счет слабых электрических неоднородностей локального характе­ра в тропосфере происходит рассеивание радиоволн (рис.1.1.в). Механизм рассеивания используют для передачи информации на частотах выше 300 МГц на наземных радиолиниях. Радиоволны, распространяющиеся на зна­чительные расстояния до 1000 км за счет рассеивания в тропосфере и направляющего действия тропосферы, получили название тропосферных волн.

Связь между земным пунктом и космической станцией может осуществляться только за счет так называемой прямой волны, которая распространяется через всю толщу атмосферы и космическое пространство (рис.1.1.г). Радиоволны, распространяющиеся в однородной или слабо неоднородной среде по прямолинейным или близким к ним траекториям, получили название свободно распространяющихся или прямых волн.

Изучение частных механизмов распространения позволяет при проектировании линий связи выбирать основные параметры систем с учетом свойств тракта распространения.