14.2.2. Основи розрахунку
У діапазоні гектометрових хвиль ґрунт за своїми властивостями наближається до напівпровідного середовища(діелектрик з втратами), тому радіохвилі в ньому є значно ослабленими. У тропосфері на хвилі впливає ефект дифракції. Тому поверхнева хвиля частково огинає Землю, дещо згасає в ґрунті i поширюється на відстань до 500-700 км. Напруженість поля поверхневої хвилі у точці прийому може бути розрахована за формулою Шулейкіна – Ван-дер-Поля:
(14.2)
Докладніше це питання розглянуто в розділі11, формула (11.28).
14.2.3. Властивостідіапазону
Переваги
– добре огинання нерівностей рельєфу земної поверхні;
– наявність тропосферної рефракції, що призводить до збільшення відстані поширення радіохвиль;
– можливість поширення двома шляхами (поверхневим та просторовим).
Недоліки:
– мала частотна ємність діапазону;
– відносно великі габарити антенних пристроїв радіопередавачів;
– наявність завмирань, середня тривалість яких може сягати декілька секунд;
– залежність характеристик просторової хвилі від нелінійних властивостей іоносфери,що призводить до ефекту перехресної модуляції;
– починається прояв зон радіомовчання («мертвих» зон).
14.2.4. Область застосування
Хвилі гектометрового діапазону застосовують для:
– радіомовлення;
– радіонавігації;
– радіотелефонного та радіотелеграфного зв’язку.
14.3. Декаметрові хвилі (вч: 3-30 мГц, кх: 100-10 м)
14.3.1. Характеристика поширення
Короткі (високочастотні ВЧ) хвилі поширюються як поверхневі й просторові. Поверхнева хвиля майже не огинає Землю, сильно згасає у ґрунті й поширюється на відстань орієнтовно 100 км.
На великі відстані поширення здійснюється просторовою хвилею, що виникає внаслідок відбивання від шару F. Дальнє поширення радіохвиль на тисячі кілометрів здійснюється внаслідок їх багатократного послідовного відбивання від іоносфери й земної поверхні. Короткі радіохвилі поширюються на великі відстані шляхом відбивання від іоносфери та поверхні Землі, як це ілюструє рис. 14.3, де 1 – хвиля, відбита від іоносфери двічі;2 –напрям поширення хвилі співпадає з максимумом діаграми спрямованості антени; 3 –хвиля, що поширюється шляхом одного відбивання від іоносфери; 4 – хвиля, частота якої вище максимально застосовної частоти (МЗЧ), виходить за межі іоносфери.
Спосіб
поширення із відбиванням називають
стрибковим i характеризують відстанню
стрибка
і кількістю стрибків
.
Відстань стрибка залежить від висоти
відвального шару,робочої
частоти та діаграми спрямованості
антени у вертикальній площині, i змінюється
в залежності від пори року, сезону i
активності Сонця.
Рис. 14.3. Шляхи поширення коротких хвиль
ВЧ
радіохвиля в шарах D
i
E
радіохвиля
зазнає часткове поглинання. Оскільки
всі критичні частоти іоносфери
є в декаметровому діапазоні, то для
поширення просторової хвилі необхідно
забезпечити дві умови. По-перше, робочі
частоти повинні бути меншими за
максимальні частоти для відповідних
кутів
(13.27):
(14.3)
На підставі формули (14.3) вводять поняття максимально застосовної частоти (МЗЧ), яка є верхньою межею робочого діапазону частот. По-друге, значення напруженості поля в точці приймання повинно бути достатньо для його реєстрації, тобто ослаблення радіохвилі в іоносфері не повинно бути суттєвим. Ослаблення хвилі внаслідок теплових втрат зростає із зменшенням частоти радіохвилі. Тому використовують поняття найменшої застосовної частоти (НЗЧ), за якої у точці приймання напруженість поля є достатньою для здійснення радіозв’язку. Значення НЗЧ залежать від потужності випромінювання радіопередавача.
Для забезпечення надійного радіозв’язку із земними об’єктами робочу частоту вибирають у межах НЗЧ < f < МЗЧ. Оскільки об’ємна густина електронів у шарі F залежить від часу доби, значення максимальних частот іоносфери зазнають змінень. В Інституті земного магнетизму іоносфери та поширення радіохвиль російської академії наук (I3MIPAH)регулярно складають відповідні карти стану іоносфери.
Ця нестабільність призводить до необхідності зміни МЗЧ, а отже i робочої частоти. Робочу частоту, з метою зменшення теплових втрат в іоносфері, наближують до МЗЧ та вводять поняття оптимальної робочої частоти (ОРЧ):
OPЧ=0,85MЗЧ.
Значення ОРЧ на протязі доби вибирають в межах:
– денне 7,5-30 МГц (10-25 м),
– нічне3-8,6 МГц (35-100 м).
Практично МЗЧ розраховують за спеціальними методиками, ще застосовують експериментальні дані, які регулярно надходять зі спеціальних станцій спостереження за станом іоносфери. Напруженість електричного поля просторової хвилі можна розрахувати також шляхом визначення модуля множника ослаблення paдioxвилi за відомою, але відносно складною методикою А. Н. Казанцева.
Поширення хвиль декаметрового діапазону супроводжується низкою специфічних ефектів. В процесі роботи радіопередавача декаметрових хвиль на деякій відстані навколо нього створюється кільцева область, в якій радіохвиля відсутня,тобто є зона мовчання. Внутрішній радіус цієї зони визначається максимальною відстанню поширення поверхневої хвилі, а зовнішній радіус – початковою точкою приймання просторової радіохвилі. Значення зовнішнього радіуса зони мовчання визначають за формулою:
, (14.4)
де
–МЗЧ,
– критична частота (див. розділ 13).Із
наближенням від передавача до зони
мовчання рівень сигналу зменшується і
припиняється
зовсім. У подальшому зі збільшенням
відстані радіозв'язок відновлюється
внаслідок
появи просторової радіохвилі. Площа
зони мовчання зменшується для
радіопередавача
більшої потужності й за відповідного
вибору робочої частоти.
Прояв ефекту завмирання радіохвиль у декаметровому діапазоні є більш відчутним, ніж угектометровому діапазоні. За одну хвилину в точці приймання може бути 6-16 завмирань. Існує декілька причин завмирання хвиль:
–
інтерференція
просторових радіохвиль,
що надходять у точку приймання після
одно-та
багаторазового відбивання від іоносфери.
У цьому випадку фазовий зсув між хвилями
змінюється за часом
відповідно зі зміною електронної густини
,тобто
фактично за випадковим законом.
– інтерференція радіохвиль, що розсіюються на локальних неоднорідностях іоносфери, а також інтерференція звичайних i незвичайних радіохвиль.
Більш докладно стосовно завмирань тропосферних радіохвиль див. п 12.3.4
Для зменшення глибини завмирань застосовують приймання сигналу на дві антени, що рознесено одна від одної і розташовано на прямій, яка перпендикулярна напряму на передавальну антену. Відстань між приймальними антенами доцільно вибирати орієнтовно 10λ.
Також ефективним засобом подолання завмирань є прийом на дві антени з ортогональними поляризаціями, а також — на антену з вузькою діаграмою спрямованості.
Можлива ситуація, якщо в точку приймання просторова хвиля надходить найкоротшим шляхом, наприклад, після однократного відбивання від нижньої межі шару F, a згодом надходить хвиля, відбита від вище розташованої області цього шару або після багаторазового відбивання. В цьому випадку другий сигнал, «що запізнився» відносно першого, називають радіолуна. У разі підвищення густини електронів У шарі F радіохвиля може багаторазово відбиватися від іоносфери, та огинати земну кулю. В цьому випадку другий сигнал запізнюється відносно першого орієнтовно на 0,1 с. Спостерігається навколосвітня радіолуна. Ефект радіолуни погіршує якість радіозв'язку тому, що може призвести до появи хибних імпульсів під час передавання телеграфної або цифрової інформації, а також до виникнення реверберації в радіотелефоні. Явище радіолуни зменшується якщо застосовано гостроспрямовані антени i відповідним чином вибрано робочі частоти, за яких радіохвиля поширюється на більшу відстань.
Просторова радіохвиля після відбивання від земної поверхні поширюється в різних напрямах. За таких умов частка енергії розсіяної хвилі після повторного відбивання від іоносфери повертається до місця розташування радіопередавача i може бути зареєстрована радіоприймачем. Явище появи зворотно розсіяних радіохвиль називають ефектом Кабанова (рис. 14.4).
Рис. 14.4. Ілюстрація ефекта Кабанова
Цей ефект може бути застосовано, наприклад, для позагоризонтної радіолокації протяжних споруд та об’єктів.