Распространение коротких волн

Короткие волны (λ = 10-100 м) достигают слоя ионосферы F₁ (или F₂), отражаясь от него к Земле. Увеличение частоты, происходящее при переходе от средних волн к коротким, вызывает значительное уменьшение потерь электромагнитной энергии в ионосфере, несмотря на то, что в данном случае через слой Е волны проходят дважды; вместе с тем, потери в Земле возрастают. Поэтому в коротковолновом диапазоне связь поверхностными волнами практически невозможна уже на расстоянии в несколько десятков километров, тогда как при помощи пространственных волн достаточно небольшой мощности передатчика, чтобы обеспечить связь на 10000-20000 км.

Специфические свойства ионосферы определяют некоторые особенности распространения коротких волн. К ним прежде всего относится наличие зоны молчания. Зоной молчания называется область пространства, ограниченная максимальной дальностью приема поверхностных волн и минимальной дальностью приема пространственных волн.

Так как по мере уменьшения длины волны преломление волн в ионосфере уменьшается, радиоволны коротковолнового диапазона могут пройти сквозь ионосферу, не отразившись от нее к Земле (луч 1 на рис. 4).

Рис. 4. Лучи радиоволн коротковолнового диапазона:

1 и 2 – пространственные волны; 3 – поверхностная волна.

Для того чтобы этого не было, рабочая длина волны должна быть больше критической длины волны слоя F₂ (λ_кр = 23÷45 м) либо при более коротких волнах угол возвышения луча должен быть меньше критического угла δ_кр (луч 2). В таких условиях (λ_кр < 23÷45 м) дальность связи пространственными лучами не может быть меньше определенной величины R _з и так как поверхностная волна 3 весьма значительно затухает даже на малом расстоянии от передатчика, то появляется зона молчания.

Чем меньше минимально применимая длина волны (больше максимально применимая частота), тем меньше критический угол возвышения луча δ_кр и, следовательно, больше расстояние R _з между ближним отраженным лучом и излучателем. Например, летом в полдень при λ_мин = 40 м радиус зоны молчания R _з = 250 км, при λ_мин = 30 м R _з = 750 км, при λ_мин = 20 м R _з = 1500 км и при λ_мин = 15 м R _з = 2000км.

В связи с тем, что степень ионизации слоя F₂ ночью и зимой уменьшается, радиус R _з в это время больше, чем летом и днем.

Вторая особенность распространения волн заключается в существовании наиболее выгодных частот связи f для разного времени года и суток. Эта частота, очевидно, не должна быть больше той (f _макс), при которой на данном расстоянии от передающей станции возникает зона молчания.

Вместе с тем, уменьшение f по сравнению с f _макс вызывает рост потерь энергии в ионосфере, особенно в слое F₂. Следовательно, наиболее выгодные значения частот связи близки к f _макс, а длины волн λ – к λ_мин. Чтобы избежать нарушения связи из-за случайных колебаний плотности ионизации слоя F₂, выбирают f ≈ 0,85 f макс (λ ≈ λ_мин/0,85).

В дневное время рекомендуется применять наиболее короткие волны, имеющие λ = 10-25 м. Ночью их использовать нельзя, так как в это время плотность ионизации слоя намного меньше, чем днем, и отражение волн данного диапазона на Землю невозможно. Ночью следует пользоваться волнами с λ = 35-100 м, и, хотя их частота меньше, чем дневных, потери в слое Е возрастают незначительно, поскольку плотность ионизации данного слоя, как и других, понизилась. При промежуточной освещенности оптимальными являются волны с λ = 25-35 м.

Если учесть различные условия распространения коротких волн летом и зимой, 11-летний цикл изменения солнечной деятельности и различную степень солнечной активности на пути движения радиоволн между очень отдаленными пунктами связи, то окажется, что количество наиболее выгодных для связи волн еще больше: оно достигает шести.

Третья особенность заключается в том, что в коротковолновом диапазоне особенно сильно сказываются факторы, нарушающие устойчивость связи. Это прежде всего дальние замирания (фединги). Они отличаются от ближнего фединга тем, что на коротких волнах обе интерферирующие волны, как правило, пространственные (а не поверхностные и пространственные, как на средних волнах), и поэтому замирания результирующих полей получаются более частыми и глубокими. Да и причин фединга здесь больше: в ионосфере изменяется не только фаза, но и поляризация интерферирующих волн; на коротких волнах в приемной антенне может интерферировать более двух волн от одной и той же станции (см. лучи 1, 2, 3 на рис. 5), при переходе от средних волн к коротким одно и то же изменение разности хода интерферирующих волн вызывает в десятки раз большее изменение фазового сдвига между ними.

В коротковолновом диапазоне возможно также ближнее и дальнее эхо. Радиоэхо – это повторение сигнала в результате последовательного приема волн, отразившихся от ионосферы один раз или многократно. При этом ближнее эхо образуется за счет волн, распространяющихся от передающей антенны к приемной по кратчайшему пути (волны 1, 2, 3), а в образовании дальнего эха участвуют волны, как однажды отразившиеся от ионосферы (волна 1), так и обогнувшие земной шар по дальнему пути (волна 4). Из-за малых потерь энергии на пути распространения волн между Землей и ионосферой вторичная волна может оказаться интенсивной и заметно ухудшить радиосвязь. Радиоэхо имеет практическое значение в случае приема коротких сигналов (например, фототелеграфных).

Рис. 5. Многократное отражение радиоволн от ионосферы.

В 1946 г. советский ученый Н.И. Кабанов установил возможность дальнего рассеяния коротких волн. Это явление, названное эффектом Кабанова, заключается в том, что если волны после отражения от ионосферы падают на неровную поверхность Земли, то они рассеиваются в месте падения; часть рассеянных волн направляется обратно к ионосфере и может по тому же пути возвратиться к месту излучения.

На основе эффекта Кабанова производится возвратно-наклонное зондирование ионосферы, сущность которого заключается в том, что на ионосферу посылается радиоимпульс и после отражения от нее этот радиоимпульс принимается; по времени запаздывания импульса и диаграмме направленности антенны можно судить о пути, пройденном волной, радиусе зоны молчания и критическом угле δ_кр, соответствующем частоте излучения и плотности ионизации отражающего слоя ионосферы. Эффект Кабанова может быть использован в радиолокации.

Поиск по сайту: