2. Распространение поверхностных радиоволн.

Поверхностная волна – это волна распространения вдоль земной поверхности.

Дальность связи поверхностными волнами зависит от длины волны и уровня излучаемой мощности, а также от состояния (электрических характеристик) земной поверхности.

Положительным качеством линий радиосвязи земными волнами является независимость напряженности поля от состояния ионосферы и обусловленное этим относительное постоянство сигнала в точке приёма, необходимое при отсутствии отраженной от ионосферы волны или малой ее интенсивности.

Недостатком линии связи земными волнами является их малая дальность. Это объясняется сильным поглощением энергии радиоволн проводящим слоем земли и экранизирующим действием ее сферической поверхности. С ростом длины волны действие этих факторов ослабляется, поэтому для связи на значительные расстояния используются средние, длинные и сверхдлинные волны. На трассах малой протяженности связь земной волной может обеспечиваться и в диапазонах коротких и ультракоротких волн(100-150 км).

С увеличением проводимости почвы потери электромагнитной энергии уменьшаются. Поэтому при распространении земной волны над сырой почвой или водной поверхностью дальность связи возрастает. Потери энергии снижаются при уменьшении наводимых токов. Вертикально-поляризованная волна наводит в поверхности земли меньше токи, чем волны с горизонтальной поляризацией. Антенны с вертикальной поляризацией в общем случае дают более прижатое к земле излучение, чем антенны с горизонтальной поляризацией, благодаря чему дальность связи при использовании этих антенн для приема и передачи возрастет по сравнению с использованием антенн с горизонтальной поляризацией.

Если передающая и приемная антенна находятся на линии прямой видимости, то напряженность поля в месте приема значительно больше, чем при связи дифракционной волной за линией горизонта. В этом случае волна от передатчика к приемнику распространяется как в свободном пространстве с минимальным ослаблением, обусловленным лишь рассеиванием энергий в пространстве. Однако к приемной антенне помимо прямой, приходит волна, отраженная от поверхности земли между двумя антеннами. Поэтому возможно ослабление поля в точке приема при связи в пределах прямой видимости на верхнем участке коротковолнового диапазона и на ультракоротковолновом диапазоне. Изменение высоты установки хотя бы одной из антенн в этом случае может изменить уровень принимаемого сигнала.

2. Распространение пространственных радиоволн.

Радиоволны излучаются антенной и распространяются как вдоль земной поверхности (земные волны), так и вверх под различными углами к поверхности земли (пространственные волны).

Пространственная волна, попадая на ионосферу, меняет направление своего распространения. Это происходит потому, что более ионизированные слои имеют меньший показатель преломления среды, и радиоволны, преломляясь в сторону среды с большим показателем преломления возвращаются на Землю.

Пространственная волна, попадая на ионосферу преломляется тем сильнее, чем больше ионизирован ионосферный слой и чем меньше частота радиоволны.

Поскольку слои ионосферы имеют неодинаковую электронную концентрацию по высоте, угол преломления различен в каждой точке пути волны, и волна описывает плавную кривую при своем преломлении.

Условно путь волны от земли к ионосфере и обратно изображают в виде прямых.

Можно рассмотреть два крайних случая преломления волны в ионосфере. При постоянной величине ионизации можно найти такую максимальную частоту излучения, при которой волна, посланная вертикально вверх, отклонится к Земле. Эта частота называется критической частотой F_кр..

Если частота излучения велика или ионизация недостаточна, волна, посланная в ионосферу под максимально острым углом относительно поверхности Земли, в силу недостаточного преломления не вернется к Земле.

РИС: Схема поясняющая преломление луча радиоволн в ионизированном слое:

1-4-границы элементарных слоев: а и б – точки входа и выхода луча радиоволны из ионизирующего слоя.

Отражающая способность слоя зависит от плотности ионизации, длины волны и от угла, под которым волны достигают слоя. Для слоя данной плотности ионизации отражение происходит тем лучше, чем больше угол падения волны на слой и чем длиннее волна. Более короткие волны требуют для своего отражения или преломления большую плотность ионизации, чем волны более длинные при одном и том же угле падения.

РИС: Зависимость пути луча

от угла падения на слой при одинаковой длине волны. РИС: Зависимость пути луча от длины

при одинаковом угле падения на слой.

Таким образом волна, излучаемая передатчиком под некоторым углом, достигает снова земли в точке на некотором расстоянии от передатчика. Это расстояние принято называть расстоянием скачка отраженного луча. На более близких к передатчику расстояниях пространственная волна не обнаруживается и, следовательно, связь на этих расстояниях пространственным лучом невозможна.

На расстояниях более близких, чем расстояние скачка, связь может осуществляться поверхностным лучом или совсем отсутствовать. Отрезок расстояния, где поле поверхностного луча уже отсутствует (вследствие затухания), пространственного луча еще нет, принято называть зоной молчания.

Зоны молчания не будет в том случае, если излучение происходит в зенит и рабочие частот ниже критической вертикального падения.

Выбор частот для связи пространственным лучом.

Возможность отражения пространственных волн от ионосферы, кроме электронной плотности слоя и частоты радиоволн, зависит от угла, под которым волны падают на отражающий слой. Чем меньше этот угол, тем более короткие волны могут отражаться от данного слоя.

Самую короткую волну, которая еще отражается от слоя, при вертикальном падении называют критической волной, а частоту, соответствующую ей, критической частотой данного слоя.

Частоты, которые можно применять для связи пространственным лучом принято называть рабочими частотами. Рабочую частоту, которая в данный период времени проходит с наименьшим поглощением в ионосфере, называют максимально - применимой частотой (МПЧ). Она связана с критической частотой следующим соотношением:

F_мпч= f_кр/cos O

где, F_мпч - максимально применимая частота(МПЧ);

f_кр - критическая частота;

О - угол между вертикально и направлением

излучения пространственного луча

Рабочая частота может быть равна или ниже максимально применимой. Для заданных условий связи выбирается та из них, которая испытывает минимальное поглощение.

МПЧ будет наибольшей частотой, которую можно еще применить при данной критической частоте слоя и заданном угле излучения МПЧ также будут отражаться, но они будут претерпевать большее поглощение при прохождении через нижележащие слои (если отражение происходит от вышележащих слоев), поэтому работа на них будет менее выгодной, а при большом отклонении от МПЧ в сторону низких частот можно вообще не получить связи при отражение от намеченного слоя.

Наименьшую частоту, на которой затухание получается еще не слишком большим и поле достаточно для уверенного приема, называют наименьшей применимой частотой (НПЧ).

Таким образом, область оптимальных рабочих частот (ОРЧ) при отражение от данного слоя выбираются в пределах от МПЧ до НПЧ.

Очевидно ,что как для различных слоев ионизации, так и при изменении степени ионизации одного и того же слоя пригодные для связи участки диапазона частот будут меняться, поэтому выбор рабочих волн пространственным лучом требует прежде всего знания критических частот отражающих слоев и степени поглощения слоев, лежащих ниже.

Гелиогеофизический Центр при Институте прикладной геофизики составляет месячный прогноз максимальных, применимых частот (МПЧ).Указанные месячные прогнозы рассылаются по воинским частям.

Таким образом, зная МПЧ, рассчитываются НПЧ и определяют оптимальные рабочие частоты (ОРЧ), для различных трасс связи.