5.13. Особенности распространения радиоволн различных диапазонов

Рассмотрим кратко основные особенности распространения радиоволн.

5.13.1. Радиоволны ОНЧ и НЧ диапазонов.Эти волны распространяются как земные и как ионосферные. Как ионосферные они распространяются на большие расстояния в результате последовательных отражений между поверхностью Земли и нижней границей области ионосферы в дневные часы и областиЕ – в ночные часы. Поверхность Земли и нижняя граница ионосферы образуют своеобразный сфери­ческий волновод (рис. 5.12).

Радиоволны ОНЧ и НЧ диапазонов испытывают слу­чайные и суточные колебания напряженности поля.

Случайные колебания напряженности поля (замира­ния) обусловлены тем, что вследствие неоднородности ионизирующего потока и наличия восходящих и нисходящих течений воздуха в верхних слоях атмосферы в ионосфере происходят непрерывные изменения электронной концентрации N. Под действием этих изменений меняется высота отражений радиоволн, а следовательно, и фазы интерферирующих лучей. В точку приема приходят много лучей с разным количеством отражений (см. рис. 5.12). Все это приводит к колебаниям напряженности поля в месте приема. Эти колебания очень медленны. В среднем в диапазоне ОНЧ поле меняется не более, чем на 10 … 30 % за время, исчисляемое десятками минут и даже часами.

Суточные колебания напряженности поля обусловлены тем, что при отражении от полупроводящей области ионосферы волны затухают больше, чем при отражении от областиЕ. Так как ночью область ионосферы отсутствует, то с наступлением темноты напряженность поля, как правило, возрастает. Это увеличение тем заметнее, чем короче длина волны.

Радиоволны ОНЧ и НЧ диапазонов практически не испытывают влияние времени года, влияние 11-летнего периода солнечной активности, а также влияние ионосферных возмущений. Ионосферные возмущения существенно влияют на параметры ионосферы в ее верхних слоях.

5.13.2. Радиоволны СЧ диапазона. Эти радиоволны испытывают сильное поглощение в слое D, поэтому в дневные часы они распространяются как земные, а с наступлением темноты – как земные и как ионосферные.

В дневные часы зимних месяцев в высоких широтах ионосферные волны также могут создать заметную напряженность поля в месте приема.

Радиоволны СЧ диапазона испытывают случайные колебания напряженности поля. Эти колебания обусловлены интерференцией земной и ионосферной волны.

Из рис. 5.13 видно, что в точку приемаВ приходит зем­ная (1) и ионосферная (2) вол­ны. Так как параметры ионо­сферы меняются во времени по случайному закону, то по слу­чайному закону изменяется разность фаз между земной и ионосферной волнами. Это влечет за собой случайное изменение амплитуды результи­рующего поля. Такое явление называют замиранием. При этом, чем меньше , тем быстрее замирания.

Замирания в диапазоне СЧ происходят в обширной области вокруг передающей станции, в которую приходят земная и ионосферная волны сравнимых интенсивностей. Радиоволны СЧ диапазона интенсивно используются в радиовещании; имеются и радионавигационный системы СЧ диапазона. Наличие замираний приводит к ухудшению качества радиовещания. Для уменьшения области замираний на передающей станции используют антенны, которые ослабляют поле ионосферной волны. Такие антенны называют антифединговыми, они направляют излучение антенны в основном под малыми углами к горизонту.

На рис. 5.14 сплошной линией показана диаграмма направлен­ности обычного вертикального виб­ратора радиовещательной стан­ции, а пунктирной – диаграмма направ­ленности антифединговой антенны, которая представляет собой верти­кальный вибратор с регулируемым распределением тока.

Радиоволны СЧ диапазонов незначительно испытывают влияние времени года, влияние 11-летнего периода солнечной активности, а также влияние ионосферных возмущений.

5.13.3. Радиоволны ВЧ диапазона. Эти радиоволны как земные распространяются на несколько десятков километров. Это связано с тем, что они сильно поглощаются в земной поверхности. Как ионосферные радиоволны ВЧ диапазона могут распространяться на любые расстояния путем однократного или многократного отражения от ионосферы и поверхности Земли.

Радиоволны ВЧ диапазона в бóльшей степени, чем радиоволны СЧ диапазона, подвержены замираниям. Замирания могут быть обусловлены интерференцией двух ионосферных волн, испытавших различное число отражений от ионосферы, интерференцией обыкновенной и необыкновенной волны и др. На рис. 5.15 в точку приема приходит две волны, которые отразились от разных областей ионосферы. Так как параметры ионосферы меняются по случайному закону и не коррелированны для различных областей ионосферы, разность фаз волны 1 и волны 2 в точке приема также изменяется по случайному закону. Это и приводит к замираниям сигнала.

Существует два метода борьбы с замиранием в ВЧ диапазоне: пассивный – применение автоматической регулировки усиления приемника и активный – прием на разнесенные в пространстве антенны.

Радиоволны ВЧ диапазона испытывают значительные суточные и сезон­ные колебания напряженности поля. Они подвержены влиянию 11-летнего периода солнечной активности и ионосферных возмущений.

В диапазоне ВЧ наблюдается явлением эхо, которое связано с тем, что в точку приема приходят «прямой» и обогнувший Землю сигналы. В диапазоне ВЧ имеются зоны молчания, которые представляют собой концентрическую область вокруг передающей станции, в пределах которой отсутствуют как земные, так и ионосферные волны.

ВЧ диапазон условно делят на дневные (10 … 25 м), ночные (35 … 100 м) и промежуточные (25 … 35 м) волны. Это связано с тем, что для осуществления радиосвязи в этом диапазоне нужно учитывать два условия:

1. Применяемая для радиосвязи частота должна быть меньше максимально применимой частоты, определенной для заданной длины линии радиосвязи.

2. Поглощение радиоволны в области D и Е не должно быть чрезмерно большим (ограничение частоты снизу).

На рис. 5.16 показана траектория радиоволны в тех случаях, когда рабочая частота превышает максимально применимую частоту. На рис. 5.17 показана траектория волны при повышенном поглощении в слояхD и Е.

5.13.4. Радиоволны ОВЧ, УВЧ, СВЧ и КВЧ диапазонов. Радиоволны этих диапазонов как земные распространяются на небольшие расстояния. Они в основном используются как прямые волны.

Как ионосферные радиоволны ОВЧ диапазона могут распространяться только в годы максимальной солнечной активности и за счет отражений от нерегулярных областей с повышенной ионизацией и от ионизированных следов метеоров. Радиоволны ОВЧ диапазона распространяются на большие расстояния как тропосферные за счет рассеяния на неоднородностях тропосферы.

Радиоволны СВЧ диапазона избирательно поглощаются в атмосфере. Радиоволны КВЧ диапазона сильно поглощаются в атмосферных образованиях (дождь, туман, пыль).