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 области Е – 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 области Е. 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.

И з рис. 5.13 видно, что в точку приема В 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.

Н а 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.

Р адиоволны 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).

Н а 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 слоях D 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).