Особенности распространения радиоволн СЧ диапазона

В диапазо­не СЧ (0,3…3 МГц) дальность РРВ с помощью поверхностных волн обычно не превышает 1500 км, так как потери в почве возрастают с повышением частоты.

Про­странственные волны этого диапазона в дневное время сильно поглощаются в слое D ионосферы. Ночью поглощение меньше и пространственное РРВ СЧ диапазона возможно на расстояния до 2…3 тыс. км. Однако в силу одинакового порядка значений напряженности поля поверхностной и пространственной волн, ночью возможны глубокие ин­терференционные замирания радиосигнала СЧ диапазона.

Особенности распространения радиоволн ВЧ диапазона (3…30 МГц)

Поверхностные волны ВЧ диапазона сильно ослабляются из-за значительных потерь энергии радиоволн в почве, поэтому с их помощью дальность передачи информации невелика (не более 100 км).

Пространственное распространение радиоволн ВЧ диапазона с по­вышением частоты улучшается благодаря уменьшению потерь в ионосфере.

Радиоволны разной длины могут отражаться от разных слоев ионосферы, либо вовсе не отражаться. Для количественной оценки этого явления введено понятие критической частоты f_кр радиосигнала, как максимальной частоты радиосигнала, который при вертикальном излучении (α = 90°) отражается от ионосферы и возвращается на Землю (рис. 1.13). Для каждого ионосферного слоя существует своя критическая частота, зависящая от степени ионизации ионосферы. Радиоволны с частотами f > f_кр пронзают ионосферу и уходят в космическое пространство.

f >f_кр

f > f_МПЧ

f ≤ f_МПЧ

250-500 км f ≤f_кр F2

200-230 км F1

100-130 км E

60-80 км α = 90° D

α < 90°

Земля

Рис. 1.13. Отражающая способность ионосферы

При уменьшении угла излучения α возрастает максимальная частота f_макс отраженного радиосигнала, называемая максимальной применимой частотой (МПЧ) (рис. 1.13).

При уменьшении частоты радиосигнала возрастает поглощение энергии радиоволны и, соответственно, уменьшается энергия отраженной радиоволны. Минимальная частота радиосигнала f_мин, которая не полностью поглощается в ионосфере, называется наименьшей применимой частотой (НПЧ).

Таким образом:

-для каждой радиолинии определяются свои значения МПЧ и НПЧ,которые изменяются в зависимости от времени суток, сезона и года цикла солнечной активности.

- динамический диапазон рабочих частот радиолинии на каждый сеанс передачи информацииопределяется значениями МПЧ и НПЧ на интервал времени проведения этого сеанса передачи:f_мин … f_макс.

Ио­носферные слои представляют собой не зеркальные, а шероховатые (неоднородные и неровные) поверхности, поэтому радиоволны отражаются от них в разных направлениях, т. е. имеет ме­сто рассеянное (диффузное) отражение (рис. 1.14), приводящее к рассеянию энергии радиоволны, падающей на ионосферу, и тем самым уменьшающее энергию отраженной радиоволны.

250-500 км F2

200-230 км F1

100-130 км E

60-80 км D

Земля

Рис. 1.14. Многомодовость и диффузность

распространения радиоволн

Из анализа особенностей распространения поверхностных и пространственных радиоволн ВЧ диапазона следует, что между сравнительно небольшой зоной распространения по­верхностной волны и территорией, на которую приходят простран­ственные волны, образуется "зона молчания" (рис. 1.15), т.е. зона, до которой не доходят поверхностные волны и которую «перескакивают» пространственные волны.

Распространение радиоволн ВЧ диапазона характеризуется многолучевостью распространения, определяемой рядом факторов:

- наличие поверхностной и пространственной волн (рис. 1.15);

- диффузность отражения радиоволны от ионосферы (рис. 1.14;

- магнитоионное расщепление отраженной радиоволны на обыкновенную и необыкновенную волны;

- многомодовость распространения, т.е. распространение с разным числом отражений от Земли, с отражением от разных ионосферных слоев, с неоднократным отражением от Земли и разных ионосферных слоев (рис. 1.14).

250-500 км F2

200-230 км F1

100-130 км E

60-80 км D

Зона

молчания

Земля

Рис. 1.15. Зона молчания

Многолучевость распространения радиоволн ВЧ диапазона приводит к возникновению интерференционных замираний радиосигнала в месте приема.

Существенное влияние на условия РРВ ВЧ диапазона оказывают ионосферные возмущения, вызванные процессами на Солнце. Они приводят к резкому повышению степени ионизации как отдельных ионосферных слоев (авроральные возмущения), так и ионосферы в целом (возмущения типа «Полярная шапка») на широтах выше 60° сгш, экранируя верхние слои ионосферы и поглощая, и рассеивая энергию радиоволн ВЧ диапазона.

Особенности распространения радиоволн ОВЧ и более высокочастотных диапазонов (30…300 МГц и выше)

Общим для радиоволн ОВЧ и более высокочастотных диапазонов является сильное поглощение поверхностных волн в земле, слабая дифракция и отсутствие регулярных отражений радиоволн от ионосферы и тропосферных неоднородностей.

Радиоволны ОВЧ и более высокочастотных диапазонов распространяются по­добно свету прямолинейно и требуют обеспечения геометрической видимости между пунктами передачи информации. Дальность прямой видимости r определяется по формуле

где h₁ и h₂ – высоты поднятия антенн (объектов) системы передачи (извлечения) информации.

Пространственные волны ОВЧ и более высокочастотных диапазонов, т.е. радиоволны, излученные под углом к земной поверхности, уходят в заатмосферное (космическое) пространство практически без изменения траектории. Однако радиоволны этих диапазонов могут рассеиваться тропосферными неоднородностями. В этом случае дальность передачи информации может достигать нескольких сотен километров и более.

Неоднородности существуют и на больших высотах, в ионо­сфере, где они проявляются в неравномерности концентрации свободных электронов и в них тоже происходит рассеяние радиоволн. В этом случае ионосферное рассеяние позволяет обеспечить передачу информации на расстояниях 1...2 тыс. км.

Поверхностные волны ОВЧ и более высокочастотных диапазонов могут отражаться от земной поверхности и местных предметов, что приводит к многолучевости и, как следствие – к интерференционным замираниям радиосигнала.

Таким образом, радиоволны всех диапазонов могут распространяться поверхностной и пространственной волной и при распространении в среде РРВ в большей или меньшей степени испытывают поглощение, рассеяние и имеют многолучевой характер распространения.

Преимущественный способ распространения радиоволн различных диапазонов приведен в табл.1.1.

Таблица 1.1