6.6.3. Особливості поширення декаметрових радіохвиль

Радіохвилі декаметрового піддіапазону можуть поширюватися як поверхневі, так і як просторові хвилі. Поверхнева хвиля погано огинає Землю й сильно згасає у ґрунті. Тому вона поширюється на відстань лише до 100 км. Розрахунок напруженості електричного поля поверхневої радіохвилі на цих відстанях здійснюється за формулою Шулейкіна – Ван-дер-Поля. На відстанях понад 100 км напруженість електричного поля значно послабленої поверхневої хвилі можна розрахувати за графіками, що наведені на рис. 6.25 відповідно до [1].

Рис.6.25

Поширення радіохвиль на великі відстані здійснюється просторовою хвилею, що створюється внаслідок відбиття від шару F. Дальнє поширення радіохвиль здійснюється внаслідок їх багатократних послідовних відбиттів від іоносфери й земної поверхні. Таким чином, просторова хвиля поширюється на тисячі кілометрів і може огинати Землю.

В шарах D і E радіохвиля зазнає часткове поглинання. Оскільки всі критичні частоти іоносфери перебувають в декаметровому діапазоні, то для поширення просторової хвилі необхідно забезпечити такі дві умови. По-перше, робочі частоти повинні бути меншими максимальних частот (6.75) для відповідних кутів . На підставі формули (6.75) вводять поняття максимально застосовної частоти (МЗЧ), яка є верхньою межею робочого діапазону частот. По-друге, напруженість поля в точці приймання повинна бути достатньою для його реєстрації, тобто ослаблення радіохвилі в іоносфері не повинно бути значним. Ослаблення хвилі за рахунок теплових втрат зростає при зменшенні частоти радіохвилі. Тому запроваджують поняття найменшої застосовної частоти (НЗЧ), при якій в точці приймання напруженість поля виявляється достатньою для здійснення радіозв‘язку. Значення НЗЧ залежать від потужності випромінювання радіопередавача.

Для забезпечення надійного радіозв‘язку із земними об‘єктами робочу частоту вибирають з умов НЗЧ < f < МЗЧ. Оскільки об’ємна густина електронів у шарі F залежить від часу доби, значення максимальних частот іоносфери зазнають зміни.

Це призводить до необхідності відповідної зміни МЗЧ і, отже, робочої частоти. Робочу частоту, з метою зменшення теплових втрат в іоносфері, наближують до МЗЧ. При цьому вводять поняття оптимальної робочої частоти (ОРЧ):

ОРЧ = 0,85 НЗЧ.

Протягом доби значення ОРЧ вибирають з діапазону:

- вдень 7,5 - 30 МГц (10 м - 25 м),

- вночі 3 - 8,6 МГц (35 м - 100 м).

Практично МЗЧ розраховують за спеціальними методиками, що застосовуються на основі експериментальних даних, які регулярно надходять зі спеціальних станцій спостереження за станом іоносфери [2, 3]. Напруженість електричного поля просторової хвилі можна розрахувати шляхом визначення модуля множника ослаблення радіохвилі за відомою, але відносно складною методикою А.Н. Казанцева [1].

Поширення хвиль декаметрового діапазону супроводжується низкою специфічних ефектів.

При роботі радіопередавача декаметрових хвиль на деякій відстані навколо нього створюється кільцева область, в якій радіохвиля відсутня. Ця область називається зоною мовчання. Внутрішній радіус цієї зони визначається максимальною відстанню поширення поверхневої хвилі, а зовнішній радіус – початковою точкою приймання просторової радіохвилі.

Значення зовнішнього радіуса зони мовчання із достатньою точністю можна визначити за формулою:

.

В цій формулі параметр є максимальною застосовною частотою.

При наближенні до зони мовчання з віддаленням від передавача чутність сигналу зменшується, а потім радіозв‘язок припиняється зовсім. У подальшому із збільшенням відстані радіозв‘язок відновлюється за рахунок появи просторової радіохвилі. Площа зони мовчання зменшується при збільшенні потужності радіопередавача й відповідного вибору робочої частоти.

Ефект завмирання радіохвиль у декаметровому піддіапазоні виявляється у більшому ступені, ніж у гектометровому піддіапазоні. Тут існує декілька причин завмирання хвиль. Однією з них є інтерференція просторових радіохвиль, що надходять у точку приймання після однократного й багатократного відбиття від іоносфери. При цьому фазовий зсув між хвилями змінюється з часом відповідно із зміною N, тобто фактично за випадковим законом. Іншими причинами є інтерференція радіохвиль, що розсіюються на локальних неоднорідностях іоносфери, а також інтерференція звичайних і незвичайних радіохвиль. За одну хвилину в точці приймання може з’явитися 6 – 16 завмирань. Для зменшення глибини завмирань застосовують приймання на дві антени, що відсунуті одна від одної і розташовані на прямій, яка перпендикулярна напряму на передавальну антену. Відстань між приймальними антенами дорівнює приблизно 10.

Ефективним засобом боротьби із завмираннями є приймання на дві антени з ортогональними поляризаціями, а також – на антену з вузькою діаграмою спрямованості.

Можлива ситуація, коли в точку приймання просторова хвиля надходить найкоротшим шляхом, наприклад, після однократного відбиття від нижньої межі шару F, а потім надходить хвиля, яка відбилася від вище розташованої області цього шару або після багаторазового відбиття. При цьому другий сигнал, загаяний відносно першого, називається радіолуна. При підвищенні густини електронів в шарі F радіохвиля може багаторазово відбиватися від іоносфери, обгинаючи земну кулю. При цьому другий сигнал запізнюється відносно першого приблизно на 0,1с. Спостерігається кругосвітня радіолуна. Ефект радіолуни погіршує якість радіозв‘язку тому, що може призвести до появи несправжніх імпульсів при передаванні телеграфної або цифрової інформації, а також до виникнення реверберації при радіотелефонії. Явище радіолуни зменшується при застосуванні гостроспрямованих антен і відповідним вибором таких робочих частот, при яких радіохвиля поширюється по більш довгому шляху.

Просторова радіохвиля після відбиття від земної поверхні поширюється в різних напрямах. При цьому частка енергії розсіяної хвилі після повторного відбиття від іоносфери повертається до місця розташування радіопередавача і може бути зареєстрована радіоприймачем. Поява зворотно розсіяних радіохвиль називається ефектом Кабанова. Цей ефект може бути застосований, наприклад, для загоризонтної радіолокації протяжних споруд та об‘єктів.

До позитивних якостей декаметрових хвиль можна віднести:

- незначне поглинання радіохвиль іоносферою Землі;

- можливість здійснення дальнього радіозв‘язку при відносно невеликих габаритах антен і потужностях радіопередавачів;

- велику ємність піддіапазону.

До недоліків декаметрових хвиль відносять:

- залежність умов поширення від стану іоносфери;

- наявність глибоких завмирань;

- наявність зон мовчання;

- наявність радіолуни.

Радіохвилі декаметрового піддіапазону застосовують для радіозв‘язку між об‘єктами, розташованими на поверхні Землі, з літальними апаратами, для загоризонтної радіолокації.