Enciclopedie școlară. Propagarea undelor radio Caracteristici ale propagarii undelor radio
Radioul este unul dintre tipurile de comunicații fără fir, în care purtătorul semnalului este o undă radio, care se răspândește larg pe o distanță. Există o părere că este imposibil să se transmită semnale radio sub apă. Să încercăm să ne dăm seama de ce este imposibil să se realizeze comunicații radio între submarine, si chiar asa.
Cum funcționează comunicația radio între submarine:
Propagarea undelor radio se realizează după următorul principiu: cel care transmite un semnal, cu o anumită frecvență și putere, stabilește unda radio. După aceea, semnalul trimis este modulat la o oscilație de înaltă frecvență. Semnalul modulat captat este emis de o antenă specială la anumite distanțe. Acolo unde este primit un semnal radio, un semnal modulat este trimis către antenă, care este mai întâi filtrată și demodulată. Și abia atunci putem primi semnalul, cu o anumită distincție cu semnalul, cel care a fost transmis inițial.
Undele radio cu cel mai mic interval (VLF, VLF, 3-30 kHz) pot pătrunde cu ușurință în apa mării, până la 20 de metri adâncime.
De exemplu, un submarin care nu este prea adânc sub apă ar putea folosi acest interval pentru a stabili și a menține comunicarea cu echipajul. Și dacă luăm un submarin, dar situat mult mai adânc sub apă, și are un cablu lung pe care este atașată o geamandură cu antenă, atunci va putea folosi și această gamă. Datorită faptului că geamandura este instalată la o adâncime de câțiva metri și chiar are o dimensiune mică, este foarte problematic să o găsiți cu sonarul inamicilor. „Goliath”, este unul dintre primele transmițătoare VLF, construit în timpul celui de-al Doilea Război Mondial (1943) în Germania, după sfârșitul războiului a fost transportat în URSS, iar în 1949-1952 a fost reanimat în regiunea Nijni Novgorod și este folosit acolo până astăzi.
Fotografie aeriană a transmițătorului ELF (Clam Lake, Wisconsin, 1982)
Undele radio cu cea mai joasă frecvență (ELF, ELF, până la 3 kHz) pătrund cu ușurință în scoarța terestră și în mările. Crearea unui transmițător ELF este o sarcină extrem de dificilă din cauza lungimii de undă enorme.De exemplu, sistemul sovietic „ZEUS” generează o frecvență de 82 Hz (lungime de undă - 3658,5 km), iar americanul „Seafarer” - 76 Hz (lungime de undă). - 3947 , 4 km). Undele lor sunt proporționale cu raza Pământului. De aici vedem că construirea unei antene dipol la jumătate din lungimea de undă (lungime ≈ 2000 km) este un obiectiv de neatins în stadiul actual.
Rezumând tot ceea ce s-a spus mai sus, trebuie să găsim o astfel de parte a suprafeței pământului care să fie caracterizată printr-o conductivitate relativ scăzută și să-i atașăm 2 electrozi giganți, care ar fi amplasați la o distanță de 60 de kilometri față de fiecare.
Din moment ce știm că conductivitatea specifică a Pământului în ceea ce privește electrozii este satisfăcător la un nivel scăzut, astfel, curentul electric dintre electrozi ar pătrunde fundamental în adâncurile planetei noastre, folosindu-i ca element al unei antene gigantice. Trebuie remarcat faptul că sursa principală a dificultăților tehnice neobișnuit de ridicate ale unei astfel de antene a fost faptul că doar URSS și SUA aveau transmițătoare ELF.
Undele radio și distribuția lor sunt un mister incontestabil pentru undele de radio aspiranți. Aici vă puteți familiariza cu elementele de bază ale teoriei propagării undelor radio. Acest articol este destinat să-i familiarizeze pe fanii începători ai undelor de radio, precum și pe cei care au cunoștințe despre el.
Cea mai importantă introducere, pe care de multe ori se uită să o spună înainte de a introduce teoria propagării undelor radio, este că undele radio se propagă în jurul planetei noastre datorită reflectării din ionosferă și de pe pământ, în timp ce un fascicul de lumină este reflectat de oglinzile translucide.
Particularitățile propagării undelor medii și modulării încrucișate
Undele medii includ unde radio cu o lungime de 1000 până la 100 m (frecvențe de 0,3 - 3,0 MHz). Undele medii sunt utilizate în principal pentru difuzare. Și sunt, de asemenea, leagănul pirateriei radio interne. Se pot răspândi pe căi terestre și ionosferice. Undele medii experimentează o absorbție semnificativă pe suprafața semiconductoare a Pământului, distanța de propagare a undei 1 a Pământului (vezi Fig. 1) este limitată de o distanță de 500-700 km. Pe distanțe mari, undele radio 2 și 3 sunt propagate printr-o undă ionosferică (spațială).
Noaptea, undele medii se propagă prin reflexie din stratul E al ionosferei (vezi Fig. 2), a cărei densitate de electroni este suficientă pentru aceasta. În timpul zilei, stratul D este situat pe calea de propagare a undelor, care absoarbe undele medii extrem de puternic. Prin urmare, la puteri normale ale emițătorului, intensitatea câmpului electric este insuficientă pentru recepție, iar în timpul zilei undele medii se propagă practic doar printr-o undă de pământ pe distanțe relativ scurte, de ordinul a 1000 km. În intervalul de lungimi de undă medii, lungimile de undă mai mari au o absorbție mai mică, iar puterea câmpului electric al undei ionosferice este mai mare la lungimi de undă mai mari. Absorbția crește în lunile de vară și scade în lunile de iarnă. Perturbațiile ionosferice nu afectează propagarea undelor medii, deoarece stratul E este ușor deranjat în timpul furtunilor magnetice ionosferice.
Noaptea vezi fig. 1, la o anumită distanță de transmițător (punctul B), sosirea atât a undelor spațiale 3, cât și a undelor de suprafață 1 este posibilă, iar lungimea traseului undei spațiale se modifică odată cu modificarea densității electronilor ionosferei. O modificare a diferenței de fază a acestor unde duce la o oscilație a intensității câmpului electric, numită estomparea câmpului apropiat.
Undele 2 și 3 pot ajunge la o distanță considerabilă de transmițător (punctul C) prin una sau două reflexii din ionosferă. O modificare a diferenței de fază dintre aceste două unde duce, de asemenea, la o oscilație a intensității câmpului electric, numită estompare în câmp îndepărtat.
Pentru a combate decolorarea la capătul de transmisie al liniei de comunicație, se folosesc antene al căror model de radiație maxim este „presat” pe suprafața pământului; acestea includ cea mai simplă antenă „V inversat”, care este adesea folosită de radioamatorii. Cu un astfel de model direcțional, zona aproape de estompare se îndepărtează de transmițător și, la distanțe mari, câmpul undei care ajunge prin două reflexii este slăbit.
Din păcate, nu toți radiodifuzorii începători care lucrează în intervalul de frecvență 1600-3000 kHz știu că un semnal slab de la un transmițător de putere redusă este supus distorsiunii ionosferice. Semnalul de la emițătoare radio mai puternice este mai puțin susceptibil la distorsiunea ionosferică. Datorită ionizării neliniare a ionosferei, un semnal slab este modulat de tensiunea de modulare a semnalelor de la stații puternice. Acest fenomen se numește modulație încrucișată. Adâncimea raportului de modulație ajunge la 5-8%. Din partea receptiei se face impresia unui emitator prost realizat, cu tot felul de zumzete si suierate, acest lucru se remarca mai ales in modul de modulatie AM.
Datorită modulării încrucișate, interferența intensă a fulgerului pătrunde adesea în receptor, care nu poate fi filtrată - descărcarea fulgerului modulează semnalul primit. Din acest motiv, radiodifuzorii au început să folosească transmițătoare cu bandă laterală unică pentru comunicații radio bidirecționale și au început să lucreze mai des la frecvențe mai mari. Radiodifuzorii străini ai posturilor CB le alimentează și comprimă semnalele de modulare, iar pentru lucrul nedistorsionat în aer, folosesc frecvențe inverse.
Fenomenele de demodulare și modulare încrucișată în ionosferă se observă numai în domeniul undelor medii (MW). În domeniul undelor scurte (SW), viteza unui electron sub acțiunea unui câmp electric este neglijabilă în comparație cu viteza sa termică, iar prezența unui câmp nu modifică numărul de ciocniri ale unui electron cu particule grele.
Cele mai favorabile, în intervalul de frecvență de la 1500 la 3000 kHz pentru comunicațiile la distanță lungă, sunt nopțile de iarnă și perioadele de activitate solară minimă. Comunicațiile în special la distanțe lungi, de peste 10.000 km, sunt de obicei posibile la apus și la răsărit. În timpul zilei, comunicarea este posibilă la o distanță de până la 300 km. Radiodifuzorii de radio FM gratuit nu pot invidia decât rute radio atât de mari.
În timpul verii, acest interval este adesea interferat de descărcări statice din atmosferă.
Caracteristicile propagării undelor scurte și caracteristicile acestora
Undele scurte includ unde radio cu o lungime de 100 până la 10 m (frecvențe 3-30 MHz). Avantajul funcționării la lungimi de undă scurte față de operarea la lungimi de undă mai mari este că antenele direcționale pot fi create cu ușurință în acest interval. Undele scurte se pot propaga atât terestre, în partea de joasă frecvență a gamei, cât și ionosferice.
Odată cu creșterea frecvenței, absorbția undelor pe suprafața semiconductoare a Pământului crește. Prin urmare, la puterile emițătorului convenționale, undele terestre cu undă scurtă se propagă pe distanțe care nu depășesc câteva zeci de kilometri. La suprafața mării, această distanță crește semnificativ.
Unda ionosferică poate propaga unde scurte pe multe mii de kilometri, iar acest lucru nu necesită transmițătoare de mare putere. Prin urmare, în prezent, lungimile de undă scurte sunt utilizate în principal pentru comunicare și difuzare pe distanțe lungi.
Undele scurte parcurg distanțe lungi prin reflexie de la ionosferă și suprafața Pământului. Această metodă de propagare se numește jump-like, vezi fig. 2 și se caracterizează prin distanța săriturii, numărul de sărituri, unghiurile de ieșire și de sosire, frecvența maximă utilizabilă (MUF) și frecvența minimă utilizabilă (LFR).
Dacă ionosfera este uniformă pe direcția orizontală, atunci traiectoria undei este și ea simetrică. De obicei, radiația are loc într-un anumit interval de unghiuri, deoarece lățimea modelului de radiație al antenelor cu unde scurte în plan vertical este de 10-15 °. Distanța minimă de salt pentru care este îndeplinită condiția de reflexie se numește distanța zonei de liniște (ZM). Pentru reflectarea undelor, este necesar ca frecvența de operare să nu fie mai mare decât valoarea frecvenței maxime aplicabile (MUF), care este limita superioară a domeniului de funcționare pentru o anumită distanță. Valul 4.
Utilizarea antenelor de radiații antiaeriene, ca una dintre metodele de reducere a zonei de tăcere, se limitează la conceptul de frecvență maximă utilizabilă (MUF), ținând cont de reducerea acesteia cu 15-20% a MUF. Antenele de radiație zenitală sunt utilizate pentru difuzarea în zona apropiată prin metoda reflexiei cu un singur salt din ionosferă.
A doua condiție limitează domeniul de funcționare de jos: cu cât frecvența de funcționare este mai mică (în intervalul de lungimi de undă scurte), cu atât absorbția de undă în ionosferă este mai puternică. Cea mai mică frecvență aplicabilă (LPF) este determinată din condiția ca, cu o putere a transmițătorului de 1 kW, intensitatea câmpului electric al semnalului să depășească nivelul de zgomot și, prin urmare, absorbția semnalului în straturile ionosferice să nu fie mai mare decât cea permisă. unu. Densitatea de electroni a ionosferei se modifică în timpul zilei, în timpul anului și în perioada activității solare. Aceasta înseamnă că limitele intervalului de lucru se modifică, ceea ce duce la necesitatea modificării lungimii de undă de lucru în timpul zilei.
Gama de frecvente 1,5-3 MHz, este nocturnă. Este clar că pentru o sesiune de comunicare radio reușită, trebuie să alegeți de fiecare dată frecvența (lungimea de undă) potrivită, în plus, acest lucru complică proiectarea stației, dar pentru un adevărat cunoscător al comunicațiilor la distanță, aceasta nu este o dificultate. , face parte dintr-un hobby. Să evaluăm banda HF după site.
Gama de frecvente 5-8 MHz,în multe privințe este similar cu gama de 3 MHz și, spre deosebire de acesta, aici în timpul zilei poți comunica până la 2000 km, zona de tăcere (ZM) este absentă și este de câteva zeci de kilometri. Noaptea, comunicarea este posibilă la orice distanță, cu excepția 3M, care crește la câteva sute de kilometri. În timpul orelor de schimbare a orei (apus / răsărit), acestea sunt cele mai convenabile pentru comunicații la distanță lungă. Interferența atmosferică este mai puțin pronunțată decât în intervalul 1,5-3 MHz.
În intervalul de frecvență 10-15 MHzîn perioadele de activitate solară, conexiunile în timpul zilei sunt posibile cu aproape orice punct din lume. Vara, durata comunicării radio în acest interval de frecvență este non-stop, cu excepția anumitor zile. Zona de tăcere pe timp de noapte are distanțe de 1500-2000 km și, prin urmare, sunt posibile doar comunicațiile la distanță lungă. În timpul zilei, acestea scad la 400-1000 km.
Gama de frecvente 27-30 MHz potrivit pentru comunicare numai în timpul zilei. Aceasta este cea mai capricioasă gamă. De obicei se deschide pentru câteva ore, zile sau săptămâni, mai ales când se schimbă anotimpurile, de exemplu. toamna si primavara. Zona de tăcere (ZM) ajunge la 2000-2500 km. Acest fenomen aparține subiectului MUF, aici unghiul undei reflectate trebuie să fie mic în raport cu ionosferă, altfel are o atenuare mare în ionosferă, sau o simplă evadare în spațiu. Unghiurile mici de radiație corespund sărituri mari și zonelor de tăcere în mod corespunzător. În perioadele de activitate solară maximă, comunicarea este posibilă noaptea.
Pe lângă modelele de mai sus, sunt posibile cazuri de propagare anormală a undelor radio. Propagarea anormală poate apărea atunci când pe calea undei apare un strat sporadic, din care pot fi reflectate unde mai scurte, până la unde metru. Acest fenomen poate fi observat în practică prin trecerea posturilor de televiziune îndepărtate și a posturilor de radio FM. MUF-ul semnalului radio în aceste ore ajunge la 60-100 MHz în anii de activitate solară.
VHF FM, cu excepția cazurilor rare de propagare anormală a undelor radio, propagarea se datorează strict așa-numitei „linii de vedere”. Propagarea undelor radio în cadrul liniei de vedere vorbește de la sine și se datorează înălțimii antenelor de transmisie și recepție. Este clar că în condițiile dezvoltării urbane nu se poate vorbi de vreo vizibilitate vizuală și directă, dar undele radio trec prin clădirile urbane cu o oarecare slăbire. Cu cât frecvența este mai mare, cu atât este mai mare atenuarea în zonele urbane. Gama de frecvență 88-108 MHz este, de asemenea, supusă unei anumite atenuări în mediile urbane.
Decolorarea semnalelor radio HF
Recepția undelor radio scurte este întotdeauna însoțită de o măsurare a nivelului semnalului recepționat, iar această modificare este de natură aleatorie și temporară. Acest fenomen se numește fading (fading) a semnalului radio. Se observă estomparea rapidă și lentă a semnalului în aer. Adâncimea decolorării poate fi de până la câteva zeci de decibeli.
Principala cauză a decolorării rapide a semnalului este radio multipath. În acest caz, cauza decolorării este sosirea în punctul de recepție a două fascicule care se propagă prin una și două reflexii din ionosferă, unda 1 și unda 3, vezi Fig. 2.
Deoarece razele parcurg căi diferite de-a lungul distanței, fazele lor de sosire nu sunt aceleași. Modificările densității electronilor, care au loc continuu în ionosferă, duc la o modificare a lungimii drumului fiecăreia dintre raze și, în consecință, la o schimbare a diferenței de fază dintre raze. Pentru a schimba faza undei cu 180 °, este suficient ca lungimea traseului să se modifice doar cu ½. Trebuie reamintit că, atunci când fasciculele aceluiași semnal ajung la punctul de recepție cu aceeași putere și cu o diferență de fază de 180 °, acestea sunt complet scăzute conform legii vectorilor și, în acest caz, puterea semnalului de intrare. poate fi zero. Astfel de mici modificări ale lungimii căii pot apărea continuu, prin urmare, fluctuațiile intensității câmpului electric în domeniul undelor scurte sunt frecvente și profunde. Intervalul de observare de 3-7 minute poate fi la frecvențe joase în domeniul HF și până la 0,5 secunde la frecvențe mai apropiate de 30 MHz.
În plus, decolorarea semnalului este cauzată de împrăștierea undelor radio prin neregularități ionosferice și interferența undelor împrăștiate.
Pe lângă estomparea interferenței, pe lungimi de undă scurte are loc decolorarea polarizării. Cauza decolorării polarizării este rotirea planului de polarizare a undei în raport cu antena recepționată. Acest lucru se întâmplă atunci când unda se propagă în direcția liniilor de forță ale câmpului magnetic al Pământului și cu o modificare a densității electronilor ionosferei. Dacă antenele de emisie și recepție sunt vibratoare orizontale, atunci unda radiată polarizată orizontal, după trecerea prin ionosferă, va suferi o rotație a planului de polarizare. Acest lucru duce la fluctuații în e. etc., induse în antenă, care are o atenuare suplimentară de până la 10 dB.
În practică, toate cauzele indicate ale estompării semnalului acționează, de regulă, într-o manieră complexă și respectă legea distribuției Rayleigh descrisă.
Pe lângă estomparea rapidă, se observă decolorarea lentă, care se observă cu o perioadă de 40-60 de minute în partea de joasă frecvență a gamei HF. Motivul pentru aceste estompări este modificarea absorbției undelor radio în ionosferă. Distribuția amplitudinii anvelopei semnalului la decolorare lentă respectă o lege normal logaritmică cu o scădere a semnalului la 8-12 dB.
Pentru a combate decolorarea, recepția diversității este utilizată la lungimi de undă scurte. Faptul este că creșterea și scăderea intensității câmpului electric nu au loc simultan, chiar și pe o zonă relativ mică a suprafeței pământului. În practica comunicării cu unde scurte, de obicei se folosesc două antene, separate de o distanță de mai multe lungimi de undă, iar semnalele sunt adăugate după detectare. Diversitatea de polarizare a antenei este eficientă, adică recepția simultană pe antene verticale și orizontale cu adăugarea ulterioară a semnalului după detectare.
Trebuie remarcat faptul că aceste măsuri de control sunt eficiente numai pentru eliminarea decolorării rapide, modificările lente ale semnalului nu sunt eliminate, deoarece aceasta este asociată cu o modificare a absorbției undelor radio în ionosferă.
În practica radioamatorilor, metoda antenei diversitate este folosită destul de rar, din cauza costului său structural ridicat și a lipsei necesității de a primi informații suficient de fiabile. Acest lucru se datorează faptului că amatorii folosesc adesea antene rezonante și de bandă, al căror număr în gospodăria lui este de aproximativ 2-3 bucăți. Utilizarea recepției diversitate necesită cel puțin dublarea parcului de antene.
Un alt lucru este că atunci când un amator locuiește într-o zonă rurală, deși are suficientă zonă pentru a găzdui o structură anti-decolorare, el poate folosi pur și simplu două vibratoare de bandă largă pentru asta, acoperind toate sau aproape toate intervalele necesare. Un vibrator trebuie să fie vertical, celălalt orizontal. Pentru aceasta nu este deloc necesar să existe mai multe catarge. Este suficient să le așezi astfel, pe un catarg, astfel încât să fie orientate unul față de celălalt la un unghi de 90 °. Cele două antene, în acest caz, vor semăna cu binecunoscuta antenă „Inverted-V”.
Calculul razei de acoperire cu un semnal radio în benzile VHF / FM
Frecvențele domeniului contorului sunt distribuite în cadrul liniei de vedere. Raza de propagare a undei radio în linia de vedere, fără a lua în considerare puterea de radiație a emițătorului și alte fenomene naturale care reduc eficiența comunicării, arată astfel:
r = 3,57 (√h1 + √h2), km,
Calculați razele liniei de vedere la instalarea antenei de recepție la diferite înălțimi, unde h1 este un parametru, h2 = 1,5 m. Să le rezumăm în tabelul 1.
tabelul 1
| h1 (m) | 10 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 50 | 60 |
| r (km) | 15,6 | 20,3 | 22.2 | 24 | 25.5 | 27,0 | 29,6 | 32 |
Această formulă nu ține cont de atenuarea semnalului și de puterea emițătorului, vorbește doar de posibilitatea de linie de vedere, ținând cont de terenul perfect rotund.
Să facem un calcul nivelul necesar al semnalului radio împreună cu recepția pentru o lungime de undă de 3 m.
Deoarece pe traseele dintre stația de transmisie și obiectul în mișcare există întotdeauna fenomene precum reflexia, împrăștierea, absorbția semnalelor radio de către diverse obiecte etc., trebuie făcute corecții la nivelul de atenuare a semnalului, care a fost sugerat de un japonez. om de stiinta Okumura. Abaterea standard pentru acest interval cu clădirile urbane va fi de 3 dB, iar cu o probabilitate de comunicare de 99%, vom introduce un factor de 2, care va face corecția totală P în nivelul semnalului radio în
P = 3 × 2 = 6 dB.
Sensibilitatea receptoarelor este determinată de raportul dintre semnalul util și zgomotul de 12 dB, adică. de 4 ori. Un astfel de raport nu este acceptabil pentru difuzarea de înaltă calitate, așa că vom introduce o corecție suplimentară de 12–20 dB, vom accepta 14 dB.
În total, corecția totală a nivelului semnalului recepționat, ținând cont de atenuarea acestuia de-a lungul traseului și de specificul dispozitivului receptor, va fi: 6 + 16 20 dB (de 10 ori). Apoi, cu o sensibilitate a receptorului de 1,5 μV. la locul receptor, un câmp cu o intensitate de 15 μV/m.
Calculați folosind formula Vvedensky interval la o anumită intensitate a câmpului de 15 μV / m, ținând cont de puterea emițătorului, sensibilitatea receptorului și zonele urbane:
unde r este km; Р - kW; G - dB (= 1); h - m; λ - m; E - mV.
Acest calcul nu ia în considerare câștigul antenei de recepție, precum și atenuarea din alimentator și filtrul trece-bandă.
Răspuns: Cu o putere de 10 W, o înălțime de radiație de h1 = 27 metri și h2 = 1,5 m, o recepție radio cu adevărat de înaltă calitate cu o rază în clădirile urbane va fi de 2,5-2,6 km. Dacă luăm în considerare faptul că recepția semnalelor radio de la emițătorul dvs. radio va fi efectuată la etajele mijlocii și înalte ale clădirilor rezidențiale, atunci acest interval va crește de aproximativ 2-3 ori. Dacă primiți semnale radio către o antenă de la distanță, atunci raza de acțiune va fi de zeci de kilometri.
73! UA9LBG & Radio-Vector-Tyumen
Legile de propagare a undelor radio în spațiul liber sunt relativ simple, dar cel mai adesea ingineria radio se ocupă nu de spațiul liber, ci de propagarea undelor radio pe suprafața pământului. După cum arată experiența și teoria, suprafața Pământului afectează puternic propagarea undelor radio și atât proprietățile fizice ale suprafeței, de exemplu, se scurge între mare și pământ), cât și forma sa geometrică (curbura generală a suprafeței, pt. de exemplu, diferențele dintre mare și uscat) și forma sa geometrică (curbura generală a suprafeței pământului și neregularități individuale în relief - munți, chei etc.). Acest efect este diferit pentru unde de diferite lungimi de undă și pentru unde de diferite lungimi și pentru diferite distanțe între emițător și receptor.
Influența exercitată asupra propagării undelor radio prin forma suprafeței pământului este clară față de cea anterioară. Până la urmă, avem aici, în esență, diverse manifestări ale difracției undelor provenite de la emițător (§ 41), atât pe glob în ansamblu, cât și pe trăsături individuale ale reliefului. Știm că difracția este foarte dependentă de relația dintre lungimea de undă și dimensiunea corpului pe calea undei. Nu este deci surprinzător că curbura suprafeței pământului și relieful acesteia au efecte diferite asupra propagării undelor de lungimi diferite.
Așadar, de exemplu, un lanț muntos aruncă „umbră radio” în cazul undelor scurte, în timp ce undele destul de lungi (câțiva kilometri) ocolesc bine acest obstacol și pe versantul montan vizavi de postul de radio sunt ușor slăbite (Fig. 147).
Orez. 147. Muntele scade „umbra radio” în cazul undelor scurte. Valurile lungi ocolesc muntele
În ceea ce privește globul în ansamblu, acesta este extrem de mare chiar și în comparație cu cele mai lungi unde utilizate în radio. Undele foarte scurte, de exemplu, cele de metru, nu se înfășoară în mod vizibil dincolo de orizont, adică dincolo de linia de vedere. Cu cât undele sunt mai lungi, cu atât mai bine înconjoară suprafața globului, dar nici cele mai lungi dintre undele aplicate nu au putut, din cauza difracției, să se înfășoare atât de mult încât să facă înconjurul globului - de la noi până la antipozi. Dacă, totuși, comunicația radio se realizează între orice punct al globului și la unde de lungimi foarte diferite, atunci acest lucru este posibil nu din cauza difracției, ci dintr-un motiv complet diferit, despre care vom vorbi puțin mai departe.
Influența proprietăților fizice ale suprafeței pământului asupra propagării undelor radio se datorează faptului că, sub influența acestor unde în sol și în apa mării, apar curenți electrici de înaltă frecvență, care sunt cei mai puternici în apropierea antenei emițătorului. . O parte din energia undei radio este cheltuită pentru menținerea acestor curenți, care eliberează cantitatea corespunzătoare de căldură Joule în sol sau apă. Aceste pierderi de energie (și deci atenuarea undei din cauza pierderilor) depind, pe de o parte, de conductivitatea solului, iar pe de altă parte, de lungimea de undă. Undele scurte sunt atenuate mult mai mult decât cele lungi. Cu o conductivitate bună (apa de mare), curenții de înaltă frecvență pătrund la o adâncime mai mică de la suprafață decât cu o conductivitate slabă (sol), iar pierderea de energie în primul caz este semnificativ mai mică. Ca urmare, raza de operare a aceluiași transmițător se dovedește a fi mult (de câteva ori) mai mare atunci când undele se propagă peste mare decât atunci când se propagă pe uscat.
Am observat deja că propagarea undelor radio pe distanțe foarte mari nu poate fi explicată prin difracție pe tot globul. Între timp, comunicațiile radio pe distanțe lungi (câteva mii de kilometri) au fost realizate deja în primii ani de la inventarea radioului. În zilele noastre, fiecare radioamator știe acea unde lungă (mai mult) și unde medie 
stațiile în nopțile de iarnă se aud la o distanță de multe mii de kilometri, în timp ce în timpul zilei, mai ales în lunile de vară, aceleași stații se aud la o distanță de doar câteva sute de kilometri. În domeniul undelor scurte 
situatia este alta. Aici, în orice moment al zilei și în orice moment al anului, puteți găsi astfel de lungimi de undă la care orice distanță este acoperită în mod fiabil. Pentru a asigura o comunicare non-stop, trebuie să lucrați în diferite momente ale zilei pe valuri de diferite lungimi. Dependența intervalului de propagare a undelor radio de perioada anului și a zilei a făcut necesară asocierea condițiilor de propagare a undelor radio pe Pământ cu influența Soarelui. Această legătură este acum bine studiată și explicată.
Soarele emite, împreună cu lumina vizibilă, radiații ultraviolete puternice și un număr mare de particule încărcate rapid, care, căzând în atmosfera pământului, ionizează puternic regiunile superioare ale acestuia. Ca urmare, se formează mai multe straturi de gaze ionizate, situate la diferite înălțimi. 
.
Prezența unor astfel de urme a dat motive pentru a numi straturile superioare ale atmosferei terestre ionosferă.
Prezența ionilor și a electronilor liberi conferă ionosferei proprietăți care o disting clar de restul atmosferei. În timp ce își păstrează capacitatea de a transmite lumină vizibilă, radiații infraroșii și unde radio de măsurare, ionosfera reflectă puternic undele mai lungi; pentru astfel de unde (mai mult) pământul este înconjurat de un fel de „oglindă” sferică, iar propagarea acestor unde radio are loc între două suprafețe sferice reflectorizante - suprafața Pământului și „suprafața” ionosferei (Fig. 148). ). De aceea undele radio sunt capabile să se îndoaie în jurul globului.
Orez. 148. Unda merge între Pământ și ionosferă
Desigur, cuvintele „suprafața oglinzii sferice a ionosferei” nu trebuie luate la propriu. Straturile ionizate nu au graniță ascuțită, nici forma sferică corectă nu este observată (cel puțin simultan în jurul întregului glob); ionizarea este diferită în diferite straturi (în straturile superioare este mai mare decât în cele inferioare), iar straturile în sine constau în „nori” în mișcare și schimbare continuă. O astfel de „oglindă” neomogenă nu numai că reflectă, ci și absoarbe și împrăștie undele radio și, din nou, diferit în funcție de lungimea de undă. În plus, proprietățile „oglinzii” se modifică în timp. Ziua, sub acțiunea radiației solare, ionizarea este semnificativ mai mare decât noaptea, când are loc doar reunificarea ionilor pozitivi și a electronilor negativi în molecule neutre (recombinare). Diferența de ionizare între zi și noapte este deosebit de mare în straturile inferioare ale ionosferei. Aici, densitatea aerului este mai mare, ciocnirile între ioni și electroni apar mai des, iar recombinarea este mai intensă. În timpul nopții, ionizarea straturilor inferioare ale ionosferei poate avea timp să scadă la zero. Ionizarea este diferită și în funcție de anotimp, adică de înălțimea răsăritului Soarelui deasupra orizontului.
Studiul modificărilor diurne și sezoniere ale stării ionosferei a făcut posibil nu numai explicarea, ci și prezicerea condițiilor de trecere a undelor radio de lungimi diferite în diferite momente ale zilei și anului (prognoze radio).
Prezența ionosferei nu numai că face posibilă comunicarea cu unde scurte pe distanțe lungi, dar permite și undelor radio să înconjoare uneori întregul glob, și chiar de mai multe ori. Din acest motiv, în timpul recepției radio are loc un fenomen deosebit, așa-numitul ecou radio, în care semnalul este perceput de receptor de mai multe ori: după sosirea semnalului pe calea cea mai scurtă de la transmițător, pot fi auzite semnale repetate. care au înconjurat globul.
Se întâmplă adesea ca o undă să se deplaseze de la un emițător la un receptor pe mai multe căi diferite, după ce a experimentat un număr diferit de reflexii de la ionosferă și de pe suprafața pământului (Fig. 149). Evident, undele care provin de la același emițător sunt coerente și pot interfera la punctul de recepție, slăbind sau amplificându-se reciproc în funcție de diferența de cale. Deoarece ionosfera nu este o „oglindă” absolut stabilă, ci se modifică în timp, se modifică și diferența de trasee ale undelor care sosesc pe diferite căi de la emițător la receptor, rezultând amplificare etc. Putem spune că franjele de interferență „se strecoară” peste suprafețele Pământului, iar receptorul este acum în maxim, acum în minim de oscilații. În transmisia recepționată, se obține o modificare a audibilității bune și estomparea recepției, în care audibilitatea poate scădea la zero.
Orez. 149. Căi de unde diferite de la emițător la receptor
Un fenomen similar se observă pe ecranul televizorului dacă un avion zboară peste vecinătatea antenei de recepție. Unda radio reflectată de aeronavă interferează cu unda de la stația de transmisie și vedem cum imaginea „clipește” datorită faptului că „benzile” de interferență de amplificare alternantă și atenuare a semnalului rulează (datorită mișcării aeronava) pe lângă antena de recepție.
Rețineți că la recepționarea unei emisiuni de televiziune într-un oraș, se observă destul de des dublarea (și chiar „multiplicarea”) imaginii de pe ecranul kinescopului: este formată din două sau mai multe imagini, în grade diferite, deplasate orizontal una față de cealaltă. Acesta este rezultatul reflectării undelor radio din case, turnuri etc. Undele reflectate parcurg o cale mai mare decât distanța dintre antenele de transmisie și cele de recepție și, prin urmare, sunt întârziate pentru a obține imaginea. deplasat în direcția de scanare a fasciculului de electroni în CRT. În esență, asistăm aici cu ochii noștri la rezultatul propagării undelor radio cu o viteză finită.
Transparența ionosferei pentru undele radio, a căror lungime este mai mică, a făcut posibilă detectarea emisiilor radio provenite din surse extraterestre. A apărut și în anii 40. al secolului nostru, radioastronomia se dezvoltă rapid, ceea ce a deschis noi posibilități de studiere a Universului, dincolo de cele disponibile astronomiei (optice) obișnuite. Din ce în ce mai multe radiotelescoape sunt construite, dimensiunea antenelor lor crește, sensibilitatea receptorilor crește și, ca urmare, numărul și varietatea surselor radio extraterestre descoperite este în continuă creștere.
S-a dovedit că undele radio sunt emise atât de Soare, cât și de planete, și în afara sistemului nostru solar - multe nebuloase și așa-numitele supernove. Multe surse de emisie radio sunt descoperite în afara sistemului nostru stelar (Galaxie). Practic, acestea sunt alte sisteme galactice și doar o mică parte dintre ele sunt identificate cu nebuloase observate optic. „Radiogalaxiile” au fost descoperite și la distanțe atât de mari față de noi (multe miliarde de ani) care sunt dincolo de raza celor mai puternice telescoape optice moderne. Au fost descoperite surse intense de emisie radio cu dimensiuni unghiulare foarte mici (fracții de secundă de arc). Inițial, ele au fost considerate un tip special de stele aparținând galaxiei noastre și, prin urmare, au fost numite surse quasi-stelare sau quasari. Dar din 1962, a devenit clar că quasarii sunt obiecte extragalactice cu o putere enormă de emisie radio.
Sursele radio individuale sau, după cum se spune, discrete din galaxia noastră emit o gamă largă de lungimi de undă. Dar s-a descoperit și o emisie radio „monocromatică” cu o lungime de undă emisă de hidrogenul interstelar. Studiul acestei radiații a făcut posibilă găsirea masei totale a hidrogenului interstelar și stabilirea modului în care este distribuit în galaxie. Cel mai recent, a fost posibilă detectarea emisiilor radio monocromatice la lungimi de undă caracteristice altor elemente chimice.
Pentru toate sursele de emisie radio menționate mai sus, intensitatea este foarte constantă. Numai în unele cazuri (în special în apropierea Soarelui) sunt observate fulgerări aleatorii individuale ale emisiilor radio pe un fundal general constant. Anul 1968 a fost marcat de o nouă descoperire de radioastronomie de mare importanță: au fost descoperite surse (în cea mai mare parte situate în interiorul Galaxiei) care emit pulsuri strict periodice de unde radio. Aceste surse se numesc pulsari. Perioadele de repetare a pulsului pentru diferiți pulsari sunt diferite și variază de la câteva secunde la câteva sutimi de secundă sau chiar mai puțin. Natura emisiei radio de la pulsari pare să primească cea mai plauzibilă explicație dacă presupunem că pulsarii sunt stele rotative, formate în principal din neutroni (stele neutronice). Descoperirea și posibilitatea de a observa astfel de stele este marea semnificație științifică a acestei descoperiri de radioastronomie.
Pe lângă primirea propriei emisii radio de la corpurile sistemului solar, este folosit și radarul lor. Aceasta este așa-numita astronomie radar. Primind semnalele radio ale radarelor puternice reflectate de pe oricare dintre planete, se poate măsura foarte precis distanța până la această planetă, se poate estima viteza de rotație în jurul axei și se poate judeca (după intensitatea reflectării undelor radio de diferite lungimi). ) despre proprietățile suprafeței și atmosferei planetei.
În concluzie, remarcăm că transparența ionosferei pentru unde radio suficient de scurte face posibilă și realizarea tuturor tipurilor de comunicații radio cu sateliți artificiali pământești și nave spațiale (comunicare propriu-zisă, control radio, televiziune, precum și telemetrie - transmisia). a citirilor diferitelor instrumente de măsurare la pământ). Din același motiv, acum este posibil să se utilizeze undele radio contoare pentru comunicare și televiziune între punctele de pe suprafața pământului care sunt foarte îndepărtate unele de altele (de exemplu, între Moscova și orașele noastre din Orientul Îndepărtat), folosind un singur releu de transmisii. prin sateliți speciali pe care sunt instalate echipamente radio de recepție și transmisie.
Gama de frecvențe radio și utilizarea sa pentru comunicații radio
2.1 Bazele propagării radio
Comunicarea radio asigură transmiterea de informații la distanță folosind unde electromagnetice (unde radio).
Unde radio- sunt oscilații electromagnetice care se propagă în spațiu cu viteza luminii (300.000 km/sec). Apropo, lumina se referă și la undele electromagnetice, ceea ce determină proprietățile lor foarte asemănătoare (reflexie, refracție, atenuare etc.).
Undele radio transportă energia emisă de un oscilator electromagnetic prin spațiu. Și se nasc atunci când câmpul electric se modifică, de exemplu, când un curent electric alternativ trece printr-un conductor sau când scânteile alunecă prin spațiu, adică. o serie de impulsuri de curent care urmează rapid unul după altul.
Orez. 2.1 Structura unei unde electromagnetice.
Radiația electromagnetică se caracterizează prin frecvența, lungimea de undă și puterea energiei transmise. Frecvența undelor electromagnetice arată de câte ori pe secundă se schimbă direcția curentului electric în emițător și, prin urmare, de câte ori pe secundă se modifică magnitudinea câmpurilor electrice și magnetice în fiecare punct al spațiului.
Frecvența se măsoară în herți (Hz) - unități numite după marele om de știință german Heinrich Rudolf Hertz. 1 Hz este o oscilație pe secundă, 1 MegaHertz (MHz) este un milion de oscilații pe secundă. Știind că viteza de mișcare a undelor electromagnetice este egală cu viteza luminii, este posibil să se determine distanța dintre punctele din spațiu în care câmpul electric (sau magnetic) se află în aceeași fază. Această distanță se numește lungime de undă.
Lungimea de undă (în metri) se calculează folosind formula:
, sau aproximativ
unde f este frecvența radiației electromagnetice în MHz.
Din formula se poate observa că, de exemplu, o frecvență de 1 MHz corespunde unei lungimi de undă de aproximativ 300 m. Cu o creștere a frecvenței, lungimea de undă scade, cu o scădere, aceasta crește.
Undele electromagnetice trec liber prin aer sau spațiul exterior (vid). Dar dacă un fir metalic, o antenă sau orice alt corp conducător se întâlnește pe calea unei unde, atunci îi dau energia lor, provocând astfel un curent electric alternativ în acest conductor. Dar nu toată energia undelor este absorbită de conductor; o parte din ea este reflectată de la suprafață. Apropo, utilizarea undelor electromagnetice în radar se bazează pe aceasta.
O altă proprietate utilă a undelor electromagnetice (totuși, ca orice alte unde) este capacitatea lor de a se îndoi în jurul corpurilor pe drumul lor. Dar acest lucru este posibil numai în cazul în care dimensiunea corpului este mai mică decât lungimea de undă sau comparabilă cu aceasta. De exemplu, pentru a detecta un avion, lungimea undei radio radar trebuie să fie mai mică decât dimensiunile sale geometrice (mai puțin de 10 m). Dacă corpul este mai lung decât lungimea de undă, îl poate reflecta. Dar s-ar putea să nu reflecte - amintiți-vă „Stealth”.
Energia transportată de undele electromagnetice depinde de puterea generatorului (emițătorului) și de distanța până la acesta, i.e. fluxul de energie pe unitatea de suprafață este direct proporțional cu puterea de radiație și invers proporțional cu pătratul distanței până la radiator. Aceasta înseamnă că raza de comunicare depinde de puterea emițătorului, dar într-o măsură mult mai mare de distanța până la acesta.
De exemplu, fluxul de energie al radiațiilor electromagnetice de la Soare la suprafața Pământului ajunge la 1 kilowatt pe metru pătrat, în timp ce fluxul de energie al unui post de radio cu unde medii este de doar miimi sau chiar milionmimi de watt pe metru pătrat.
2.2 Alocarea spectrului radio
Undele radio (frecvențele radio) utilizate în inginerie radio acoperă un spectru de la 10.000 m (30 kHz) la 0,1 mm (3.000 GHz). Aceasta este doar o parte din spectrul vast de unde electromagnetice. Undele radio (în lungime descrescătoare) sunt urmate de căldură sau raze infraroșii. După ele există o secțiune îngustă de unde de lumină vizibilă, apoi - spectrul razelor ultraviolete, razelor X și gamma - toate acestea sunt oscilații electromagnetice de aceeași natură, care diferă doar în lungime de undă și, prin urmare, în frecvență.
Deși întregul spectru este împărțit în regiuni, granițele dintre ele sunt aproximativ conturate. Regiunile urmează continuu una după alta, trec una în alta și, în unele cazuri, se suprapun.
Dar aceste intervale sunt foarte extinse și, la rândul lor, sunt împărțite în secțiuni, care includ așa-numitele benzi de radiodifuziune și televiziune, intervale pentru comunicații terestre și aviatice, spațiale și maritime, pentru transmisie de date și medicină, pentru radar și radionavigație, etc. Fiecărui serviciu radio îi este alocată propria secțiune a intervalului sau frecvențe fixe. În realitate, în scopurile comunicațiilor radio, oscilațiile sunt utilizate în intervalul de frecvență de la 10 kHz la 100 GHz. Utilizarea unui anumit interval de frecvență pentru comunicare depinde de mulți factori, în special de condițiile de propagare a undelor radio de diferite game, domeniul de comunicare necesar, fezabilitatea valorilor puterii emițătorului în intervalul de frecvență selectat etc.
Prin acorduri internaționale, întregul spectru de unde radio utilizate în comunicațiile radio este împărțit în benzi (Tabelul 1):
tabelul 1
| Nr. articol | Numele intervalului | Limitele intervalului | |||
| Valuri | Termeni învechiți | Frecvențele | Unde radio | Frecvențele | |
| 1 | DKMGMVDecaMega Contoare | Frecvențe extrem de joase (ELF) | 100.000-10.000 km | 3-30 Hz | |
| 2 | MGMV | Frecvențe ultra joase (ELF) | 10.000-1.000 km | 30-3.000 Hz | |
| 3 | GCMMVHect-kilometru | Frecvențe infra-joase (LF) | 1.000-100 km | 0,3-3 kHz | |
| 4 | MRMV | ADV | VLF de foarte joasă frecvență (VLF). | 100-10 km | 3-30 kHz |
| 5 | KMVKilometru | DV | Frecvențe joase (LF) LF | 10-1 km | 30-300kHz |
| 6 | GCMVHectametru | SV | Frecvențe medii (MF) VF | 1000-100m | 0,3-3 MHz |
| 7 | DKMVDecametru | Kv | Înalte (HF) HF | 100-10m | 3-30 MHz |
| 8 | MVMeter | VHF | VHF de foarte înaltă frecvență (VHF). | 10-1m | 30-300 MHz |
| 9 | DCMV | VHF | Frecvență ultra înaltă (UHF) UHF | 10-1 dm | 0,3-3 GHz |
| 10 | SMVS centimetru | VHF | Frecvență ultra-înaltă (SHF) SHF | 10-1 cm | 3-30 GHz |
| 11 | MMVMilimetru | VHF | Extreme High Frequency (EHF) EHF | 10-1 mm | 30-300 GHz |
| 12 | DCMMVDecimili- metru submilie- metru |
SUMĂ | Frecvențe hiperînalte (HHF) | 1-0,1 mm | 0,3-3 THz |
| 13 | Ușoară | < 0,1 мм | > 3 THz | ||
Orez. 2.2 Un exemplu de alocare a spectrului între diferite servicii.
Undele radio sunt radiate prin antenă în spațiu și propagate ca energie într-un câmp electromagnetic. Deși natura undelor radio este aceeași, capacitatea lor de propagare depinde în mare măsură de lungimea de undă.
Pentru undele radio, pământul este un conductor de electricitate (deși nu unul foarte bun). Trecând peste suprafața pământului, undele radio slăbesc treptat. Acest lucru se datorează faptului că undele electromagnetice excită curenți electrici pe suprafața pământului, pentru care o parte din energie este cheltuită. Acestea. energia este absorbită de pământ și cu cât este mai mare, cu atât lungimea de undă este mai scurtă (frecvență mai mare).
În plus, energia undei slăbește și pentru că radiația se propagă în toate direcțiile spațiului și, prin urmare, cu cât mai departe de transmițător este receptorul, cu atât este mai puțină energie pe unitatea de suprafață și cu atât intră mai puțin în antenă.
Posturile de emisie cu undă lungă pot fi recepționate la o distanță de până la câteva mii de kilometri, iar nivelul semnalului scade fără probleme, fără sărituri. Stațiile cu unde medii pot fi auzite pe o mie de kilometri. În ceea ce privește undele scurte, energia lor scade brusc odată cu distanța de la transmițător. Așa se explică faptul că în zorii dezvoltării radio, undele de la 1 la 30 km erau folosite în principal pentru comunicare. Valurile mai scurte de 100 de metri au fost în general considerate nepotrivite pentru comunicații la distanță lungă.
Cu toate acestea, studii ulterioare ale undelor scurte și ultrascurte au arătat că acestea se degradează rapid atunci când călătoresc în apropierea suprafeței Pământului. Când radiația este îndreptată în sus, undele scurte revin.
În 1902, matematicianul englez Oliver Heaviside și inginerul electric american Arthur Edwin Kennelly au prezis aproape simultan că există un strat ionizat de aer deasupra Pământului - o oglindă naturală care reflectă undele electromagnetice. Acest strat a fost numit ionosferă.
Ionosfera Pământului trebuia să permită creșterea gamei de propagare a undelor radio la distanțe care depășesc linia vizuală. Această presupunere a fost dovedită experimental în 1923. Impulsurile RF au fost transmise vertical în sus și au fost primite semnale returnate. Măsurătorile timpului dintre transmiterea și recepția impulsurilor au făcut posibilă determinarea înălțimii și numărului de straturi de reflexie.
2.3 Influența atmosferei asupra propagării undelor radio
Natura propagării undelor radio depinde de lungimea de undă, curbura Pământului, sol, compoziția atmosferică, ora zilei și anului, starea ionosferei, câmpul magnetic al Pământului și condițiile meteorologice.
Luați în considerare structura atmosferei, care are un impact semnificativ asupra propagării undelor radio. Conținutul de umiditate și densitatea aerului se modifică în funcție de momentul zilei și a anului.
Aerul care inconjoara suprafata pamantului formeaza o atmosfera cu o inaltime de aproximativ 1000-2000 km. Compoziția atmosferei pământului este eterogenă.
Orez. 2.3 Structura atmosferei.
Straturile atmosferei de până la aproximativ 100-130 km înălțime sunt omogene ca compoziție. Aceste straturi conțin aer care conține (în volum) 78% azot și 21% oxigen. Se numește stratul inferior al atmosferei cu grosimea de 10-15 km (fig. 2.3). troposfera... Acest strat conține vapori de apă, al căror conținut fluctuează brusc odată cu schimbarea condițiilor meteorologice.
Troposfera se transformă treptat în stratosferă... Limita este înălțimea la care se oprește scăderea temperaturii.
La altitudini de aproximativ 60 km și mai mult deasupra Pământului, sub influența razelor solare și cosmice, ionizarea aerului are loc în atmosferă: unii dintre atomi se descompun în liber. electroniși ionii... În atmosfera superioară, ionizarea este neglijabilă, deoarece gazul este foarte rarefiat (există un număr mic de molecule pe unitate de volum). Pe măsură ce razele soarelui pătrund în straturile mai dense ale atmosferei, gradul de ionizare crește. Odată cu apropierea Pământului, energia razelor solare scade, iar gradul de ionizare scade din nou. In plus, in straturile inferioare ale atmosferei, datorita densitatii mari, sarcinile negative nu pot exista mult timp; are loc un proces de restaurare a moleculelor neutre.
Ionizarea într-o atmosferă rarefiată la altitudini de 60-80 km față de Pământ și mai mari persistă mult timp. La aceste altitudini, atmosfera este foarte rarefiată, densitatea electronilor și ionilor liberi este atât de scăzută încât coliziunile și, prin urmare, restabilirea atomilor neutri, sunt relativ rare.
Atmosfera superioară se numește ionosferă. Aerul ionizat are un efect semnificativ asupra propagării undelor radio.
În timpul zilei, se formează patru straturi regulate sau maxime de ionizare - straturi D, E, F 1 și F 2. Stratul F 2 are cea mai mare ionizare (cel mai mare număr de electroni liberi pe unitate de volum).
După apus, radiațiile ionizante scad brusc. Are loc refacerea moleculelor și atomilor neutri, ceea ce duce la o scădere a gradului de ionizare. Straturile dispar complet noaptea Dși F 2, ionizare strat E scade semnificativ, iar stratul F 2 păstrează ionizarea cu o oarecare atenuare.
Orez. 2.4 Dependența propagării undelor radio de frecvență și ora zilei.
Înălțimea straturilor ionosferei se modifică tot timpul în funcție de intensitatea razelor solare. Ziua, înălțimea straturilor ionizate este mai mică, noaptea este mai mare. Vara, la latitudinile noastre, concentrația de electroni a straturilor ionizate este mai mare decât iarna (cu excepția stratului F 2). Gradul de ionizare depinde și de nivelul activității solare, determinat de numărul de pete de pe soare. Perioada de activitate solară este de aproximativ 11 ani.
Procesele de ionizare neregulate asociate cu așa-numitele perturbări ionosferice sunt observate la latitudinile polare.
Există mai multe căi pe care le parcurge o undă radio pentru a ajunge la antena de recepție. După cum sa menționat deja, undele radio care se propagă deasupra suprafeței pământului și care o învăluie datorită fenomenului de difracție sunt numite unde de suprafață sau unde de pământ (direcția 1, Fig. 2.5). Undele care se propagă în direcțiile 2 și 3 se numesc spațială... Ele sunt împărțite în ionosferice și troposferice. Acestea din urmă sunt observate doar în domeniul VHF. ionosferic undele sunt numite, reflectate sau împrăștiate de ionosferă, troposferic- unde reflectate sau împrăștiate de straturi neomogene sau „granule” ale troposferei.
Orez. 2.5 Modalitati de propagare a undelor radio.
Val de suprafață baza frontului său atinge Pământul, așa cum se arată în Fig. 2.6. Cu o sursă punctiformă, această undă are întotdeauna polarizare verticală, deoarece componenta orizontală a undei este absorbită de Pământ. Cu o distanță suficientă de la sursă, exprimată în lungimi de undă, orice segment al frontului de undă este o undă plană.
Suprafața Pământului absoarbe o parte din energia undelor de suprafață care se propagă de-a lungul ei, deoarece Pământul are o rezistență activă.
Orez. 2.6 Propagarea undelor de suprafață.
Cu cât valul este mai scurt, adică cu cât frecvența este mai mare, cu atât este indus mai mult curent în Pământ și pierderile sunt mai mari. Pierderile în Pământ scad odată cu creșterea conductivității solului, deoarece undele pătrund în Pământ cu cât mai puțin, cu atât conductivitatea solului este mai mare. Pierderile dielectrice apar și în Pământ, care cresc și ele odată cu scurtarea undei.
Pentru frecvențele de peste 1 MHz, unda de suprafață este de fapt foarte atenuată din cauza absorbției de către Pământ și, prin urmare, nu este utilizată decât în zona de acoperire locală. La frecvențele de televiziune, atenuarea este atât de mare încât unda de suprafață poate fi utilizată la distanțe de cel mult 1-2 km de emițător.
Comunicarea pe distanțe lungi se realizează în principal prin unde spațiale.
Pentru a primi refracția, adică întoarcerea unei unde pe Pământ, unda trebuie să fie emisă la un anumit unghi față de suprafața pământului. Se numește cel mai mare unghi de radiație la care o undă radio cu o anumită frecvență revine la sol unghi critic pentru un strat ionizat dat (Fig. 2.7). 
Orez. 2.7 Influența unghiului de radiație asupra trecerii undei cerului.
Fiecare strat ionizat are propriul său strat frecventa criticași unghi critic.
În fig. 2.7 arată o rază care este ușor refractată de un strat Eîntrucât raza pătrunde sub unghiul critic al acestui strat. Grinda 3 trece prin zonă E dar se întoarce pe Pământ într-un strat F 2 deoarece intră sub unghiul critic al stratului F 2. Grinda 4 trece de asemenea prin strat E... Intră în strat F 2 la unghiul său critic și se întoarce pe Pământ. Fasciculul 5 trece prin ambele zone și se pierde în spațiu.
Toate razele prezentate în Fig. 2.7 se referă la o frecvență. Dacă se utilizează o frecvență mai mică, sunt necesare unghiuri critice mai mari pentru ambele regiuni; invers, dacă frecvența crește, ambele regiuni au unghiuri critice mai mici. Dacă continuați să creșteți frecvența, atunci va veni un moment în care unda care se propagă de la emițător paralel cu Pământul va depăși unghiul critic pentru orice regiune. Această condiție apare la o frecvență de aproximativ 30 MHz. Peste această frecvență, comunicarea skywave devine nesigură.
Deci, fiecare frecvență critică are propriul unghi critic și, invers, fiecare unghi critic are propria sa frecvență critică. În consecință, orice val de cer, a cărui frecvență este egală sau mai mică decât cea critică, se va întoarce pe Pământ la o anumită distanță de transmițător.
În fig. 2,7 raza 2 cade pe stratul E la un unghi critic. Observați unde unda reflectată lovește Pământul (când unghiul critic este depășit, semnalul se pierde); Unda spațială, ajungând în stratul ionizat, este reflectată din acesta și se întoarce pe Pământ la o distanță mare de transmițător. La o anumită distanță de transmițător, în funcție de puterea emițătorului și lungimea de undă, este posibil să se recepționeze o undă de suprafață. Din punctul în care se termină recepția undei de suprafață, zona de tacereși se termină acolo unde apare unda spațială reflectată. Zona de tăcere nu are o graniță ascuțită.
Orez. 2.8 Zone de recepție a undelor de suprafață și spațiale.
Pe măsură ce frecvența crește, cantitatea zonă moartă crește datorită scăderii unghiului critic. Pentru a comunica cu un corespondent aflat la o anumită distanță de emițător în anumite momente ale zilei și anotimpuri ale anului, există frecvența maximă admisă care poate fi folosit pentru comunicarea skywave. Fiecare regiune ionosferică are propria frecvență maximă admisă pentru comunicare.
Undele scurte și, în plus, ultrascurte din ionosferă își pierd o parte nesemnificativă din energie. Cu cât frecvența este mai mare, cu atât calea pe care electronii parcurg mai puțin în timpul oscilațiilor lor, în urma căreia numărul coliziunilor lor cu molecule scade, adică pierderile de energie a valurilor scad.
În straturile ionizate mai joase, pierderile sunt mai mari, deoarece o presiune crescută indică o densitate mai mare a gazului, iar cu o densitate mai mare a gazului, probabilitatea de coliziune a particulelor crește.
Undele lungi sunt reflectate din straturile inferioare ale ionosferei, care au cea mai mică concentrație de electroni, la orice unghi de elevație, inclusiv cele apropiate de 90 °. Solul cu umiditate medie este aproape un conductor pentru valurile lungi, astfel încât acestea reflectă bine de pe Pământ. Reflexiile multiple din ionosferă și Pământ explică propagarea pe distanță lungă a undelor lungi.
Propagarea undelor lungi nu depinde de anotimp și de condițiile meteorologice, de perioada de activitate solară și de perturbațiile ionosferice. Când sunt reflectate din ionosferă, undele lungi suferă o absorbție mare. Acesta este motivul pentru care transmițătoarele de mare putere sunt necesare pentru comunicarea la distanță lungă.
Valuri medii sunt absorbite vizibil în ionosferă și solul de conductivitate slabă și medie. În timpul zilei, se observă doar o undă de suprafață, deoarece o undă spațială (mai lungă de 300 m) este aproape complet absorbită în ionosferă. Pentru o reflexie internă completă, undele medii trebuie să parcurgă o anumită cale în straturile inferioare ale ionosferei, care, deși au o concentrație scăzută de electroni, au o densitate semnificativă a aerului.
Noaptea, odată cu dispariția stratului D, absorbția în ionosferă scade, drept urmare se poate menține comunicarea pe undele spațiale la distanțe de 1500-2000 km cu o putere de emițător de aproximativ 1 kW. Condițiile de comunicare sunt oarecum mai bune iarna decât vara.
Virtutea undelor medii este că nu sunt afectaţi de perturbaţii ionosferice.
Conform acordului internațional, semnalele de primejdie (semnale SOS) sunt transmise pe unde de aproximativ 600 m.
Partea pozitivă a comunicării skywave la unde scurte și medii este posibilitatea comunicării la distanță lungă cu o putere scăzută a transmițătorului. Dar legătura de val spațială are și dezavantaje semnificative.
La început, instabilitatea comunicării datorită modificărilor înălțimii straturilor ionizate ale atmosferei în timpul zilei și anului. Pentru a menține comunicarea cu același punct, trebuie să schimbați lungimea de undă de 2-3 ori pe zi. Adesea, din cauza unei schimbări în starea atmosferei, comunicarea este complet întreruptă de ceva timp.
În al doilea rând, prezența unei zone de tăcere.
Valuri mai scurte de 25 m sunt denumite „valuri în timpul zilei”, deoarece călătoresc bine în timpul zilei. „Valurile de noapte” includ undele mai lungi de 40 m. Aceste unde se propagă bine noaptea.
Condiţiile de propagare a undelor radio scurte sunt determinate de starea stratului ionizat Fg. Concentrația de electroni a acestui strat este adesea perturbată din cauza radiației solare neuniforme, care provoacă perturbări ionosferice și furtuni magnetice. Drept urmare, energia undelor radio scurte este absorbită în mod semnificativ, ceea ce degradează comunicarea radio, chiar uneori o face complet imposibilă. Tulburările ionosferice sunt observate mai ales la latitudini apropiate de poli. Prin urmare, comunicarea cu unde scurte nu este de încredere acolo.
Cel mai notabil tulburări ionosferice au o periodicitate proprie: se repetă după 27 de zile(timpul de rotație al Soarelui în jurul axei sale).
În domeniul undelor scurte, influența interferențelor industriale, atmosferice și reciproce este puternic afectată.
Frecvențe optime de comunicare pe unde scurte sunt selectate pe baza prognozelor radio, care sunt împărțite în termen lungși Pe termen scurt... Prognozele pe termen lung indică starea medie așteptată a ionosferei pentru o anumită perioadă de timp (lună, sezon, an sau mai mult), în timp ce prognozele pe termen scurt sunt făcute pentru o zi, cinci zile și caracterizează posibilele abateri ale ionosferei de la ea. stare medie. Prognozele sunt întocmite sub formă de grafice ca urmare a prelucrării observațiilor sistematice ale ionosferei, activității solare și a stării magnetismului terestru.
Unde ultrascurte(VHF) nu sunt reflectate din ionosferă, o trec liber, adică aceste unde nu au o undă ionosferică spațială. Unda ultrascurtă de suprafață, pe care este posibilă comunicarea radio, are două dezavantaje semnificative: în primul rând, unda de suprafață nu ocolește suprafața pământului și obstacole mari și, în al doilea rând, este puternic absorbită în sol.
Undele ultrascurte sunt utilizate pe scară largă acolo unde este necesară o rază scurtă de acțiune a unui post de radio (comunicarea este de obicei limitată la linia vizuală). În acest caz, comunicarea se realizează printr-o undă troposferică spațială. De obicei este format din două componente: o rază directă și o rază reflectată de Pământ (Fig. 2.9).
Orez. 2.9 Raze directe și reflectate ale valului cerului.
Dacă antenele sunt suficient de aproape, ambele fascicule ajung de obicei la antena de recepție, dar intensitățile lor sunt diferite. Fasciculul reflectat de Pământ este mai slab din cauza pierderilor care apar în timpul reflectării de pe Pământ. Un fascicul direct are aproape aceeași atenuare ca o undă din spațiul liber. În antena de recepție, semnalul total este egal cu suma vectorială a acestor două componente.
Antenele de recepție și de transmisie sunt de obicei la aceeași înălțime, astfel încât lungimea traseului fasciculului reflectat este ușor diferită de fasciculul direct. Unda reflectată este defazată cu 180 °. Astfel, neglijând pierderile din Pământ în timpul reflexiei, dacă două fascicule au parcurs aceeași distanță, suma lor vectorială este zero, ca urmare, nu va exista niciun semnal în antena de recepție.
În realitate, fasciculul reflectat parcurge o distanță puțin mai mare, prin urmare, diferența de fază în antena de recepție va fi de aproximativ 180 °. Diferența de fază este determinată de diferența de cale în termeni de lungime de undă, nu în unități liniare. Cu alte cuvinte, semnalul total primit în aceste condiții depinde în principal de frecvența utilizată. De exemplu, dacă lungimea de undă de operare este de 360 m și diferența de cale este de 2 m, schimbarea de fază va diferi de la 180 ° cu doar 2 °. Ca urmare, există o absență aproape completă a unui semnal în antena de recepție. Dacă lungimea de undă este de 4 m, aceeași diferență de cale de 2 m va provoca o diferență de fază de 180 °, compensând complet schimbarea de fază de 180 ° în reflexie. În acest caz, semnalul este dublat în tensiune.
Rezultă de aici că la frecvențe joase utilizarea undelor spațiale nu prezintă interes pentru comunicare. Numai la frecvențe înalte, unde diferența de cale este proporțională cu lungimea de undă utilizată, valul cerului este utilizat pe scară largă.
Gama de emițătoare VHF este semnificativ crescută atunci când aeronavele sunt în aer și cu Pământul.
LA avantajele VHF ar trebui să includă posibilitatea utilizării antenelor mici. În plus, un număr mare de posturi radio pot funcționa simultan în banda VHF fără interferențe reciproce. Mai multe stații pot fi instalate simultan în intervalul de lungimi de undă de 10 până la 1 m decât în lungimile de undă scurte, medii și lungi combinate.
Liniile de releu VHF au devenit larg răspândite. Între două puncte de comunicație situate la mare distanță, sunt instalate mai multe transceiver VHF, situate în linia vizuală unul față de celălalt. Stațiile intermediare funcționează automat. Organizarea liniilor de releu vă permite să măriți gama de comunicații pe VHF și să efectuați comunicații multicanal (efectuați mai multe transmisii telefonice și telegrafice în același timp).
În zilele noastre, se acordă multă atenție utilizării benzii VHF pentru comunicațiile radio pe distanțe lungi.
Cele mai utilizate linii de comunicație funcționează în intervalul 20-80 MHz și utilizează fenomenele de împrăștiere ionosferică. Se credea că comunicația radio prin ionosferă este posibilă numai la frecvențe sub 30 MHz (lungime de undă peste 10 m), iar din moment ce acest interval este complet încărcat și o creștere suplimentară a numărului de canale din ea este imposibilă, interesul pentru propagarea împrăștiată. a undelor radio este de înțeles.
Acest fenomen constă în faptul că o parte din energia radiațiilor de ultraînaltă frecvență este împrăștiată de neregularități din ionosferă. Aceste neomogenități sunt create de curenții de aer ai straturilor cu diferite temperaturi și umiditate, particulele încărcate rătăcitoare, produsele de ionizare a cozilor de meteorit și alte surse încă puțin studiate. Deoarece troposfera este întotdeauna neomogenă, refracția împrăștiată a undelor radio există sistematic.
Propagarea împrăștiată a undelor radio este similară cu împrăștierea luminii de la un reflector într-o noapte întunecată. Cu cât fasciculul de lumină este mai puternic, cu atât emite mai multă lumină împrăștiată.
Când studiezi răspândire îndepărtată a undelor ultrascurte, s-a observat fenomenul de creștere bruscă pe termen scurt a audibilității semnalelor. Astfel de explozii aleatorii durează de la câteva milisecunde până la câteva secunde. Cu toate acestea, în practică, acestea sunt observate în timpul zilei cu întreruperi care rareori depășesc câteva secunde. Apariția momentelor de audibilitate crescută se datorează în principal reflectării undelor radio din straturile ionizate de meteoriți care ard la o altitudine de aproximativ 100 km. Diametrul acestor meteoriți nu depășește câțiva milimetri, iar urmele lor se întind pe câțiva kilometri.
Din urme de meteorit undele radio cu o frecvență de 50-30 MHz (6-10 m) sunt bine reflectate.
Câteva miliarde de astfel de meteoriți zboară în atmosfera pământului în fiecare zi, lăsând în urmă urme ionizate cu o densitate mare de ionizare a aerului. Acest lucru face posibilă obținerea unei funcționări fiabile a legăturilor radio pe distanțe lungi atunci când se utilizează transmițătoare de putere relativ scăzută. O parte integrantă a stațiilor de pe astfel de linii este un echipament auxiliar de imprimare directă echipat cu un element de memorie.
Deoarece fiecare traseu de meteorit există doar pentru câteva secunde, transmisia se realizează automat în rafale scurte.
În prezent, transmisiile de comunicații și televiziune prin sateliti artificiali de pământ sunt utilizate pe scară largă.
Astfel, în funcție de mecanismul de propagare a undelor radio, liniile de comunicații radio pot fi clasificate în linii folosind:
procesul de propagare a undelor radio de-a lungul suprafeței pământului cu îndoire în jurul acesteia (așa-numita pământesc sau unde de suprafață);
procesul de propagare a undelor radio în linia vizuală ( Drept valuri);
reflectarea undelor radio din ionosferă ( ionosferic valuri);
procesul de propagare a undelor radio în troposferă ( troposferic valuri);
reflectarea undelor radio de la traseele de meteoriți;
reflectare sau retransmisie de la sateliți artificiali de la pământ;
reflexia din formațiunile create artificial de plasmă de gaz sau suprafețele conductoare create artificial.
2.4 Caracteristici ale propagării undelor radio din diferite benzi
Condițiile de propagare a undelor radio în spațiul dintre emițător și receptorul radio al corespondenților sunt influențate de conductivitatea finită a suprafeței pământului și de proprietățile mediului de deasupra pământului. Acest efect este diferit pentru diferite lungimi de undă (frecvențe).
Miriametruși kilometru valuri (ADVși DV) se poate propaga atât terestră, cât și ionosferică. Prezența unui val de pământ, care se propagă pe sute și chiar mii de kilometri, se explică prin faptul că intensitatea câmpului acestor unde scade destul de lent odată cu distanța, deoarece absorbția energiei lor de către suprafața pământului sau a apei este mică. Cu cât valul este mai lung și cu cât conductivitatea solului este mai bună, cu atât se asigură o comunicare radio mai lungă.
Solurile uscate nisipoase și rocile absorb energie electromagnetică în mare măsură. La propagare din cauza fenomenului de difracție se îndoaie în jurul suprafeței pământului convex, obstacole întâlnite în cale: păduri, munți, dealuri etc. Începând de la o distanță de 300-400 km de emițător, apare o undă ionosferică, reflectată din regiunea inferioară a ionosferei (din stratul D sau E). În timpul zilei, datorită prezenței stratului D, absorbția energiei electromagnetice devine mai semnificativă. Noaptea, odată cu dispariția acestui strat, raza de comunicare crește. Astfel, trecerea valurilor lungi noaptea este în general mai bună decât în timpul zilei. Comunicațiile globale în VLF și LW sunt realizate de unde care se propagă într-un ghid de undă sferic format din ionosferă și suprafața pământului.
Avantajul benzii SDV-, DV-:
Undele radio VLF și LW au proprietatea de a pătrunde în coloana de apă, precum și de a se propaga în unele structuri ale solului;
datorită undelor care se propagă în ghidul de undă sferic al Pământului, comunicarea este asigurată pe mii de kilometri;
raza de comunicare depinde puțin de perturbațiile ionosferice;
proprietățile bune de difracție ale undelor radio în aceste intervale fac posibilă asigurarea unei comunicații pentru sute și chiar mii de kilometri cu un val de pământ;
Constanta parametrilor legaturii radio asigura un nivel stabil al semnalului la punctul de receptie.
dezavantajeIntervalele SDV-, DV, -:
radiația eficientă a undelor din părțile considerate ale gamei poate fi realizată numai cu ajutorul unor dispozitive de antenă foarte voluminoase, ale căror dimensiuni sunt proporționale cu lungimea de undă. Construcția și restaurarea dispozitivelor de antenă de această dimensiune într-un timp limitat (în scopuri militare) este dificilă;
întrucât dimensiunile antenelor fabricate efectiv sunt mai mici decât lungimea de undă, atunci compensarea eficienței reduse a acestora se realizează prin creșterea puterii emițătorilor la sute sau mai mult kW;
crearea de sisteme rezonante în acest interval și la puteri semnificative determină dimensiunile mari ale etajelor de ieșire: emițătoare, complexitatea acordării rapide la o altă frecvență;
pentru alimentarea cu energie a stațiilor radio în bandă VLF și DV), sunt necesare centrale mari;
un dezavantaj semnificativ al gamelor VLF și LW este capacitatea lor de joasă frecvență;
un nivel suficient de ridicat de interferență industrială și atmosferică;
dependența nivelului semnalului la punctul de recepție de ora din zi.
Domeniul de aplicare practică a undelor radio în bandă VLF, DV:
comunicarea cu obiectele subacvatice;
coloana vertebrală globală și comunicații subterane;
radiobalize, precum și comunicații în aviația cu rază lungă de acțiune și în Marina.
Unde hectometrice(SV) poate fi propagat prin unde de suprafață și spațiu. În plus, raza de comunicare cu o undă de suprafață este mai scurtă (nu depășește 1000-1500 km), deoarece energia acestora este absorbită de sol mai mult decât cea a valurilor lungi. Undele care ajung în ionosferă sunt absorbite intens de strat D când există, dar este bine descărcat într-un strat E.
Pentru undele medii, raza de comunicare este foarte dependentă din ora din zi. În timpul zilei, valurile mijlocii sunt atât de puternice absorbitîn straturile inferioare ale ionosferei, că valul cerului este practic absent. Stratul de noapte Dși partea de jos a stratului E dispar, astfel încât absorbția undelor medii scade; iar undele spațiale încep să joace un rol major. Astfel, o caracteristică importantă a undelor medii este că în timpul zilei, comunicarea pe ele este menținută printr-un val de suprafață, iar noaptea - atât de undele de suprafață, cât și de undele spațiale simultan.
Beneficiile benzii CB:
noaptea vara și în cea mai mare parte a zilei iarna, raza de comunicare oferită de unda ionosferică ajunge la mii de kilometri;
dispozitivele de antenă cu undă medie sunt destul de eficiente și au dimensiuni acceptabile chiar și pentru comunicațiile radio mobile;
capacitatea de frecvență a acestui interval este mai mare decât cea a gamelor VLF și LW;
proprietăți bune de difracție ale undelor radio în acest interval;
puterea emițătorilor este mai mică decât cea a benzilor VLF și LW;
dependență scăzută de perturbațiile ionosferice și furtunile magnetice.
Dezavantajele gamei CB:
aglomerarea benzii MW cu posturi de radio puternice creează dificultăți în utilizarea pe scară largă;
capacitatea limitată de frecvență a gamei face dificilă manevrarea frecvențelor;
raza de comunicare pe NE în timpul zilei vara este întotdeauna limitată, deoarece este posibilă numai printr-un val de pământ;
puteri de transmisie suficient de mari;
este dificil de utilizat dispozitive de antenă extrem de eficiente, complexitatea construcției și restaurării într-un timp scurt;
un nivel suficient de ridicat de interferență reciprocă și atmosferică.
Domeniul de aplicare practică a undelor radio în bandă CB; Stațiile radio cu undă medie sunt cele mai des folosite în regiunile arctice, ca rezervă în cazurile de pierdere a comunicațiilor radio cu unde scurte utilizate pe scară largă din cauza perturbațiilor ionosferice și magnetice, precum și în aviația cu rază lungă de acțiune și în Marina.
Unde decametre (KB) ocupă o poziţie specială. Ele pot propaga atât undele terestre, cât și cele ionosferice. Cu puteri de emițător relativ scăzute tipice stațiilor radio mobile, undele de sol se propagă pe distanțe care nu depășesc câteva zeci de kilometri, deoarece experimentează o absorbție semnificativă în sol, care crește odată cu creșterea frecvenței.
Undele ionosferice, datorate reflexiilor simple sau multiple din ionosferă, în condiții favorabile se pot propaga pe distanțe mari. Principala lor proprietate este că sunt slab absorbite de regiunile inferioare ale ionosferei (straturi Dși E) și sunt bine reflectate de regiunile sale superioare (în principal de strat F2 ... situat la o altitudine de 300-500 km deasupra solului). Acest lucru face posibilă utilizarea stațiilor radio de putere relativ scăzută pentru comunicare directă pe o gamă infinit de distanțe.
O scădere semnificativă a calității comunicațiilor radio HF de către undele ionosferice are loc din cauza estompării semnalului. Natura decolorării este redusă în principal la interferența mai multor raze care sosesc la locul de recepție, a căror fază se schimbă constant din cauza unei schimbări a stării ionosferei.
Motivele pentru sosirea mai multor fascicule la locul de primire a semnalelor pot fi:
iradierea ionosferei la unghiurile la care trec razele
număr diferit de reflexii din ionosferă și Pământ, converg în punctul de recepție;
fenomenul birefringenței sub influența câmpului magnetic al Pământului, datorită căruia două fascicule (obișnuite și extraordinare), care se reflectă din straturi diferite ale ionosferei, ajung în același punct de recepție;
neomogenitatea ionosferei, ceea ce duce la reflexia difuză a undelor din diferitele sale regiuni, adică la reflectarea fasciculelor multor raze elementare.
Decolorarea poate apărea și din cauza fluctuațiilor de polarizare a undelor atunci când sunt reflectate din ionosferă, ceea ce duce la o modificare a raportului componentelor verticale și orizontale ale câmpului electric la punctul de recepție. Decolorarea polarizării este observată mult mai puțin frecvent decât estomparea interferenței și reprezintă 10-15% din numărul lor total.
Ca urmare a decolorării, nivelul semnalului la punctele de recepție poate varia într-o gamă largă - de zeci și chiar de sute de ori. Intervalul de timp dintre estomparea profundă este o valoare aleatorie și poate varia de la zecimi de secundă la câteva secunde și uneori mai mult, iar trecerea de la un nivel ridicat la un nivel scăzut poate fi fie lină, fie foarte bruscă. Schimbările rapide ale nivelului se suprapun adesea cu cele lente.
Condițiile de trecere a undelor scurte prin ionosferă variază de la an la an, ceea ce este asociat cu o modificare aproape periodică a activității solare, adică. cu o modificare a numărului și suprafeței petelor solare (numărul Wolf), care sunt surse de radiații care ionizează atmosfera. Perioada de recurență a activității solare maxime este de 11,3 ± 4 ani. În anii de activitate solară maximă, frecvențele maxime utilizabile (MUF) cresc, iar zonele de frecvență de funcționare se extind.
În fig. 2.10 prezintă o familie tipică de diagrame MUF zilnice și cele mai puține frecvențe utilizabile (LUF) pentru o putere radiată de 1 kW.
Orez. 2.10 Cursurile curbelor MUF și NUF.
Această familie de diagrame zilnice corespunde unor zone geografice specifice. De aici rezultă că intervalul de frecvență aplicabil pentru comunicare pe o anumită distanță poate fi foarte mic. Trebuie avut în vedere faptul că prognozele ionosferice pot avea o eroare, prin urmare, atunci când se aleg frecvențele maxime de comunicare, ele încearcă să nu depășească linia așa-numitei frecvență de operare optimă (OPF), trecând sub linia MUF cu 20- 30%. Este de la sine înțeles că lățimea de lucru a gamei este și mai redusă din aceasta. Scăderea nivelului semnalului la apropierea frecvenței maxime utilizabile se explică prin variabilitatea parametrilor ionosferei.
Datorită faptului că starea ionosferei se modifică, comunicarea printr-o undă ionosferică necesită alegerea corectă a frecvențelor în timpul zilei:
ZI folosind frecvențele 12-30 MHz,
DIMINEAȚA și SEARA 8-12 MHz, NOAPTEA 3-8 MHz.
Graficele mai arată că odată cu scăderea lungimii liniei de comunicație radio, secțiunea frecvențelor aplicabile scade (pentru distanțe de până la 500 km noaptea, poate fi de doar 1-2 MHz).
Condițiile de comunicație radio pentru liniile lungi sunt mai favorabile decât pentru cele scurte, deoarece acestea sunt mai puține, iar gama de frecvențe potrivite pentru acestea este mult mai largă.
Furtunile ionosferice și magnetice pot avea un efect semnificativ asupra stării comunicațiilor radio HF (în special în regiunile polare), adică. perturbări ale ionosferei și ale câmpului magnetic al Pământului sub influența fluxurilor de particule încărcate erupte de Soare. Aceste fluxuri distrug adesea principalul strat ionosferic reflectorizant F2 în regiunea latitudinilor geomagnetice înalte. Furtunile magnetice se pot manifesta nu numai în regiunile polare, ci pe tot globul. Perturbațiile ionosferice au o periodicitate și sunt asociate cu timpul de revoluție al Soarelui în jurul axei sale, care este egal cu 27 de zile.
Undele scurte se caracterizează prin prezența unor zone de tăcere (zone moarte). Zona de tăcere (Fig. 2.8) apare în timpul comunicării radio pe distanțe mari în zone la care unda de suprafață nu ajunge datorită atenuării ei, iar unda spațială este reflectată din ionosferă la o distanță mai mare. Acest lucru se întâmplă atunci când se utilizează antene cu fascicul îngust atunci când radiază la unghiuri mici față de orizont.
Avantajele benzii HF:
Undele ionosferice pot călători pe distanțe lungi datorită reflexiilor simple sau multiple din ionosferă în condiții favorabile. Sunt slab absorbite de regiunile inferioare ale ionosferei (straturile D și E) și sunt bine reflectate de cele superioare (în principal de stratul F2);
capacitatea de a utiliza stații radio de putere relativ scăzută pentru comunicare directă pe o gamă infinită de distanțe;
capacitatea de frecvență a benzii HF este mult mai mare decât cea a benzilor VLF, DV și MW, ceea ce face posibilă operarea simultană a unui număr mare de posturi de radio;
Dispozitivele de antenă utilizate în domeniul undelor decametrice au dimensiuni acceptabile (chiar și pentru instalarea pe obiecte în mișcare) și pot avea proprietăți direcționale pronunțate. Au timpi de implementare rapidi, sunt ieftine și sunt ușor de recuperat în caz de deteriorare.
Dezavantajele benzii HF:
comunicația radio prin unde ionosferice se poate realiza dacă frecvențele utilizate sunt sub valorile maxime (MUF) determinate pentru fiecare lungime a liniei de comunicație radio de gradul de ionizare al straturilor reflectorizante;
comunicarea este posibilă numai dacă puterea emițătorilor și câștigurile antenelor utilizate, având loc absorbția de energie în ionosferă, asigură puterea necesară a câmpului electromagnetic în punctul de recepție. Această condiție limitează limita inferioară a frecvențelor utilizabile (LUF);
capacitate de frecvență insuficientă pentru utilizarea modurilor de operare în bandă largă și a manevrării în frecvență;
un număr mare de posturi radio care funcționează simultan cu o rază lungă de comunicare creează un nivel mare de interferență reciprocă;
raza lungă de comunicare face ca inamicul să folosească interferența deliberată;
prezența zonelor de liniște atunci când se asigură comunicarea pe distanțe lungi;
o scădere semnificativă a calității comunicațiilor radio HF de către undele ionosferice din cauza estompării semnalelor apărute din cauza variabilității structurii straturilor reflectorizante ale ionosferei, a perturbării sale constante și a propagării pe mai multe căi a undelor.
Aplicarea practică a undelor radio HF
Posturile de radio KB găsesc cea mai largă aplicație practică pentru comunicarea cu abonații la distanță.
Undele de măsurare (VHF) includ un număr de secțiuni ale intervalului de frecvență care au o capacitate de frecvență uriașă.
Desigur, aceste zone diferă semnificativ unele de altele în proprietățile de propagare a undelor radio. Energia VHF este puternic absorbită de Pământ (în cazul general, proporțional cu pătratul frecvenței), astfel încât unda Pământului se descompune destul de repede. Pentru VHF, reflexia regulată din ionosferă este neobișnuită, prin urmare, comunicarea este calculată pe baza utilizării unui val de pământ și a unei unde care se propagă în spațiul liber. Undele spațiale mai scurte de 6-7 m (43-50 MHz), de regulă, trec prin ionosferă fără a fi reflectate de ea.
Propagarea VHF are loc în linie dreaptă, intervalul maxim este limitat de raza liniei de vedere. Poate fi determinat prin formula:
unde Dmax este raza liniei de vedere, km;
h1 este înălțimea antenei de transmisie, m;
h2 - înălțimea antenei de recepție, m.
Totuși, datorită refracției (refracției), propagarea undelor radio este curbă. În acest caz, în formula intervalului, coeficientul nu va fi 3,57, ci 4,1-4,5. Din această formulă rezultă că pentru a mări raza de comunicare VHF este necesară ridicarea antenelor emițătorului și receptorului mai sus.
O creștere a puterii emițătorului nu duce la o creștere proporțională a domeniului de comunicare, prin urmare, stațiile radio de putere redusă sunt utilizate în acest interval. Comunicațiile de împrăștiere troposferică și ionosferică necesită transmițători semnificativi.
La prima vedere, raza de comunicare a undelor terestre VHF ar trebui să fie foarte scurtă. Cu toate acestea, trebuie avut în vedere faptul că, odată cu creșterea frecvenței, eficiența dispozitivelor de antenă crește, datorită faptului că pierderile de energie din Pământ sunt compensate.
Intervalul de comunicare prin unde terestre depinde de lungimea de undă. Cea mai mare rază de acțiune este atinsă pe undele metrice, în special pe undele adiacente benzii HF.
Undele metrice au proprietatea difracţie, adică proprietatea de a se îndoi în jurul terenului denivelat. Creșterea razei de comunicare la undele metrice este facilitată de fenomenul troposferic refracţie, adică fenomenul de refractie in troposfera, care asigura comunicarea pe trasee inchise.
În domeniul undelor de măsurare, se observă adesea propagarea pe distanță lungă a undelor radio, ceea ce se datorează mai multor motive. Propagarea pe distanță lungă poate avea loc cu formarea de nori ionizați sporadici ( strat sporadic Fs). Se știe că acest strat poate apărea în orice moment al anului sau al zilei, dar pentru emisfera noastră - în principal la sfârșitul primăverii și începutul verii în timpul zilei. O caracteristică a acestor nori este o concentrație ionică foarte mare, uneori suficientă pentru a reflecta undele din întreaga gamă VHF. În acest caz, zona locației surselor de radiații în raport cu punctele de recepție este cel mai adesea la o distanță de 2000-2500 km și uneori mai aproape. Intensitatea semnalelor reflectate din stratul Fs poate fi foarte mare chiar și la puteri foarte mici ale sursei.
Un alt motiv pentru propagarea la distanță lungă a undelor metrice în anii de activitate solară maximă poate fi stratul obișnuit F2. Această propagare se manifestă în lunile de iarnă la momentul iluminat al punctelor de reflexie, adică. când absorbția energiei valurilor în regiunile inferioare ale ionosferei este minimă. În acest caz, intervalul de comunicare poate atinge scări globale.
Propagarea pe distanțe lungi a undelor metrice poate avea loc și în timpul exploziilor nucleare la mare altitudine. În acest caz, pe lângă regiunea inferioară de ionizare crescută, apare una superioară (la nivelul stratului Fs). Undele metrice pătrund în regiunea inferioară, experimentând o anumită absorbție, sunt reflectate din partea superioară și se întorc pe Pământ. Distanțele parcurse în acest caz sunt în intervalul de la 100 la 2500 km. Intensitatea câmpului reflectată din acelea undele depind de frecvență: cele mai joase frecvențe suferă cea mai mare absorbție în regiunea inferioară de ionizare, iar cele mai înalte experimentează o reflexie incompletă din regiunea superioară.
Interfața dintre undele KB și metru trece la o lungime de undă de 10 m (30 MHz). Proprietățile de propagare ale undelor radio nu se pot schimba brusc, adică trebuie să existe o regiune sau o secţiune de frecvenţe care este tranzitorie... O astfel de secțiune a intervalului de frecvență este o secțiune de 20-30 MHz. În anii de activitate solară minimă (precum și noaptea, indiferent de faza de activitate), aceste frecvențe sunt practic improprii pentru comunicarea la distanță lungă prin unde ionosferice și utilizarea lor se dovedește a fi extrem de limitată. În același timp, în condițiile indicate, proprietățile de propagare a undelor în această zonă devin foarte apropiate de proprietățile undelor metrice. Nu este o coincidență că această secțiune de frecvențe este folosită în interesul comunicațiilor radio, orientate spre undele de măsurare.
Avantajele benzii VHF:
dimensiunile reduse ale antenelor fac posibilă realizarea unei radiații direcționale pronunțate, care compensează atenuarea rapidă a energiei undelor radio;
Condițiile de propagare, în general, nu depind de momentul zilei și anului, precum și de activitatea solară;
raza de comunicație limitată permite utilizarea multiplă a acelorași frecvențe pe suprafețe, distanța dintre limitele cărora nu este mai mică decât suma intervalului de stații radio cu aceleași frecvențe;
nivel mai scăzut de interferență neintenționată (naturală și artificială) și intenționată din cauza antenelor direcționate îngust și og raza de comunicare limitata;
capacitate uriașă de frecvență, permițând utilizarea semnalelor de bandă largă anti-jamming pentru un număr mare de stații care funcționează simultan;
la utilizarea semnalelor de bandă largă pentru comunicații radio, instabilitatea de frecvență a liniei radio este suficientă δf = 10 -4;
capacitatea VHF de a pătrunde în ionosferă fără pierderi semnificative de energie a făcut posibilă efectuarea de comunicații radio spațiale pe distanțe măsurate în milioane de kilometri;
canal radio de înaltă calitate;
din cauza pierderilor foarte mici de energie în spațiul liber, raza de comunicare între aeronavele echipate cu stații radio de putere relativ redusă poate ajunge la câteva sute de kilometri;
proprietatea de propagare pe distanță lungă a undelor metrice;
putere redusă a transmițătorilor și o mică dependență a domeniului de comunicare de putere.
Dezavantajele gamei VHF:
rază scurtă de comunicare radio de către o undă de pământ, practic limitată de linia vizuală;
atunci când utilizați antene cu fascicul îngust, este dificil să lucrați cu mai mulți corespondenți;
atunci când utilizați antene cu directivitate circulară, raza de comunicare, protecția inteligenței și imunitatea la zgomot sunt reduse.
Domeniul de aplicare practică a undelor radio VHF-Dianazon Gama este utilizată simultan de un număr mare de posturi de radio, mai ales că intervalul de interferență reciprocă dintre ele, de regulă, este mic. Proprietățile de propagare a undelor de sol oferă o aplicare largă a undelor ultrascurte pentru comunicare în legătura tactică de control, inclusiv între diferite tipuri de obiecte mobile. Comunicarea interplanetară.
Având în vedere avantajele și dezavantajele fiecărei benzi, putem concluziona că cele mai acceptabile intervale pentru posturile radio de putere redusă sunt lungimile de undă decametrul (KB) și metrul (VHF).
2.5 Influența exploziilor nucleare asupra stării comunicațiilor radio
În exploziile nucleare, radiația gamma instantanee, interacționând cu atomii mediului, creează un flux de electroni rapid care zboară cu viteză mare, în principal în direcția radială din centrul exploziei, și ioni pozitivi care rămân practic pe loc. Astfel, în spațiu, de ceva timp, are loc o separare a sarcinilor pozitive și negative, ceea ce duce la apariția câmpurilor electrice și magnetice. Datorită duratei lor scurte, aceste câmpuri sunt de obicei numite impuls electromagnetic (AMY) explozie nucleara. Durata existenței sale este de aproximativ 150-200 milisecunde.
Impuls electromagnetic (al cincilea factor dăunător al unei explozii nucleare) în lipsa unor măsuri speciale de protecție, poate deteriora echipamentele de control și comunicații, poate perturba funcționarea dispozitivelor electrice conectate la linii lungi externe.
Sistemele de comunicație, semnalizare și control sunt cele mai susceptibile la efectul unui impuls electromagnetic de la o explozie nucleară. Ca urmare a impactului EMP al unei explozii nucleare de sol sau aer asupra antenelor stațiilor radio, în acestea este indusă o tensiune electrică, sub influența căreia o defecțiune a izolației, transformatoarelor, topirea firelor, defectarea descărcătoarelor. , deteriorarea lămpilor electronice, dispozitivelor semiconductoare, condensatoarelor, rezistențelor etc. ...
S-a constatat ca atunci cand se aplica EMP la echipament, pe circuitele de intrare este indusa cea mai mare tensiune.In ceea ce priveste tranzistoarele se observa urmatoarea dependenta: cu cat amplificarea tranzistorului este mai mare, cu atat rigiditatea dielectrica a acestuia este mai mica.
Echipamentul radio are o rezistență dielectrică la tensiune constantă de cel mult 2-4 kV. Având în vedere că pulsul electromagnetic al unei explozii nucleare este de scurtă durată, puterea electrică finală a echipamentelor fără echipament de protecție poate fi considerată mai mare - aproximativ 8-10 kV.
Masa 1 prezintă distanţele aproximative (în km) la care sunt induse tensiuni periculoase pentru echipamentele care depăşesc 10 şi 50 kV în antenele staţiilor radio în momentul unei explozii nucleare.
tabelul 1
La distanțe mai mari, efectul EMR este similar cu efectul unei descărcări de fulgere nu foarte îndepărtate și nu provoacă deteriorarea echipamentului.
Impactul unui impuls electromagnetic asupra echipamentelor radio este redus brusc în cazul aplicării unor măsuri speciale de protecție.
Cel mai afectiv mod de a proteja echipamentul electronic amplasat în structuri este utilizarea ecranelor conductoare electric (metalice), care reduc semnificativ magnitudinea tensiunilor induse pe firele și cablurile interne. Se utilizează echipamente de protecție similare mijloacelor de protecție împotriva trăsnetului: descărcători cu bobine de drenaj și blocare, fuzibile, dispozitive de decuplare, circuite de deconectare automată a echipamentelor de la linie.
O bună măsură de protecție este, de asemenea, o împământare fiabilă a echipamentului la un moment dat. De asemenea, este eficientă implementarea dispozitivelor de inginerie radio în blocuri, cu protecția fiecărui bloc și a întregului dispozitiv în ansamblu. Acest lucru face posibilă înlocuirea rapidă a unei unități defectuoase cu una de rezervă (în cele mai critice echipamente, unitățile sunt duplicate cu comutare automată atunci când cele principale sunt deteriorate). În unele cazuri, elementele de seleniu și stabilizatorii pot fi utilizați pentru a proteja împotriva EMP.
În plus, poate fi aplicat dispozitive de protecție de intrare, care sunt diverse relee sau dispozitive electronice care reacționează la supratensiune din circuit. Când sosește un impuls de tensiune, indus în linie de un impuls electromagnetic, aceștia opresc alimentarea de la dispozitiv sau pur și simplu întrerup circuitele de lucru.
Atunci când alegeți dispozitivele de protecție, trebuie avut în vedere faptul că impactul EMP este caracterizat de masivitate, adică funcționarea simultană a echipamentelor de protecție în toate circuitele prinse în zona de explozie. Prin urmare, schemele de protecție aplicate ar trebui să restabilească automat operabilitatea circuitelor imediat după terminarea impulsului electromagnetic.
Rezistența echipamentului la efectele tensiunilor apărute în linii în timpul unei explozii nucleare depinde în mare măsură de funcționarea corectă a liniei și de monitorizarea atentă a funcționalității echipamentului de protecție.
LA cerințe importante de funcționare include o verificare periodică și în timp util a rezistenței electrice a izolației liniei și a circuitelor de intrare ale echipamentului, identificarea și eliminarea în timp util a împământării firelor emergente, monitorizarea funcționalității descărcătoarelor, a legăturilor de siguranță etc.
Explozie nucleară la mare altitudine însoţită de formarea unor zone de ionizare crescută. În exploziile la altitudini de până la aproximativ 20 km, regiunea ionizată este limitată mai întâi de mărimea regiunii luminoase, iar apoi de norul de explozie. La altitudini de 20-60 km, dimensiunile regiunii ionizate sunt ceva mai mari decât dimensiunile norului de explozie, mai ales la limita superioară a acestui interval de altitudine.
În exploziile nucleare la altitudini mari, în atmosferă apar două regiuni de ionizare crescută.
Prima zonă se formează în zona exploziei din cauza substanței ionizate a muniției și a ionizării aerului de către unda de șoc. Dimensiunile acestei zone în direcția orizontală ajung la zeci și sute de metri.
A doua zonă Ionizarea crescută are loc sub centrul exploziei în atmosferă la altitudini de 60-90 km ca urmare a absorbției radiațiilor penetrante de către aer. Distanțele la care radiațiile penetrante produc ionizare sunt de sute și chiar mii de kilometri pe direcția orizontală.
Zonele de ionizare crescută care decurg dintr-o explozie nucleară la mare altitudine absorb undele radio și schimbă direcția de propagare a acestora, ceea ce duce la o întrerupere semnificativă a funcționării echipamentelor radio. În acest caz, există întreruperi în comunicarea radio, iar în unele cazuri este complet întreruptă.
Natura efectului dăunător al pulsului electromagnetic al exploziilor nucleare de mare altitudine este în esență similară cu natura efectului dăunător al EMP al exploziilor de sol și aer.
Măsurile de protecție împotriva efectului dăunător al pulsului electromagnetic al exploziilor de mare altitudine sunt aceleași ca și împotriva EMP al exploziilor de sol și aer.
2.5.1 Protecție împotriva radiațiilor ionizante și electromagnetice
explozii nucleare la mare altitudine (HNE)
Interferența cu RS poate apărea ca urmare a exploziilor de arme nucleare, însoțite de emisia de impulsuri electromagnetice puternice de scurtă durată (10-8 sec) și modificări ale proprietăților electrice ale atmosferei.
EMR (bliț radio) apare:
La început , ca urmare a expansiunii asimetrice a norului de descărcări electrice format sub influența radiațiilor ionizante din explozii;
În al doilea rând , datorită expansiunii rapide a unui gaz (plasmă) foarte conductiv format din produsele de explozie.
După o explozie în spațiu, se creează o minge de foc, care este o sferă puternic ionizată. Această sferă se extinde rapid (cu o viteză de aproximativ 100-120 km/h) deasupra suprafeței pământului, transformându-se într-o sferă de configurație falsă, grosimea sferei ajunge la 16-20 km. Concentrația de electroni într-o sferă poate ajunge la 105-106 electroni / cm3, adică de 100-1000 de ori mai mare decât concentrația normală de electroni în stratul ionosferic D.
Exploziile nucleare de mare altitudine (HNE) la altitudini de peste 30 km afectează în mod semnificativ caracteristicile electrice ale atmosferei pe suprafețe mari pentru o lungă perioadă de timp și, prin urmare, au un efect puternic asupra propagării undelor radio.
În plus, un impuls electromagnetic puternic care apare în timpul IYE induce tensiuni înalte (până la 10.000-50.000 V) și curenți de până la câteva mii de amperi în liniile de comunicație prin cablu.
Puterea EMP este atât de mare încât energia sa este suficientă pentru a pătrunde în pământ până la 30 m și a induce EMF pe o rază de până la 50-200 km de la epicentrul exploziei.
Cu toate acestea, principalul efect al IJW este că cantitatea uriașă de energie eliberată în timpul exploziei, precum și fluxurile intense de neutroni, raze X, raze ultraviolete și gama, duc la formarea de regiuni puternic ionizate în atmosferă și un creșterea densității electronilor în ionosferă, care, la rândul său, duce la absorbția undelor radio și la perturbarea stabilității funcționării sistemului de control.
2.5.2 Semne caracteristice IJV
EYE într-o zonă dată sau în apropierea acesteia este însoțită de o încetare instantanee a recepției stațiilor îndepărtate în domeniul undelor HF.
În momentul încetării comunicării, se observă un scurt clic în telefoane și apoi se aud doar zgomotele proprii ale receptorului și trosniturile slabe, cum ar fi trăsnetele.
La câteva minute după încetarea comunicării pe HF, interferența de la stațiile îndepărtate din domeniul contorului VHF crește brusc.
Raza de acțiune a radarului și acuratețea măsurării coordonatelor sunt reduse.
Baza pentru protecția mijloacelor electronice este utilizarea corectă a intervalului de frecvență și a tuturor factorilor care apar ca urmare a utilizării IJV.
2.5.3 Definiții de bază:
unde radio reflectată (undă reflectată ) Este o undă radio care se propagă după reflectare de la interfața dintre două medii sau din neomogenități ale mediului;
unde radio direct (val drept ) - o undă radio care se propagă direct de la surse la locul de recepție;
unde radio terestre (val de pământ ) - o undă radio care se propagă lângă suprafața pământului și care include o undă directă, o undă reflectată de pământ și o undă de suprafață;
unde radio ionosferice (undă ionosferică ) - o undă radio care se propagă ca urmare a reflexiei din ionosferă sau a împrăștierii pe aceasta;
absorbția undelor radio (absorbţie ) - o scădere a energiei unei unde radio datorită tranziției sale parțiale în energie termică ca urmare a interacțiunii cu mediul;
cale multiplă (cale multiplă ) - propagarea undelor radio de la antena de transmisie la antena de recepție pe mai multe căi;
înălțimea efectivă de reflexie a stratului (înălțimea efectivă ) Este înălțimea ipotetică a reflexiei undei radio din stratul ionizat, în funcție de distribuția concentrației de electroni pe înălțimea și lungimea undei radio, determinată din punct de vedere al timpului dintre transmiterea și recepția ionosfericii reflectate. undă în timpul sondajului vertical, presupunând că viteza de propagare a undei radio de-a lungul întregii trasee este egală cu viteza luminii în vid;
salt ionosferic (salt ) Este calea de propagare a unei unde radio dintr-un punct de pe suprafața Pământului la altul, trecerea de-a lungul căreia este însoțită de o reflexie din ionosferă;
frecventa maxima utilizabila (MUF) - frecvența cea mai mare de emisie radio la care are loc propagarea ionosferică a undelor radio între puncte date la un moment dat în anumite condiții, aceasta este frecvența care este încă reflectată din ionosferă;
frecventa optima de functionare (ORCH) - frecvența de emisie radio sub IF, la care se poate realiza o comunicare radio stabilă în anumite condiții geofizice. De regulă, ORF este cu 15% mai mic decât MUF;
sondaj ionosferic vertical (sondaj vertical ) - sondare ionosferică folosind semnale radio emise vertical în sus față de suprafața Pământului, cu condiția ca punctele de emisie și recepție să fie aliniate;
perturbare ionosferică - încălcarea distribuției ionizării în atmosferă, care depășește de obicei modificarea caracteristicilor medii de ionizare pentru condiții geografice date;
furtuna ionosferică - tulburări ionosferice pe termen lung de mare intensitate.
La determinarea gamei sistemelor radio, este necesar să se ia în considerare absorbția și refracția undelor radio în timpul propagării lor în atmosferă, reflexia lor din ionosferă, influența suprafeței subiacente de-a lungul căii pe care se propagă semnalul radio. .
Gradul de influență al acestor factori depinde de domeniul de frecvență și de condițiile de funcționare ale sistemului radio (ora din zi, zona geografică, înălțimea antenei emițătorului și receptorului).
Influența absorbției și refracției undelor radio este cea mai semnificativă în stratul principal inferior al atmosferei, numit troposferă. Troposfera se extinde în înălțime până la 8-10 km în regiunile polare și până la 16-18 km în latitudinile tropicale ale Pământului. Cea mai mare parte a vaporilor de apă se concentrează în troposferă, se formează nori și fluxuri turbulente, care afectează propagarea undelor radio, în special intervalele milimetrice, centimetrice și decimetrice, utilizate în radar și radionavigație cu rază scurtă de acțiune.
Reflexia undelor radio din ionosferă afectează cel mai puternic undele decametre și mai lungi utilizate în sistemele de navigație și comunicații.
Să luăm în considerare pe scurt influența factorilor enumerați.
Influența atenuării undelor radio în troposferă este asociată cu absorbția acestora de către moleculele de oxigen și vapori de apă, hidrometeori (ploaie, ceață, zăpadă) și particule solide. Absorbția și împrăștierea conduc la o scădere a densității fluxului de putere a undei radio cu distanța conform legii exponențiale, adică puterea semnalului la intrare este atenuată de un factor. Valoarea factorului de atenuare depinde de coeficientul de atenuare și de distanța parcursă de undele radio D. Dacă coeficientul de-a lungul întregii trasee este constant și se consideră cazul unui radar activ cu răspuns pasiv, atunci puterea semnalului la intrarea receptorului scade din cauza atenuării de la la
Dacă exprimi, în, atunci. În prezența hidrometeorilor și a altor particule în atmosferă, coeficientul de atenuare este suma coeficienților de atenuare parțială cauzate de absorbția oxigenului și vaporilor de apă de către molecule, precum și de influența particulelor lichide și solide. Absorbția moleculară în atmosferă are loc în principal la frecvențe apropiate de rezonanță. Liniile de rezonanță ale tuturor gazelor din atmosferă, cu excepția oxigenului și a vaporilor de apă, sunt situate în afara domeniului undelor radio, prin urmare, numai absorbția de către moleculele de oxigen și vapori de apă afectează în mod semnificativ domeniul RTS. Absorbția de către moleculele de vapori de apă este maximă pe o undă, iar de către moleculele de oxigen - pe unde.
Astfel, absorbția moleculară este semnificativă în centimetru și mai ales în intervalul de lungimi de undă milimetrică, unde limitează raza de acțiune a sistemelor radio, în special a sistemelor radar care funcționează pe semnale reflectate.
Un alt motiv pentru pierderea energiei semnalului în timpul propagării este împrăștierea undelor radio, în primul rând prin picături de ploaie și ceață. Cu cât este mai mare raportul razei picăturii , la lungimea de undă
, la lungimea de undă , cu atât este mai mare pierderea de energie din cauza disipării acesteia în toate direcțiile. Această împrăștiere crește proporțional cu puterea a patra a frecvenței, deoarece EPR a căderii la
unde este constanta dielectrică a apei.
Dacă se cunosc diametrul picăturilor și numărul lor pe unitate de volum, atunci se poate determina coeficientul de atenuare. În cărțile de referință, coeficientul pentru ploaie este de obicei indicat în funcție de intensitatea și lungimea de undă a acestuia. În intervalul de centimetri, coeficientul de atenuare variază aproximativ proporțional cu pătratul frecvenței semnalului. Dacă la o frecvență de mm / h, atunci la o frecvență la aceeași rată a ploii.
Atenuarea undelor radio în ceață este direct proporțională cu concentrația de apă din aceasta. Atenuarea undelor radio din cauza grindinei și zăpezii este mult mai mică decât cea datorată ploii sau ceții și este de obicei neglijată.
Raza maxima de actiune a radarului, tinand cont de atenuare, poate fi gasita prin formula
dacă se cunoaşte intervalul în spaţiul liber. Această ecuație poate fi rezolvată grafic prezentând-o sub formă logaritmică. După simple transformări, găsim
Să notăm scăderea relativă a intervalului și să scriem ecuația într-o formă convenabilă pentru o soluție grafică:
Figura 9.4 arată dependența care permite data și găsirea și, prin urmare,.
Influența refracției undelor radio în atmosferă. Refracția (refracția, curbura) undelor radio este abaterea propagării undelor radio de la rectiliniu atunci când trec printr-un mediu cu parametrii electrici în schimbare. Proprietățile de refracție ale unui mediu sunt caracterizate de indicele de refracție, care este determinat de constanta sa dielectrică. Împreună cu indicele de refracție din atmosferă, acesta se modifică odată cu altitudinea. Rata de schimbare cu înălțimea este caracterizată de un gradient, a cărui valoare și semn caracterizează refracția.
Când nu există refracție. Dacă, atunci refracția este considerată negativă și traiectoria undei radio este îndoită departe de suprafața Pământului. refracția este pozitivă, iar traiectoria undei radio este înclinată spre Pământ, ceea ce duce la îndoirea acesteia de către unda radio și la o creștere a gamei sistemelor radio și, în special, a razei de detectare a radarului navelor și low- cele zburătoare.
Pentru starea normală a atmosferei, adică refracția este pozitivă, ceea ce duce la o creștere a razei orizontului radio. Influența refracției normale este luată în considerare de creșterea aparentă a razei Pământului cu un factor de, care este echivalent cu o creștere a intervalului de orizont radio până la. Raza de curbură a traiectoriei undei radio este invers proporțională cu gradientul, adică. Când raza de curbură a traiectoriei undei radio este egală cu raza Pământului, iar unda radio îndreptată orizontal se propagă paralel cu suprafața Pământului, îndoindu-se în jurul acesteia. Acesta este un caz de refracție critică, în care este posibilă o creștere semnificativă a razei de acțiune a radarului.
În condiții anormale în troposferă (o creștere bruscă a presiunii, umidității, temperaturii), este posibilă și super-refracția, în care raza de curbură a traiectoriei undelor radio devine mai mică decât raza Pământului. În acest caz, propagarea undelor radio prin ghid de undă pe distanțe foarte mari este posibilă în troposferă dacă antena radar și obiectul se află la altitudini în interiorul stratului troposferic care formează canalul ghidului de undă.
Influența suprafeței subiacente. Pe lângă refracția atmosferică, îndoirea în jurul suprafeței pământului are loc datorită difracției undelor radio. Totuși, în zona de umbră (dincolo de orizont), intensitatea undelor radio scade rapid din cauza pierderilor din suprafața de bază, care cresc rapid odată cu creșterea frecvenței semnalului radio. Prin urmare, numai la valuri de peste 1000 m, o undă de suprafață, adică o undă care învăluie suprafața Pământului, poate oferi o rază lungă de acțiune a sistemului (câteva sute și chiar mii de kilometri). Prin urmare, RNS cu rază lungă de acțiune utilizează valuri de intervale de unde lungi și super-lungi.
Atenuarea unei unde de suprafață depinde de constanta dielectrică și de conductibilitatea electrică a suprafeței subiacente, în plus, pentru suprafața mării și pentru deșerturile nisipoase sau montane; în același timp, variază în intervalul 0,0001 - 5 S / m. Odată cu scăderea conductivității solului, atenuarea crește brusc, prin urmare, cea mai mare gamă de acțiune este asigurată atunci când undele radio se propagă peste mare, ceea ce este esențial pentru radionavigația maritimă.
Influența suprafeței de bază afectează nu numai domeniul RNS, ci și acuratețea acestora, deoarece viteza de fază a propagării undelor radio depinde și de parametrii suprafeței subiacente. Hărți speciale ale corecțiilor vitezei de fază sunt create în funcție de parametrii suprafeței de bază, cu toate acestea, deoarece acești parametri se modifică în funcție de perioada anului și a zilei și chiar de vreme, este practic imposibil să se elimine complet erorile de poziționare cauzate de o modificare a viteza de fază a propagării undelor radio.
Undele radio cu o lungime mai mare de 10 m se pot propaga dincolo de orizont ca urmare a reflexiilor simple sau multiple din ionosferă.
Influența reflexiei undelor radio de către ionosferă. Undele radio care ajung la antena de recepție după ce sunt reflectate de ionosferă sunt numite spațiale.
Astfel de unde oferă o rază foarte lungă, care este utilizată în sistemele de comunicații din domeniul undelor scurte (decametru). Pe undele spațiale, detectarea radar cu rază ultra-lungă a unor ținte (explozii nucleare și lansări de rachete) se realizează și cu ajutorul semnalelor reflectate de țintă, care pe calea de propagare experimentează una sau mai multe reflexii din ionosferă și suprafața Pământului. Fenomenul de primire a unor astfel de semnale (efectul Kabanov) a fost descoperit de omul de știință sovietic NI Kabanov în 1947. Radarele bazate pe acest efect sunt numite ionosferice sau peste orizont. În astfel de stații, care funcționează la lungimi de undă de 10-15 m, ca în radarele convenționale, intervalul țintă este determinat de timpul de întârziere a semnalului, iar direcția este fixată folosind o antenă direcțională. Datorită instabilității ionosferei, precizia unor astfel de stații este scăzută, iar calculul intervalului de funcționare este o sarcină dificilă din cauza dificultății de a lua în considerare pierderile datorate împrăștierii și absorbției undelor radio de-a lungul căii de propagare, precum și atunci când sunt reflectate de Pământ și ionosferă. În acest caz, trebuie luate în considerare și pierderile datorate unei modificări a planului de polarizare a undelor radio.
Dependența de altitudinea ionosferică din multe motive duce la modificări imprevizibile ale întârzierii semnalului, ceea ce face dificilă utilizarea undelor cerului pentru navigația radio. Mai mult, interferența spațiului și a undelor de suprafață duce la distorsiunea semnalului de suprafață și reduce acuratețea locației.
În concluzie, să luăm în considerare caracteristicile propagării undelor radio din intervalul miriametru (super-undă lungă) cu o lungime de 10-30 km, utilizate în sistemele de navigație globale la sol. Aceste unde sunt slab absorbite de suprafața subiacentă și sunt bine reflectate din aceasta, precum și din ionosferă, atât noaptea, cât și ziua. Ca urmare, undele ultralungi se propagă în jurul Pământului, ca într-un ghid de undă delimitat de suprafața Pământului și de ionosferă, pe distanțe foarte mari. În același timp, poate fi prezisă modificarea vitezei de propagare și a defazajului, ceea ce asigură o precizie de poziționare suficientă pentru navigația în larg.
În prezent, pentru navigația globală se folosesc RNS prin satelit, în care, datorită altitudinii mari a orbitelor satelitului, „vizibilitatea” directă este asigurată la distanțe mari folosind unde decimetrice care trec liber prin ionosferă.un sistem care, pentru SRNS global, acoperă întregul spațiu apropiat al Pământului.
Scrieți ecuația pentru raza radarului în spațiul liber.
Cum depinde raza de acțiune a unei stații radar de lungimea sa de undă?
Cum afectează reflectarea undelor radio de pe suprafața Pământului raza de acțiune a radarului?
Care este particularitatea detectării obiectelor joase?
Care sunt principalele cauze ale atenuării propagării unui semnal radar?
Determinați raza de acțiune a unui radar de 3 centimetri care funcționează în condiții de ploaie de mm / h (). Raza de acțiune a radarului în spațiul liber.
În ce condiții refracția undelor radio duce la o creștere anormală a razei de acțiune a radarului?
Care este efectul suprafeței de bază asupra funcționării RNS?
Ce este „efectul Kabanov” și cum se aplică în practică?
De ce sunt utilizate undele radio VLF în RNS global de la sol?
