6.6.4. Особливості поширення метрових радіохвиль

У піддіапазоні метрових і більш коротких хвиль усі види ґрунтів, за винятком водного, характеризуються властивостями діелектриків. Тому теплові втрати поверхневої хвилі, яка поширюється над сушею, практично відсутні. Однак через малe довжину хвилі радіохвилі погано дифрагують навколо сферичної поверхні Землі. Тому поверхневі хвилі поширюються на незначні відстані, які не на багато перевищують відстань прямої видимості r₀. На більші відстані метрові хвилі можуть поширюватися лише просторовою хвилею. Поява такої хвилі залежить від стану іоносферного шару F. Для хвиль метрового діапазону цей шар в звичайному стані характеризується властивостями діелектрика і є радіопрозорим, тобто невідбиваючим. Однак в період підвищеної сонячної активності об’ємна густина електронів взимку вдень може сягати таких значень, що шар F стає відбиваючим для хвиль довжиною 6 - 8 м. На цих довжинах хвиль можна здійснити радіозв‘язок на відстані 3500 - 4000 км. Дальній радіозв‘язок на відстані 1000-2500 км можливий і при наявності нерегулярних спорадичних шарів іоносфери E_S. Такі шари з’являються влітку вдень на трасі між радіопередавачем і радіоприймачем.

Локальні неоднорідності іоносфери, що створюються у шарах D (вночі) і E (вдень) на висотах 70 - 90 км, призводять до розсіювання радіохвиль метрового діапазону при  < 5 м. Якщо діаграми спрямованості антен передавача і приймача перехрещуються на цих висотах, то внаслідок іоносферного розсіювання можливе здійснення радіозв‘язку на відстані від 900 км до 2300 км.

Для радіозв‘язку за рахунок іоносферного розсіювання необхідні радіопередавачі з потужністю випромінювання не менш як 10 кВт і антени з коефіцієнтом підсилювання 20-30 дБ.

Радіосигнали, які з’явилися внаслідок іоносферного розсіювання радіохвиль, зазнають глибоких завмирань.

При розрахунках напруженості поля на відстанях r < 0,2r₀ (5 - 6 км) для високопіднятих антен використовують звісну інтерференційну формулу (6.31) або формулу Введенського з врахуванням обмежень її застосування. Якщо антени є низькорозташованими, то використовують формулу Шулейкіна – Ван-дер-Поля (6.48).

При розрахунках поля на відстанях 0,2r₀  r  0,8r₀ (80 -100 км) враховують еквівалентний радіус Землі та ефект тропосферної рефракції.

До переваг хвиль метрового діапазону можна віднести:

- можливість встановлення дальнього радіозв‘язку із земними об‘єктами;

- можливість створення спрямованих антен з прийнятними габаритами;

- велику ємність піддіапазону.

Недоліком хвиль метрового піддіапазону є залежність умов їхнього поширення у довгохвилевій його частині від стану іоносфери.

Хвилі метрового піддіапазону застосовують:

- для забезпечення регулярного зв‘язку в межах прямої видимості між земними об‘єктами, з літальними апаратами і між ними;

- для здійснення дальнього радіозв‘язку;

• для радіолокації (короткохвильова частина піддіапазону).

6.6.5. Особливості поширення мікрохвиль

До мікрохвиль відносять радіохвилі дециметрового, сантиметрового і міліметрового піддіапазонів. Поверхневі хвилі цих піддіапазонів погано дифрагують навколо сферичної поверхні Землі й протяжних нерівностей її рельєфу. Поширюються поверхневі мікрохвилі в межах прямої видимості. Напруженість поля прямої хвилі у випадку високопіднятих антен розраховується за інтерференційними формулами, а для низькорозташованих антен – за формулою Шулейкіна – Ван-дер-Поля. Земний ґрунт для мікрохвиль є діелектриком. Тому тип ґрунту не впливає на поширення радіохвиль. На їх поширення суттєво впливають особливості рельєфу, а також штучні протяжні споруди. Вони призводять до відбиття та розсіювання радіохвиль. Ці властивості мікрохвиль застосовують для радіолокації різноманітних фізичних об‘єктів.

При організації каналів зв’язку в діапазоні мікрохвиль враховують особливості рельєфу місцевості й наслідки багатопроменевого поширення хвиль. Ці наслідки проявляються як завмирання, які обумовлені тим, що до точки приймання надходить множина радіохвиль, які відбиваються і розсіюються об‘єктами, що розташовані на земній поверхні. Якщо перешкода перекриває лінію прямої видимості між передавальною та приймальною антенами, траса називається закритою. Коли траса не перекривається перешкодою, вона називається відкритою. Напруженість електричного поля в точках приймання як на закритій, так і на відкритій трасах залежить від величини й знака просвіту, тобто від відстані від верхнього краю перешкоди до лінії прямої видимості, тому що в цьому випадку здійснюється перекриття або затінення першої і подальших зон Френеля.

У діапазоні мікрохвиль на трасах протяжністю 100-150 км, які проходять через гірські хребти висотою 1000-2000 м, стає можливим ефект підсилювання сигналу через розсіювання його на клиновидній перешкоді з подальшим додаванням когерентних радіохвиль, що надходять в точку приймання внаслідок багатопроменевого поширення.

Іноді явище підсилювання на клині реалізують штучно. Для цього на невеликих узгір‘ях установлюють спеціальні металеві екрани, які здійснюють функції пасивних ретрансляторів.

Велике місто є специфічним середовищем поширення мікрохвиль. Його можна ототожнити з сильно перерізаною місцевістю, в якій можливе багатопроменеве поширення радіохвиль. Якщо між антенами існує пряма видимість, то висоти їх підвісу відлічуються від середнього рівня дахів, а розрахунок напруженості поля здійснюють за інтерференційними формулами. Виявлено, що у місті напруженість поля хвиль дециметрового та сантиметрового піддіапазонів у 3 - 5 разів менша, ніж на відкритій місцевості. Це послаблення слід враховувати при корекції розрахунків, які здійснюються за стандартними методиками у випадку відсутності прямої видимості між передавальною та приймальною антенами. Ще більше знижується напруженість поля всередині приміщень. Відносно напруженості поля над дахом у верхніх поверхах будинків напруженість поля знижується до 3-7%, а на нижніх – до 10 - 40%.

На відстанях, які перевершують відстань прямої видимості, мікрохвилі поширюються, в основному, за рахунок тропосферної рефракції й розсіювання на тропосферних неоднорідностях. Якщо стан тропосфери такий, що існують умови, за яких можлива надрефракція, то дециметрові та сантиметрові хвилі поширюються в своєрідному хвилеводі однією зі стінок якого є земна поверхня, а іншою – нижній шар тропосфери. Виникнення тропосферного хвилеводу – епізодичне явище, тому відповідний радіозв‘язок є нестійким і практично не використовується. Але тропосферні хвилеводи необхідно враховувати при оцінюванні електромагнітного оточення з метою виявлення можливих радіозавад.

При поширені в атмосфері Землі мікрохвилі, що належать до різних піддіапазонів, зазнають різного загасання. Наприклад, хвилі, коротші за 3-5 см, сильно послаблюються в гідрометеоритах (дощ, сніг, туман). Загасання у водяних парах зазнають хвилі, коротші за 1,35 см. Міліметрові хвилі зазнають сильного загасання в кисні та водні, що входять до складу атмосфери.

Для мікрохвиль іоносфера є радіопрозорою тому, що всі її критичні частоти перебувають у декаметровому піддіапазоні. Тому мікрохвилі використовують для радіозв‘язку з космічними об‘єктами та між ними.

Позитивні якості мікрохвиль такі:

- велика частотна ємність піддіапазону;

- можливість створення малогабаритних гостроспрямованих антен;

- незалежність від впливу атмосферних завад;

- стійкість радіозв‘язку.

Недоліками мікрохвиль є:

- залежність умов поширення радіохвиль та якості радіозв‘язку від рельєфу місцевості та її покриття;

- наявність смуг частот, непридатних для практичного використання через загасання радіохвиль у гідрометеоритах та атмосферних газах.

Мікрохвилі використовують для:

- радіорелейного та тропосферного зв‘язку;

- радіозв‘язку з літальними та космічними апаратами.

Таким чином, ми дослідили коло питань стосовно створення, існування та використання радіохвиль. Практичне значення наведеного матеріалу полягає в тому, що за його допомогою можна розв’язувати електродинамічні задачі з метою прогнозування проходження радіохвиль різних довжин в залежності від реальних природних умов.