Шкільна енциклопедія Розповсюдження радіохвиль Особливості поширення радіохвилі
Радіо - це один з видів бездротового зв'язку, в ньому носієм сигналу є радіохвиля, яка широко поширюється на відстані. Є думка, що не можна передавати радіосигнали під водою. Спробуємо розібратися, чому не можна здійснювати радіозв'язок між підводними човнами,і чи це так насправді.
Як працює радіозв'язок між підводними човнами:
Поширення радіо хвиль здійснюється за таким принципом: той, хто передає сигнал, з певною частотою та потужністю, встановлює радіохвилю. Після чого, надісланий сигнал модулює на високочастотне коливання. Підхоплений модульований сигнал виходить спеціальною антеною на певні відстані. Там, де отримують сигнал радіохвилі, до антени спрямовують модульований сигнал, який спочатку відфільтровується і демодулюється. І тільки потім ми можемо отримати сигнал, з певною розрізняльністю з сигналом, тим, що був переданий спочатку.
Радіохвилі з найнижчим діапазоном (ОНЧ, VLF, 3-30 кГц) без проблем пробиваються крізь морську воду до 20 метрової глибини.
Наприклад, підводний човен, який знаходиться не так глибоко під водою, зміг би застосувати цей діапазон для встановлення та підтримки зв'язку з екіпажем. А якщо ми візьмемо підводний човен, але знаходиться набагато глибше під водою, і у нього буде довгий кабель, на якому прикріплений буй з антеною, то він теж зможе використовувати цей діапазон. За рахунок того, що буй встановлений на глибині декількох метрів, та ще й має маленькі габарити, його дуже проблематично відшукати сонарами ворогів. «Голіаф», є одним із перших ОНЧ-передавачів, споруджений за часів Другої Світової (1943 р.) у Німеччині, після закінчення війни був переправлений до СРСР, а у 1949—1952 роках реанімований у Нижегородській області і використовується там до цього дня.
Аерофотографія КНЧ-передавача (Клем Лейк, Вісконсін, 1982)
Радіохвилі найнижчої частоти (КНЧ, ELF, до 3 кГц) легко проникають крізь Земну кору і моря. Створення КНЧ-передавача — через величезну довжину хвиль, дуже важке завдання. ,4 км). Їхні хвилі співмірні з радіусом Землі. Від сюди ми бачимо, що зведення дипольної антени в половину довжини хвилі (завдовжки ≈ 2000 км) — недосяжна на поточному етапі мета.
Підводячи підсумки всьому, що було сказано вище, нам необхідно відшукати таку частину земної поверхні, яка характеризуватиметься відносно низькою провідністю, і приєднати до неї 2 гігантські електроди, які розташовувалися б на відстані 60 кілометрів відносно один одного.
Так як нам відома питома провідність Землі в частині електродів задовільно перебуває на низькому рівні, таким чином, електричний струм між електродами проникав би фундаментально вглиб недр нашої планети, застосовуючи їх як елемент гігантської антени. Слід зазначити, що першоджерелом надзвичайно високих технічних труднощів такої антени, лише в СРСР і США вважалися КНЧ-передавачі.
Радіохвилі, та його поширення, є незаперечною загадкою для любителів ефіру. Тут можна ознайомитися з азами теорії поширення радіохвиль. Ця стаття призначена для ознайомлення любителів ефіру, а також і для тих, хто має деяке уявлення про нього.
Найголовніша вступна, про яку часто забувають сказати, перш ніж познайомити з теорією поширення радіохвиль, так це те, що радіохвилі поширюються навколо нашої планети за рахунок відбиття від іоносфери і від землі, як від напівпрозорих дзеркал відбивається промінь світла.
Особливості поширення середніх хвиль та перехресна модуляція
До середніх хвиль відносяться радіохвилі довжиною від 1000 до 100 м (частоти 0,3 - 3,0 МГц). Середні хвилі використовуються головним чином мовлення. А також вони є колискою вітчизняного радіопіратства. Вони можуть поширюватися земним та іоносферним шляхом. Середні хвилі зазнають значного поглинання в напівпровідній поверхні Землі, дальність поширення земної хвилі 1 (див. рис. 1), обмежена відстанню 500-700 км. На великі відстані радіохвилі 2 та 3 поширюються іоносферною (просторовою) хвилею.
У нічний час середні хвилі поширюються шляхом відбиття від шару Е іоносфери (див. рис. 2), електронна щільність якого виявляється достатньою для цього. У денні години на шляху розповсюдження хвилі розташований шар D, який дуже поглинає середні хвилі. Тому при звичайних потужностях передавачів, напруженість електричного поля недостатня для прийому, і в денний час поширення середніх хвиль відбувається практично тільки земною хвилею на порівняно невеликі відстані, близько 1000 км. У діапазоні середніх хвиль більш довгі хвилі відчувають менше поглинання, і напруженість електричного поля іоносферної хвилі більше на більш довгих хвилях. Поглинання збільшується у літні місяці та зменшується у зимові. Іоносферні обурення не впливають на поширення середніх хвиль, тому що шар Е мало порушується під час іоносферно-магнітних бур.
У нічний годинник див. рис. 1, на деякій відстані від передавача (точка), можливий прихід одночасно просторової 3 і поверхневої хвиль 1, причому довжина шляху просторової хвилі змінюється зі зміною електронної щільності іоносфери. Зміна різниці фаз цих хвиль призводить до коливання напруженості електричного поля, що називається ближнім завмиранням поля.
На значну відстань від передавача (точка С) можуть прийти хвилі 2 та 3 шляхом одного та двох відбитків від іоносфери. Зміна різниці фаз цих двох хвиль також призводить до коливання напруженості електричного поля, що називається далеким завмиранням поля.
Для боротьби із завмираннями на передавальному кінці лінії зв'язку застосовуються антени, у яких максимум діаграми спрямованості «притиснутий» до земної поверхні, до них можна віднести найпростішу антену «Inverted-V», яку часто використовують радіоаматори. За такої діаграми спрямованості зона ближніх замирань віддаляється від передавача, але в великих відстанях поле хвилі, що прийшла шляхом двох відбитків, виявляється ослабленим.
На жаль не всі радіомовники-початківці, що працюють в діапазоні частот 1600-3000кГц знають, що слабкий сигнал від малопотужного передавача схильний до іоносферних спотворень. Сигнал від потужніших радіопередавачів іоносферних спотворень схильний менше. Зважаючи на нелінійну іонізацію іоносфери, відбувається модуляція слабкого сигналу модулюючим напругою сигналів потужних станцій. Це називається перехресною модуляцією. Глибина коефіцієнта модуляції сягає 5-8%. З боку прийому складається враження не якісно виконаного передавача, з усілякими гулами та хрипами, особливо це помітно в режимі АМ модуляції.
За рахунок перехресної модуляції в приймач часто проникають інтенсивні грозові перешкоди, які неможливо відфільтрувати - грозовий розряд модулює сигнал, що приймається. Саме з цієї причини радіомовники для проведення двостороннього радіозв'язку стали застосовувати односмугові передавачі та стали частіше працювати на більш високих частотах. Закордонні радіовішачі СВ станцій, умощують їх, і піддають компресії модулюючі сигнали, а для неспотвореної роботи в ефірі застосовують інверсні частоти.
Явлення демодуляції та перехресної модуляції в іоносфері спостерігаються лише у діапазоні середніх хвиль (СВ). У діапазоні коротких хвиль (КВ) швидкість електрона під дією електричного поля дуже мала в порівнянні з його тепловою швидкістю і присутність поля не змінює числа зіткнень електрона з важкими частинками.
Найбільш сприятливими, в діапазоні частот від 1500 до 3000кГц для далеких зв'язків, є зимові ночі та періоди мінімуму сонячної активності. Особливо далекі зв'язки, понад 10000 км, зазвичай можливі в години заходу та сходу сонця. У денний час зв'язок можливий на відстань до 300 км. Вільні радіомовники FM діапазону можуть лише позаздрити таким великим радіотрасам.
Влітку цьому діапазоні часто заважають перешкоди від статичних розрядів у атмосфері.
Особливості поширення коротких хвиль та їх характеристики
До коротких хвиль відносяться радіохвилі завдовжки від 100 до 10 м (частоти 3-30 МГц). Перевагою роботи на коротких хвилях у порівнянні з роботою на більш довгих хвилях є те, що в цьому діапазоні легко створити спрямовані антени. Короткі хвилі можуть поширюватися як земні, низькочастотної частини діапазону, і як іоносферні.
З підвищенням частоти сильно зростає поглинання хвиль на поверхні Землі. Тому при звичайних потужностях передавача земні хвилі короткохвильового діапазону поширюються на відстані, що не перевищують кількох десятків кілометрів. На морській гладі, ця відстань значно збільшується.
Іоносферною хвилею короткі хвилі можуть поширюватися на багато тисяч кілометрів, причому для цього не потрібно передавачів великої потужності. Тому в даний час короткі хвилі використовуються головним чином для зв'язку та мовлення на великі відстані.
Короткі хвилі поширюються на далекі відстані шляхом відбиття від іоносфери та поверхні Землі. Такий спосіб поширення називають стрибковим див. 2 і характеризується відстанню стрибка, числом стрибків, кутами виходу і приходу, максимальною частотою, що застосовується (МПЧ) і найменшою застосовною частотою (НПЧ).
Якщо іоносфера однорідна у горизонтальному напрямі, те й траєкторія хвилі симетрична. Зазвичай випромінювання відбувається у певному спектрі кутів, оскільки ширина діаграми спрямованості короткохвильових антен у вертикальній площині становить 10-15°. Мінімальна відстань стрибка, для якого виконується умова відображення, називають відстанню зони мовчання (ЗМ). Для відображення хвилі необхідно, щоб робоча частота була не вище значення максимально застосовної частоти (МПЧ), що є верхньою межею робочого діапазону для даної відстані. Хвиля 4.
Застосування антен зенітного випромінювання, як із прийомів зменшення зони мовчання, обмежується поняттям максимально застосовної частоти (МПЧ) з урахуванням зниження її на 15-20% від МПЧ. Антени зенітного випромінювання застосовують для мовлення у ближній зоні методом односкачкового відбиття від іоносфери.
Друга умова обмежує робочий діапазон знизу: що нижча робоча частота (не більше короткохвильового діапазону), то сильніше поглинання хвилі в іоносфері. Найменшу - застосовну частоту (НПЧ) визначають з умови, що при потужності передавача в 1кВт, напруженість електричного поля сигналу повинна перевищувати рівень шумів, а отже, поглинання сигналу в шарах іоносфери має бути не більшим за допустиме. Електронна щільність іоносфери змінюється протягом доби, протягом року та періоду сонячної активності. Отже, змінюються і межі робочого діапазону, що зумовлює необхідність зміни робочої довжини хвилі протягом доби.
Діапазон частот 1,5-3 МГц,є нічним. Зрозуміло, що для успішного проведення сеансу радіозв'язку потрібно щоразу правильно вибирати частоту (довжину хвилі), до того ж це ускладнює конструкцію станції, але для справжнього поціновувача далеких зв'язків це не є труднощами, це є частиною хобі. Проведемо оцінку КВ діапазону дільниць.
Діапазон частот 5-8 мГц,багато в чому схожий на діапазон 3 мГц, і на відміну від нього, тут у денний час можна зв'язатися до 2000 км, зона мовчання (ЗМ) відсутня і становить кілька десятків кілометрів. У нічний годинник можливий зв'язок на будь-яку відстань за винятком ЗМ, який збільшується до кількох сотень кілометрів. У години зміни часу доби (захід/схід) найбільш зручні для далеких зв'язків. Атмосферні перешкоди менш виражені, ніж діапазоні 1,5-3 мГц.
У діапазоні частот 10-15 мГцу періоди сонячної активності можливі зв'язки вдень практично з будь-якою точкою земної кулі. Влітку тривалість радіозв'язку у цьому діапазоні частот буває цілодобової, крім окремих днів. Зона мовчання вночі має відстані 1500-2000 км і з цього можливі лише далекі зв'язки. Вдень вони зменшуються до 400-1000 км.
Діапазон частот 27-30 мГцпридатний для зв'язку лише у світлий час доби. Це найкапризніший діапазон. Він зазвичай відкривається кілька годин, днів чи тижнів особливо у зміні сезонів, тобто. восени та навесні. Зона мовчання (ЗМ) сягає 2000-2500 км. Це відноситься до теми МПЧ, тут кут відбитої хвилі повинен бути малим по відношенню до іоносфери, інакше він має велике згасання в іоносфері, або простий відхід у космічні простори. Малі кути випромінювання відповідають великим стрибкам і відповідно великим зонам мовчання. У періоди максимуму сонячної активності можливий зв'язок і вночі.
Крім перерахованих моделей, можливі випадки аномального поширення радіохвиль. Аномальне поширення може виникнути при появі на шляху хвилі спорадичного шару, від якого можуть відбиватися короткі хвилі, аж до метрових. Це явище можна спостерігати практично проходженням далеких телестанцій і FM радіостанцій. МПЧ радіосигналу в цей час доходить до 60-100 мГц в роки сонячної активності.
У діапазоні УКХ FM,за винятком поодиноких випадків аномального поширення радіохвиль, поширення обумовлено строго так званою «прямою видимістю». Поширення радіохвиль у межах прямої видимості говорить саме за себе, і зумовлено висотою розташування передавальної та приймальної антен. Зрозуміло, що в умовах міської забудови про жодну візуальну і пряму видимість говорити не можна, але радіохвилі проходять крізь міські забудови з деяким ослабленням. Чим вища частота, тим вище загасання в міських забудовах. Діапазон частот 88-108 МГц так само схильний до деяких згасань в умовах міста.
Завмирання радіосигналів діапазону КВ
Прийом коротких радіохвиль завжди супроводжується вимірюванням рівня сигналу, причому ця зміна носить випадковий і тимчасовий характер. Таке явище називають завмираннями (федінгом) радіосигналу. В ефірі спостерігаються швидкі та повільні федінги сигналу. Глибина федінга може досягати кількох десятків децибел.
Основною причиною швидких завмирань сигналу є багатопроменеве поширення радіохвиль. У цьому випадку причиною федінгів служить прихід в точку прийому двох променів, що поширюються шляхом одного і двох відбиття від іоносфери, хвиля 1 і хвиля 3 див. рис 2.
Оскільки промені проходять різні шляхи на відстані, фази приходу їх неоднакові. Зміни електронної щільності, що безперервно відбуваються в іоносфері, призводять до зміни довжини шляху кожного з променів, а отже, і зміни різниці фаз між променями. Для зміни фази хвилі на 180° достатньо, щоб довжина шляху змінилася лише на ½. Слід нагадати, що при приході променів одного сигналу в точку прийому з однаковою силою і з різницею фаз на 180°, вони повністю віднімаються за законом векторів, а сила сигналу в цьому випадку може дорівнювати нулю. Такі незначні зміни довжини шляху можуть відбуватися безперервно, тому коливання напруженості електричного поля в діапазоні коротких хвиль є частими і глибокими. Інтервал їх спостереження в 3-7 хвилин може становити на низьких частотах діапазону КВ, і до 0,5 секунд на частотах ближче до 30 МГц.
Крім цього, федінг сигналу викликаються розсіюванням радіохвиль на неоднорідностях іоносфери та інтерференцією розсіяних хвиль.
Крім інтерференційних федінгів, на коротких хвилях, мають місце поляризаційні федінги. Причиною поляризаційних федінгів є поворот площини поляризації хвилі щодо антени, що приймається. Це відбувається при поширенні хвилі в напрямку силових ліній магнітного поля Землі та зі зміною електронної щільності іоносфери. Якщо передавальна і приймальна антени є горизонтальними вібраторами, то випромінювана горизонтально — поляризована хвиля, після проходження в іоносфері зазнає повороту площини поляризації. Це призводить до коливань е. д. с., що наводиться в антені, що має додаткове згасання до 10 дБ.
Насправді всі зазначені причини завмирань сигналу діють, зазвичай, комплексно і підпорядковуються описаним законом розподілу Релея.
Крім швидких завмирань, спостерігаються повільні завмирання, які спостерігаються з періодом 40-60 хв в низькочастотній частині КВ діапазону. Причиною цих федінгів є зміна поглинання радіохвиль в іоносфері. Розподіл амплітуди сигналу, що обгинає, при повільних завмираннях підпорядковується нормально логарифмічному закону зі зменшенням сигналу до 8-12 дБ.
Для боротьби із завмираннями на коротких хвилях застосовують метод прийому на рознесені антени. Справа в тому, що збільшення та зменшення напруженості електричного поля відбуваються не одночасно навіть на порівняно невеликій площі земної поверхні. У практиці короткохвильового зв'язку використовують зазвичай дві антени, рознесені відстань кількох довжин хвиль, а сигнали складають після детектування. Ефективним є рознесення антен поляризації, тобто одночасний прийом на вертикальну і горизонтальну антени з подальшим додаванням сигналів після детектування.
Хочеться відзначити, що зазначені заходи боротьби є дієвими тільки для усунення швидких замирань, повільні зміни сигналу не усуваються, оскільки це пов'язано зі зміною поглинання радіохвиль в іоносфері.
У радіоаматорській практиці метод рознесених антен використовується досить рідко, зважаючи на конструктивну дорожнечу і відсутність необхідності прийому досить достовірної інформації. Це пов'язано з тим, що любителі часто використовують резонансні та діапазонні антени, кількість яких у його господарстві становить близько 2-3 штук. Використання рознесеного прийому потребує збільшення парку антен мінімум удвічі.
Інша справа, коли любитель живе в сільській місцевості, маючи при цьому достатню площу для розміщення антифедінгової конструкції, він може застосувати для цього просто два широкосмугові вібратори, що перекривають всі або майже всі необхідні діапазони. Один вібратор має бути вертикальним, інший горизонтальним. Для цього зовсім не обов'язково мати кілька щоглів. Достатньо розмістити їх так, на одній щоглі, щоб вони були зорієнтовані відносно один одного під кутом 90°. Дві антени, в цьому випадку, нагадуватимуть широко відому антену «Inverted-V».
Розрахунок радіусу покриття радіосигналом в УКХ/FM діапазонах.
Частоти метрового діапазону поширюються у межах прямої видимості. Радіус дії поширення радіохвилі в межах прямої видимості без урахування потужності випромінювання передавача та інших природних явищ, що зменшують ефективність зв'язку, виглядає так:
r = 3,57 (√h1 + √h2), км,
Розрахуємо радіуси прямої видимостіпри установці приймальної антени різних висотах, де h1 — параметр, h2 = 1,5 м. Зведемо в таблицю 1.
Таблиця 1
| h1 (м) | 10 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 50 | 60 |
| r (км) | 15,6 | 20,3 | 22.2 | 24 | 25.5 | 27,0 | 29,6 | 32 |
Дана формула не враховує загасання сигналу та потужності передавача, вона говорить лише про можливість прямої видимості з урахуванням ідеально круглої землі.
Зробимо розрахунокнеобхідного рівня радіосигналу разом прийому довжини хвилі 3 м.
Оскільки на трасах між передавальної станцією і рухомим об'єктом завжди присутні такі явища як, відбиття, розсіювання, поглинання радіосигналів різними об'єктами та ін. Окумура.Середньоквадратичне відхилення для цього діапазону з міськими забудовами складе 3 дБ, а при ймовірності зв'язку в 99% введемо множник 2, що складе загальну поправку П в рівні радіосигналу
П = 3×2 = 6 дБ.
Чутливість приймачів визначається співвідношенням корисного сигналу над шумами 12 дБ, тобто. у 4 рази. Таке співвідношення при якісному радіомовленні не прийнятне, тому введемо додаткове виправлення ще в 12-20 дБ, приймемо 14 дБ.
Разом загальна поправка в рівні сигналу, що приймається з урахуванням згасання його по трасі і специфіці приймального пристрою, складе: 6+16 20дБ (в 10 разів). Тоді при чутливості приймача 1,5 мкВ. у місці прийому має створюватися поле з напруженістю в 15 мкВ/м.
Розрахуємо за формулою Введенськогорадіус дії при заданій напруженості поля 15 мкВ/м з урахуванням потужності передавача, чутливості приймача та міських забудов:
де r - км; Р - кВт; G - дБ (= 1); h - м; λ - м; Е - мВ.
У цьому розрахунку не враховується коефіцієнт посилення приймальної антени, а також загасання у фідері та смуговому фільтрі.
Відповідь:При потужності в 10 Вт, висоті випромінювання h1 = 27 метрів і h2 = 1,5 м, якісний радіоприйом з радіусом в міських забудовах складе 2,5-2,6 км. Якщо враховувати, що прийом радіосигналів вашого радіопередавача здійснюватиметься на середніх та високих поверхах житлових будівель, то цей радіус дії збільшиться приблизно у 2-3 рази. Якщо приймати радіосигнали на антену, то радіус дії обчислюватиметься десятками кілометрів.
73! UA9LBG & Радіо-Вектор-Тюмень
Закони поширення радіохвиль у вільному просторі порівняно прості, але найчастіше радіотехніка має справу з вільним простором, і з поширенням радіохвиль над земної поверхнею. Як свідчить і досвід і теорія, поверхня Землі сильно впливає поширення радіохвиль, причому позначаються як фізичні властивості поверхні приклад, розлиття між морем і сушею), і її геометрична форма (загальна кривизна поверхні наприклад, різницю між морем і сушею), і її геометрична форма (загальна кривизна поверхні земної кулі та окремі нерівності рельєфу - гори, ущелини тощо). Вплив це по-різному для хвиль різної довжини і хвиль різної довжини й у різних відстаней між передавачем і приймачем.
Вплив, що надається на поширення радіохвиль формою земної поверхні, зрозумілий з попереднього. Адже ми маємо тут, по суті, різноманітні прояви дифракції хвиль, що йдуть від випромінювача (§ 41), як на земній кулі в цілому, так і на окремих особливостях рельєфу. Ми знаємо, що дифракція сильно залежить від співвідношення між довжиною хвилі та розмірами тіла, що перебуває на шляху хвилі. Не дивно тому, що кривизна земної поверхні та її рельєф по-різному позначаються поширенні хвиль різної довжини.
Так, наприклад, гірський ланцюг відкидає «радіотінь» у разі коротких хвиль, тоді як досить довгі (у кілька кілометрів) хвилі добре огинають цю перешкоду і на гірському схилі, протилежному радіостанції, послаблюються незначно (рис. 147).
Мал. 147. Гора відкидає «радіотінь» у разі коротких хвиль. Довгі хвилі огинають гору
Що стосується земної кулі в цілому, то вона надзвичайно велика навіть у порівнянні з найбільш довгими хвилями, що застосовуються в радіо. Дуже короткі хвилі, наприклад метрові, взагалі не загортають скільки-небудь помітно за обрій, тобто за межі прямої видимості. Чим хвилі довші, тим краще вони обгинають поверхню земної кулі, але й найдовші хвилі не могли б завдяки дифракції загорнути так сильно, щоб обійти навколо земної кулі - від нас до антиподів. Якщо, тим не менш, радіозв'язок здійснюється між будь-якими точками земної кулі, причому на хвилях різної довжини, то це можливо не через дифракцію, а з зовсім іншої причини, про яку ми скажемо трохи далі.
Вплив фізичних властивостей земної поверхні поширення радіохвиль пов'язані з тим, що під впливом цих хвиль у грунті і морської воді виникають електричні струми високої частоти, найсильніші поблизу антени передавача. Частина енергії радіохвилі витрачається на підтримку цих струмів, що виділяють у ґрунті чи воді відповідну кількість джоулева тепла. Ці втрати енергії (отже, і ослаблення хвилі через втрати) залежать, з одного боку, від провідності грунту, з другого - від довжини хвилі. Короткі хвилі згасають значно сильніше, ніж довгі. При хорошій провідності (морська вода) високочастотні струми проникають на меншу глибину від поверхні, ніж при поганій (ґрунт), і втрати енергії в першому випадку суттєво менше. В результаті дальність дії одного й того ж передавача виявляється при поширенні хвиль над морем значно (у кілька разів) більшою, ніж при розповсюдженні над сушею.
Ми вже зазначили, що поширення радіохвиль на дуже великі відстані не можна пояснити дифракцією навколо земної кулі. Тим часом далекий радіозв'язок (на кілька тисяч кілометрів) було здійснено вже в перші роки після винаходу радіо. В даний час кожен радіоаматор знає, що довгохвильові (більше) і середньохвильові 
станції зимовими ночами чути на відстані багатьох тисяч кілометрів, тоді як вдень, особливо в літні місяці, ці ж станції чути на відстані всього кілька сотень кілометрів. У діапазоні коротких хвиль 
становище інше. Тут у будь-який час і будь-яку пору року можна знайти такі довжини хвиль, на яких надійно перекриваються будь-які відстані. Для забезпечення цілодобового зв'язку при цьому доводиться в різний час працювати на хвилях різної довжини. Залежність дальності поширення радіохвиль від пори року і доби змусила пов'язати умови поширення радіохвиль Землі із впливом Сонця. Цей зв'язок нині добре вивчений і пояснений.
Сонце випромінює поряд із видимим світлом сильне ультрафіолетове випромінювання і велику кількість швидких заряджених частинок, які, потрапляючи в земну атмосферу, сильно іонізують її верхні області. В результаті утворюється кілька шарів іонізованих газів, розташованих на різних висотах. 
.
Наявність таких слідів дало підставу для того, щоб назвати верхні шари земної атмосфери іоносферою.
Присутність іонів та вільних електронів надає іоносфері властивості, що різко відрізняє її від решти атмосфери. Зберігаючи здатність пропускати видиме світло, інфрачервоне випромінювання та метрові радіохвилі, іоносфера сильно відбиває довші хвилі; для таких хвиль (більше) земна куля виявляється оточеним як би сферичним «дзеркалом», і поширення цих радіохвиль відбувається між двома відбиваючими сферичними поверхнями-поверхнею Землі та «поверхнею» іоносфери (рис. 148). Саме тому радіохвилі отримують можливість огинати земну кулю.
Мал. 148. Хвиля йде між Землею та іоносферою
Звичайно, не слід розуміти слова "поверхня сферичного дзеркала іоносфери" буквально. Жодної різкої межі у іонізованих шарів немає, правильна сферична форма теж не дотримується (принаймні, одночасно навколо всієї земної кулі); іонізація різна в різних шарах (у верхніх вона більше, ніж у нижніх), і самі шари складаються з безперервно рухомих і мінливих «хмар». Таке неоднорідне «дзеркало» не лише відображає, а й поглинає та розсіює радіохвилі, причому знову ж таки по-різному залежно від довжини хвилі. Крім того, властивості «дзеркала» змінюються з часом. Вдень при дії сонячного випромінювання іонізації значно більше, ніж уночі, коли відбувається лише возз'єднання позитивних іонів та негативних електронів у нейтральні молекули (рекомбінація). Особливо велика різниця в іонізації вдень і вночі у нижніх шарах іоносфери. Тут щільність повітря вища, зіткнення між іонами та електронами відбуваються частіше і рекомбінація протікає інтенсивніше. Протягом ночі іонізація нижніх шарів іоносфери може встигнути впасти до нуля. Іонізація різна і залежно від пори року, тобто від висоти підйому Сонця над горизонтом.
Вивчення добових та сезонних змін стану іоносфери дозволило не лише пояснити, а й передбачати умови проходження радіохвиль різної довжини у різний час доби та року (радіопрогнози).
Наявність іоносфери не тільки уможливлює короткохвильовий зв'язок на великі відстані, але й дозволяє радіохвилям іноді обігнути всю земну кулю, і навіть кілька разів. Через це виникає своєрідне явище при радіоприймі, так зване радіолуна, при якому сигнал сприймається приймачем кілька разів: після приходу сигналу по найкоротшому шляху від передавача можуть бути чути повторні сигнали, що обігнали земну кулю.
Часто трапляється, що хвиля доходить від передавача до приймача по кількох різних шляхах, зазнавши різного числа відбитків від іоносфери та земної поверхні (рис. 149). Очевидно, хвилі, що йдуть від того самого передавача, когерентні і можу інтерферувати в місці прийому, послаблюючи або посилюючи один одного залежно від різниці ходу. Так як іоносфера не є абсолютно стійким «дзеркалом», а змінюється з часом, то змінюється і різниця ходу хвиль, що прийшли різними шляхами від передавача до приймача, внаслідок чого посиленням і т.д. Можна сказати, що інтерференційні смуги «повзають» над поверхнями Землі, і приймач виявляється то максимум, то мінімум коливань. У передачі, що приймається, виходить при цьому зміна хорошої чутності і замирань прийому, при яких чутність може падати до нуля.
Мал. 149. Різні шляхи хвилі від передавача до приймача
Аналогічне явище спостерігається на екрані телевізора, якщо над околицею приймальної антени пролітає літак. Відбита літаком радіохвиля інтерферує з хвилею від станції, що передає, і ми бачимо, як зображення «блимає» через те, що інтерференційні «смуги» почергового посилення та ослаблення сигналу пробігають (через рух літака) повз приймальну антену.
Зауважимо, що при прийомі телевізійної передачі в місті досить часто спостерігається подвоєння (і навіть «розмноження») зображення на екрані кінескопа: воно складається з двох або кількох зображень, по-різному зрушених по горизонталі один щодо одного. Це результат відбиття радіохвилі від будинків, веж тощо. Відбиті хвилі проходять більш довгий шлях, ніж відстань між передавальною та приймальною антенами, і тому запізнюються, даючи картину. зсунуту у напрямку розгорнення електронного пучка у кінескопі. По суті, ми тут на власні очі спостерігаємо результат поширення радіохвиль з кінцевою швидкістю.
Прозорість іоносфери для радіохвиль, довжина яких менша, дозволила виявити радіовипромінювання, що надходить від позаземних джерел. Виникла і з 40-х років. нашого століття швидко розвивається радіоастрономія, що відкрила нові можливості для вивчення Всесвіту, понад ті, які має звичайна (оптична) астрономія. Будується все більше радіотелескопів, збільшуються розміри їх антен, підвищується чутливість приймачів і в результаті безперервно зростає кількість та різноманітність відкритих позаземних радіоджерел.
Виявилося, що радіохвилі випромінюють і Сонце, і планети, а за межами нашої Сонячної системи багато туманності і так звані наднові зірки. Безліч джерел радіовипромінювання відкрито поза нашою зірковою системою (Галактики). В основному - це інші галактичні системи, причому лише невелика їх частка ототожнена з туманностями, що оптично спостерігаються. «Радіогалактики» виявлено і на таких великих відстанях від нас (багато мільярдів років), які знаходяться за межами досяжності найсильніших сучасних оптичних телескопів. Були відкриті інтенсивні джерела радіовипромінювання, що мають дуже малі кутові розміри (частки кутової секунди). Спочатку їх вважали особливими зірками, що належать нашій Галактиці, і тому назвали квазізоряними джерелами або квазарами. Але з 1962 р. стало ясно, що квазари – це позагалактичні об'єкти з великою потужністю радіовипромінювання.
Окремі, або, як то кажуть, дискретні радіоджерела нашої Галактики випромінюють широкий спектр довжин хвиль. Але було виявлено і «монохроматичне» радіовипромінювання з довжиною хвилі, що випромінюється міжзоряним воднем. Дослідження цього випромінювання дозволило знайти загальну масу міжзоряного водню та встановити, як його розподілено по Галактиці. Останнім часом вдалося виявити монохроматичне радіовипромінювання на довжинах хвиль, властивих іншим хімічним елементам.
До всіх джерел радіовипромінювання, про які йшлося вище, інтенсивність дуже стала. Лише деяких випадках (зокрема, в Сонця) спостерігаються загальному постійному тлі окремі безладні спалахи радіовипромінювання. 1968 р. був ознаменований новим радіоастрономічним відкриттям великого значення: були виявлені джерела (які здебільшого знаходяться в межах Галактики), що випромінюють строго періодичні імпульси радіохвиль. Ці джерела одержали назву пульсарів. Періоди повторення імпульсів у різних пульсарів різні і доставляють від кількох секунд до кілька сотих часток секунди і навіть менше. Характер радіовипромінювання пульсарів отримує, мабуть, найбільш правдоподібне пояснення, якщо припустити, що пульсари - це зірки, що обертаються, що складаються в основному з нейтронів (нейтронні зірки). У виявленні та можливості спостереження таких зірок і полягає велике наукове значення цього радіоастрономічного відкриття.
Окрім прийому власного радіовипромінювання тіл Сонячної системи, застосовується також їхня радіолокація. Це так звана астрономія радіолокації. Приймаючи відбиті від будь-якої планет радіосигнали потужних локаторів, можна дуже точно вимірювати відстань до цієї планети, оцінювати швидкість її обертання навколо осі і судити (за інтенсивністю відображення радіохвиль різної довжини) про властивості поверхні і атмосфери планети.
Зазначимо на закінчення, що прозорість іоносфери для досить коротких радіохвиль дозволяє також здійснювати всі види радіозв'язку зі штучними супутниками Землі та космічними кораблями (власне зв'язок, радіокерування, телебачення, а також телеметрія – передача Землю показань різних вимірювальних приладів). З тієї ж причини можна використовувати тепер метрові радіохвилі для зв'язку та телебачення між сильно віддаленими один від одного пунктами земної поверхні (наприклад, між Москвою та нашими далекосхідними містами), застосовуючи одноразову ретрансляцію передач спеціальними супутниками, на яких встановлена приймально-передавальна радіоапаратура.
Радіочастотний діапазон та його використання для радіозв'язку
2.1 Основи поширення радіохвиль
Радіозв'язок забезпечує передачу інформації на відстань за допомогою електромагнітних хвиль (радіохвиль).
Радіохвилі– це електромагнітні коливання, що розповсюджуються у просторі зі швидкістю світла (300 000 км/сек). До речі, світло також відноситься до електромагнітних хвиль, що і визначає їх дуже схожі властивості (відображення, заломлення, згасання і т. п.).
Радіохвилі переносять через простір енергію, що випромінюється генератором електромагнітних коливань. А народжуються вони за зміни електричного поля, наприклад, коли через провідник проходить змінний електричний струм чи через простір проскакують іскри, тобто. ряд швидко наступних один за одним імпульсів струму.
Мал. 2.1 Структура електромагнітної хвилі.
Електромагнітне випромінювання характеризується частотою, довжиною хвилі і потужністю енергії, що переноситься. Частота електромагнітних хвиль показує, скільки разів на секунду змінюється у випромінювачі напрямок електричного струму і, отже, скільки разів на секунду змінюється в кожній точці простору величина електричного та магнітного полів.
Вимірюється частота у герцах (Гц) – одиницях названих ім'ям великого німецького вченого Генріха Рудольфа Герца. 1Гц – це одне коливання за секунду, 1 МегаГерц (МГц) – мільйон коливань за секунду. Знаючи, що швидкість руху електромагнітних хвиль дорівнює швидкості світла, можна визначити відстань між точками простору, де електричне (або магнітне) поле знаходиться в однаковій фазі. Ця відстань називається довжиною хвилі.
Довжина хвилі (в метрах) розраховується за такою формулою:
, або приблизно
де f - Частота електромагнітного випромінювання в МГц.
З формули видно, що, наприклад, частоті 1 МГц відповідає довжина хвилі близько 300 м. Зі збільшенням частоти довжина хвилі зменшується, зі зменшенням збільшується.
Електромагнітні хвилі вільно проходять через повітря чи космічний простір (вакуум). Але якщо на шляху хвилі зустрічається металевий провід, антена або будь-яке інше тіло, що проводить, то вони віддають йому свою енергію, викликаючи тим самим в цьому провіднику змінний електричний струм. Але не вся енергія хвилі поглинається провідником, частина її відбивається від поверхні. До речі, на цьому ґрунтується застосування електромагнітних хвиль у радіолокації.
Ще однією корисною властивістю електромагнітних хвиль (втім, як і будь-яких інших хвиль) є їхня здатність огинати тіла на своєму шляху. Але це можливо лише в тому випадку, коли розміри тіла менші, ніж довжина хвилі, або можна порівняти з нею. Наприклад, щоб виявити літак, довжина радіохвилі локатора повинна бути меншою за його геометричні розміри (менше 10м). Якщо тіло більше, ніж довжина хвилі, воно може відобразити її. Але може і не відобразити – згадайте "Stealth".
Енергія, яку несуть електромагнітні хвилі, залежить від потужності генератора (випромінювача) та відстані до нього, тобто. потік енергії, що припадає на одиницю площі, прямо пропорційний потужності випромінювання і обернено пропорційний квадрату відстані до випромінювача. Це означає, що дальність зв'язку залежить від потужності передавача, але значно більшою мірою від відстані до нього.
Наприклад, потік енергії електромагнітного випромінювання Сонця на поверхню Землі сягає 1 кіловата на квадратний метр, а потік енергії середньохвильової радіостанції мовлення – всього тисячні і навіть мільйонні частки вата на квадратний метр.
2.2 Розподіл спектра радіочастот
Радіохвилі (радіочастоти), що використовуються в радіотехніці, займають спектр від 10000 м (30 кГц) до 0,1 мм (3000 ГГц). Це лише частина великого діапазону електромагнітних хвиль. За радіохвилями (за спадною довжиною) слідують теплові або інфрачервоні промені. Після них йде вузька ділянка хвиль видимого світла, далі – спектр ультрафіолетових, рентгенівських та гамма променів – все це електромагнітні коливання однієї природи, що відрізняються лише довжиною хвилі і, отже, частотою.
Хоча весь спектр розбито на області, межі між ними намічені умовно. Області йдуть безперервно одна за одною, переходять одна в іншу, а в деяких випадках перекриваються.
Але ці діапазони дуже великі і, у свою чергу, розбиті на ділянки, куди входять так звані радіомовні та телевізійні діапазони, діапазони для наземного та авіаційного, космічного та морського зв'язку, для передачі даних та медицини, для радіолокації та радіонавігації тощо. Кожній радіослужбі виділено свою ділянку діапазону або фіксовані частоти. Реально для цілей радіозв'язку використовуються коливання частотному діапазоні від 10 кГц до 100 ГГц. Використання для зв'язку того чи іншого інтервалу частот залежить від багатьох факторів, зокрема від умов поширення радіохвиль різних діапазонів, необхідної дальності зв'язку, реалізованості величин потужностей передавачів у вибраному інтервалі частот та ін.
Міжнародними угодами весь спектр радіохвиль, що застосовуються в радіозв'язку, розбитий на діапазони (табл. 1):
Таблиця 1
| №п.п. | Найменування діапазону | Межі діапазону | |||
| Хвиль | Застарілі терміни | Частот | Радіохвиль | Частот | |
| 1 | ДКМГМВДекаМега Метрові | Вкрай низькі частоти (КНЧ) | Пробіг: 100.000-10.000км | 3-30 Гц | |
| 2 | МГМВМегаметрові | Наднизькі частоти (СНЧ) | 10.000–1.000 км | 30-3.000Гц | |
| 3 | ГКММВГектакилометрові | Інфранізкі частоти (ІНЧ) | 1000-100 км | 0.3-3 кГц | |
| 4 | МРМВМіріаметрові | СДВ | Дуже низькі частоти (ОНЧ) VLF | 100-10 км | 3-30кГц |
| 5 | КМВКілометрові | ДВ | Низькі частоти (НЧ) LF | 10-1 км | 30-300кГц |
| 6 | ГКМВГектаметрові | СВ | Середні частоти (СЧ) VF | 1000-100м | 0,3-3 МГц |
| 7 | ДКМВДекаметрові | КВ | Високі частоти (ВЧ) HF | 100-10м | 3-30 МГц |
| 8 | МВМетрові | УКХ | Дуже високі частоти (ОВЧ) VHF | 10-1м | 30-300 МГц |
| 9 | ДЦМВДециметрові | УКХ | Ультрависокі частоти (УВЧ) UHF | 10-1 дм | 0.3-3 ГГц |
| 10 | СМВСантиметрові | УКХ | Надвисокі частоти (НВЧ) SHF | 10-1 см | 3-30 ГГц |
| 11 | ММВМ міліметрові | УКХ | Вкрай високі частоти (КВЧ) EHF | 10-1 мм | 30-300 ГГц |
| 12 | ДЦММВДетиміллі- метрові Субміллі- метрові |
СУММВ | Гіпервисокі частоти (ГВЧ) | 1-0,1 мм | 0,3-3 ТГц |
| 13 | Світлові | < 0,1 мм | > 3 ТГц | ||
Мал. 2.2 Приклад розподілу діапазону між різними службами.
Радіохвилі випромінюються через антену в простір і поширюються як енергії електромагнітного поля. І хоча природа радіохвиль однакова, їхня здатність до поширення сильно залежить від довжини хвилі.
Земля для радіохвиль представляє провідник електрики (хоч і не дуже добрий). Проходячи над поверхнею землі, радіохвилі поступово слабшають. Це з тим, що електромагнітні хвилі збуджують у землі електроструми, потім і витрачається частина енергії. Тобто. енергія поглинається землею, причому тим більше, чим коротша довжина хвиля (вища частота).
Крім того, енергія хвилі слабшає ще й тому, що випромінювання поширюється на всі боки простору і, отже, чим далі від передавача знаходиться приймач, тим менше енергії припадає на одиницю площі і тим менше її потрапляє в антену.
Передачі довгохвильових станцій мовлення можна приймати на відстані до декількох тисяч кілометрів, причому рівень сигналу зменшується плавно, без стрибків. Середньохвильові станції чути близько тисячі кілометрів. Що ж до коротких хвиль, їх енергія різко зменшується в міру віддалення від передавача. Цим пояснюється той факт, що на зорі розвитку радіо для зв'язку в основному застосовувалися хвилі від 1 до 30 км. Хвилі коротші 100 метрів взагалі вважалися непридатними для телекомунікації.
Однак подальші дослідження коротких та ультракоротких хвиль показали, що вони швидко згасають, коли йдуть біля Землі. При напрямку випромінювання нагору, короткі хвилі повертаються назад.
Ще в 1902 році англійський математик Олівер Хевісайд (Oliver Heaviside) та американський інженер-електрик Артур Едвін Кеннеллі (Arthur Edwin Kennelly) практично одночасно передбачили, що над Землею існує іонізований шар повітря – природне дзеркало, що відображає електромагнітні хвилі. Цей шар був названий іоносферою.
Іоносфера Землі мала дозволити збільшити дальність поширення радіохвиль на відстані, що перевищують пряму видимість. Експериментально це припущення було доведено у 1923 році. Радіочастотні імпульси передавалися вертикально вгору і приймалися сигнали, що повернулися. Вимірювання часу між посилкою та прийомом імпульсів дозволили визначити висоту та кількість шарів відбиття.
2.3 Вплив атмосфери поширення радіохвиль
Характер поширення радіохвиль залежить від довжини хвилі, кривизни Землі, ґрунту, складу атмосфери, часу доби та року, стану іоносфери, магнітного поля Землі, метеорологічних умов.
Розглянемо будову атмосфери, що істотно впливає поширення радіохвиль. Залежно від часу доби та року змінюються вміст вологи та щільність повітря.
Повітря, що оточує земну поверхню, утворює атмосферу, висота якої становить приблизно 1000-2000 км. Склад земної атмосфери неоднорідний.
Мал. 2.3 Будова атмосфери.
Шари атмосфери висотою приблизно до 100-130 км за своїм складом однорідні. У цих шарах є повітря, що містить (за обсягом) 78% азоту та 21% кисню. Нижній шар атмосфери завтовшки 10-15 км (рис. 2.3) називається тропосферою. У цьому вся шарі є водяні пари, зміст яких різко коливається зі зміною метеорологічних умов.
Тропосфера поступово переходить у стратосферу. Кордоном вважається висота, де припиняється падіння температури.
На висотах приблизно від 60 км і вище над Землею під впливом сонячних та космічних променів в атмосфері відбувається іонізація повітря: частина атомів розпадається на вільні електрониі іони. У верхніх шарах атмосфери іонізація незначна, оскільки газ дуже розріджений (є невелика кількість молекул в одиниці об'єму). У міру того, як сонячні промені проникають у більш щільні шари атмосфери, ступінь іонізації збільшується. З наближенням до Землі енергія сонячних променів падає, і рівень іонізації знову зменшується. Крім того, у нижніх шарах атмосфери внаслідок великої густини негативні заряди довго існувати не можуть; відбувається процес відновлення нейтральних молекул.
Іонізація у розрідженій атмосфері на висотах 60-80 км від Землі та вище зберігається протягом тривалого часу. На цих висотах атмосфера дуже розріджена, щільність вільних електронів та іонів настільки низька, що зіткнення, а звідси відновлення нейтральних атомів відбувається відносно рідко.
Верхній шар атмосфери називається іоносферою. Іонізоване повітря істотно впливає на поширення радіохвиль.
Вдень утворюється чотири регулярні шари або максимум іонізації – шари D, Е, F 1 і F 2 . Найбільшу іонізацію (найбільше вільних електронів в одиниці об'єму) має шар F 2 .
Після заходу Сонця іонізуюче випромінювання різко падає. Відбувається відновлення нейтральних молекул та атомів, що призводить до зменшення ступеня іонізації. Вночі повністю зникають верстви Dі F 2 , іонізація шару Езначно зменшується, а шар F 2 зберігає іонізацію з деяким ослабленням.
Мал. 2.4 Залежність поширення радіохвиль від частоти та часу доби.
Висота шарів іоносфери постійно змінюється залежно від інтенсивності сонячних променів. Вдень висота іонізованих шарів менша, вночі більше. Влітку в наших широтах електронна концентрація іонізованих шарів більша, ніж узимку (за винятком шару F 2). Ступінь іонізації залежить також і від рівня сонячної активності, яка визначається кількістю плям на Сонці. Період сонячної активності дорівнює приблизно 11 років.
У полярних широтах спостерігаються нерегулярні іонізації, пов'язані з так званими іоносферними обуреннями.
Є кілька шляхів, якими радіохвиля приходить до приймальні антени. Як уже зазначалося, радіохвилі, що розповсюджуються над поверхнею землі та огинають її внаслідок явища дифракції, називаються поверхневими або земними хвилями (напрямок 1, рис. 2.5). Хвилі, що розповсюджуються за напрямками 2 та 3, називаються просторовими. Вони поділяються на іоносферні та тропосферні. Останні спостерігаються лише у діапазоні УКХ. Іоносферниминазиваються хвилі, відбиті або розсіяні іоносферою, тропосферними‒ хвилі, відбиті або розсіяні неоднорідними шарами чи «зернами» тропосфери.
Мал. 2.5 Шляхи поширення радіохвиль.
Поверхнева хвиляосновою свого фронту стосується Землі, як показано на рис. 2.6. Ця хвиля при точковому джерелі має вертикальну поляризацію, оскільки горизонтальна складова хвилі поглинається Землею. При достатньому віддаленні джерела, вираженому в довжинах хвиль, будь-який відрізок фронту хвилі є плоскою хвилею.
Поверхня Землі поглинає частину енергії поверхневих хвиль, що поширюються вздовж неї, оскільки Земля має активний опір.
Мал. 2.6 Поширення поверхневих хвиль.
Чим коротше хвиля, тобто. що більше частота, то більший струм індукується Землі і тим більше втрат. Втрати Землі зменшуються зі збільшенням провідності грунту, оскільки хвилі проникають у Землю тим менше, що вище провідність грунту. У Землі відбуваються і діелектричні втрати, які також збільшуються з укороченням хвилі.
Для частот вище 1 МГц поверхнева хвиля фактично сильно загасає через поглинання Землею і тому не використовується, крім місцевої зони дії. У телевізійних частот загасання настільки велике, що поверхнева хвиля може використовуватися на відстані не більше 1-2 км від передавача.
Зв'язок великі відстані здійснюється головним чином просторовими хвилями.
Щоб отримати заломлення, тобто повернення хвилі на Землю, хвиля повинна випромінюватись під певним кутом по відношенню до земної поверхні. Найбільший кут випромінювання, при якому радіохвиля цієї частоти повертається на землю, називається критичним кутомдля цього іонізованого шару (рис. 2.7). 
Мал. 2.7 Вплив кута випромінювання проходження просторової хвилі.
Кожен іонізований шар має свою критичну частотуі критичний кут.
На рис. 2.7 показаний промінь, який легко заломлюється шаром Е, так як промінь входить під кутом нижче критичного кута цього шару. Промінь 3 проходить область Еале повертається на Землю шаром F 2 , тому що він входить під кутом нижче критичного кута шару F 2 . Промінь 4 також проходить шар Е. Він входить у шар F 2 при його критичному вугіллі та повертається на Землю. Промінь 5 проходить обидві області і губиться у просторі.
Усі промені, зображені на рис. 2.7 відносяться до однієї частоти. Якщо використовується нижча частота, потрібні великі критичні кути для обох областей; навпаки, якщо частота збільшується, обидві області мають менші критичні кути. Якщо продовжувати збільшувати частоту, то настане момент, коли хвиля, що поширюється від передавача паралельно до Землі, перевищуватиме критичний кут для будь-якої області. Такий стан виходить на частоті близько 30 МГц. Вище цієї частоти зв'язок просторовою хвилею стає ненадійним.
Отже, кожній критичній частоті відповідає свій критичний кут, і, навпаки, кожному критичному куту відповідає своя критична частота. Отже, будь-яка просторова хвиля, частота якої дорівнює чи нижче критичної, буде певному віддаленні від передавача повертатися Землю.
На рис. 2.7 промінь 2 падає шар Е при критичному вугіллі. Зверніть увагу, де відбита хвиля падає на Землю (при перевищенні критичного кута сигнал втрачається); Просторова хвиля, дійшовши до іонізованого шару, відбивається від нього і повертається на Землю на великій відстані від передавача. На деякій відстані від передавача, що залежить від потужності передавача та довжини хвилі, можливий прийом поверхневої хвилі. Від місця, де закінчується прийом поверхневої хвилі, починається зона мовчанняі кінчається вона там, де з'являється відбита просторова хвиля. Різкі межі зони мовчання не мають.
Мал. 2.8 Зони прийому поверхневих та просторових хвиль.
У міру зростання частоти величина мертвої зонизбільшується внаслідок зменшення критичного кута. Для зв'язку з кореспондентом на певній відстані від передавача у певний час доби та пори року існує максимальна допустима частотаяка може бути використана для зв'язку просторовою хвилею. Кожна іоносферна область має свою максимальну допустиму частоту зв'язку.
Короткі та, тим більше, ультракороткі хвилі в іоносфері втрачають незначну частину своєї енергії. Чим вище частота, тим менший шлях проходять електрони при своїх коливаннях, внаслідок чого зменшується кількість їх зіткнень із молекулами, тобто зменшуються втрати енергії хвилі.
У нижчих іонізованих шарах втрати більше, оскільки підвищений тиск свідчить про більшу щільність газу, а при більшій щільності газу ймовірність зіткнення часток зростає.
Довгі хвилі відбиваються від нижніх шарів іоносфери, що мають найменшу концентрацію електронів, за будь-яких кутів піднесення, у тому числі і близьких до 90°. Ґрунт середньої вологості є майже провідником для довгих хвиль, тому вони добре відбиваються від Землі. Багаторазовим відображенням від іоносфери та Землі пояснюється дальнє поширення довгих хвиль.
Розповсюдження довгих хвильне залежить від пори року та метеорологічних умов, від періоду сонячної активності та від іоносферних збурень. При відображенні від іоносфери довгі хвилі зазнають великого поглинання. Ось чому для зв'язку на великі відстані потрібно мати передавачі великої потужності.
Середні хвиліпомітно поглинаються в іоносфері та грунті поганої та середньої провідності. Вдень спостерігається лише поверхнева хвиля, оскільки просторова хвиля (довше 300 м) практично повністю поглинається в іоносфері. Для повного внутрішнього відображення середні хвилі повинні пройти певний шлях у нижніх шарах іоносфери, що мають хоч і невисоку концентрацію електронів, зате значну щільність повітря.
Вночі зі зникненням шару D поглинання в іоносфері зменшується, внаслідок чого на просторових хвилях можна підтримувати зв'язок на відстанях 1500-2000 км. при потужності передавача близько 1 кВт. Умови зв'язку взимку дещо кращі, ніж влітку.
Перевагою середніх хвильє те, що вони не схильні до впливу іоносферних обурень.
Згідно з міжнародною угодою на хвилях довжиною близько 600 м передаються сигнали лиха (сигнали SOS).
Позитивною стороною зв'язку просторовою хвилею на коротких і середніх хвилях є можливість здійснення телекомунікації при невеликій потужності передавача. Але зв'язок просторовими хвилямимає і суттєві недоліки.
По перше, нестійкість зв'язку внаслідок зміни висоти іонізованих шарів атмосфери протягом доби та року Для підтримки зв'язку з тим самим пунктом за добу доводиться 2-3 рази змінювати довжину хвилі. Часто внаслідок зміни стану атмосфери зв'язок деякий час порушується зовсім.
По-друге, наявність зони мовчання.
Хвилі коротші 25 мставляться до «денним хвиль», оскільки вони добре поширюються вдень. До «нічних хвиль» відносяться хвилі довші за 40 м. Ці хвилі добре поширюються вночі.
Умови поширення коротких радіохвиль визначаються станом іонізованого шару Fг. Електронна концентрація цього шару часто порушується внаслідок нерівномірності сонячного випромінювання, що викликає іоносферні збурення та магнітні бурі. В результаті енергія коротких радіохвиль значно поглинається, що погіршує радіозв'язок, навіть іноді робить її зовсім неможливою. Особливо часто іоносферні обурення спостерігаються на широтах, близьких до полюсів. Тому там короткохвильовий зв'язок ненадійний.
Найбільш помітні іоносферні обурення мають свою періодичність: вони повторюються через 27 діб(Час обертання Сонця навколо своєї осі).
У діапазоні коротких хвиль сильно позначається вплив промислових, атмосферних та взаємних перешкод.
Оптимальні частоти зв'язку на коротких хвиляхвибираються на основі радіопрогнозів, які поділяються на довгостроковіі короткострокові. У довгострокових прогнозах вказується очікуваний середній стан іоносфери протягом певного відрізку часу (місяця, сезону, року та більше), тоді як короткострокові прогнози складаються на добу, п'ятиденку та характеризують можливі відхилення іоносфери від її середнього стану. Прогнози складаються у вигляді графіків внаслідок обробки систематичних спостережень за іоносферою, сонячною активністю та станом земного магнетизму.
Ультракороткі хвилі(УКХ) від іоносфери не відображаються, вони вільно проходять її, тобто ці хвилі не мають просторової іоносферної хвилі. Поверхнева ультракоротка хвиля, на якій можливий радіозв'язок, має два істотних недоліки: по-перше, поверхнева хвиля не огинає земну поверхню і великі перешкоди і, по-друге, вона сильно поглинається в грунті.
Ультракороткі хвилі широко застосовуються там, де потрібний невеликий радіус дії радіостанції (зв'язок обмежується зазвичай межами прямої видимості). І тут зв'язок ведеться просторової тропосферної хвилею. Вона зазвичай складається з двох складових: прямого променя та променя, відбитого від Землі (рис. 2.9).
Мал. 2.9 Прямий і відбитий промені просторової хвилі.
Якщо антени розташовані досить близько, обидва промені зазвичай досягають приймальної антени, але інтенсивність їх різна. Промінь, відбитий Землі, слабше через втрат, які відбуваються під час відбивання Землі. Прямий промінь має майже те саме загасання, що й хвиля у вільному просторі. У приймальні антени загальний сигнал дорівнює векторної сумі цих двох складових.
Приймальна і передавальна антени мають зазвичай одну і ту ж висоту, так що довжина шляху відбитого променя трохи відрізняється від прямого променя. Відбита хвиля має зсув фазі на 180°. Таким чином, нехтуючи втратами в Землі під час відображення, якщо два промені пройшли одну і ту ж відстань, векторна сума їх дорівнює нулю, в результаті в приймальній антені сигналу не буде.
Насправді відбитий промінь проходить дещо більшу відстань, отже, різниця фаз у приймальній антені буде близько 180°. Різниця фаз визначається різницею шляху у відносинах довжини хвилі, а чи не в лінійних одиницях. Іншими словами, загальний сигнал, що приймається за цих умов, залежить головним чином від частоти, що використовується. Наприклад, якщо довжина робочої хвилі 360 м, а різниця шляху 2 м, зсув фази відрізнятиметься від 180° лише на 2°. В результаті спостерігається майже повна відсутність сигналу у приймальній антені. Якщо довжина хвилі 4 м, та сама різниця шляху 2 м буде викликати різницю фази 180°, повністю компенсуючи зсув фази 180° при відображенні. У цьому випадку сигнал подвоюється за напругою.
З цього випливає, що за низьких частот використання просторових хвиль не представляє інтересу для зв'язку. Тільки на високих частотах, де різниця шляху є порівнянною з довжиною хвилі, що використовується, просторова хвиля широко використовується.
Радіус дії передавачів УКХ значно збільшується при зв'язку літаків у повітрі та з Землею.
До переваг УКХслід віднести можливість застосування невеликих антен. Крім того, в діапазоні УКХ може одночасно працювати велика кількість радіостанцій без взаємних перешкод. На ділянці діапазону хвиль від 10 до 1 м можна розмістити одночасно працюючих станцій більше, ніж у діапазоні коротких, середніх та довгих хвиль разом узятих.
Широкого поширення набули ретрансляційні лінії, які працюють на УКХ. Між двома пунктами зв'язку, що знаходяться на великій відстані, встановлюється кілька УКХ приймачів, розташованих у межах прямої видимості один від одного. Проміжні станції працюють автоматично. Організація ретрансляційних ліній дозволяє підвищити дальність зв'язку на УКХ та здійснити багатоканальний зв'язок (вести одночасно кілька телефонних та телеграфних передач).
Зараз приділяється велика увага використанню УКХ діапазону для далекого радіозв'язку.
Найбільше застосування отримали лінії зв'язку, що працюють у діапазоні 20-80 МГц та використовують явища іоносферного розсіювання. Вважалося, що радіозв'язок через іоносферу можлива лише на частотах нижче 30 МГц (довжина хвилі більше 10 м), оскільки цей діапазон повністю завантажений і подальше збільшення числа каналів у ньому неможливо, цілком зрозумілий інтерес до розсіяного поширення радіохвиль.
Це полягає в тому, що деяка частина енергії випромінювання надвисоких частот розсіюється неоднорідностями, що є в іоносфері. Створюються ці неоднорідності повітряними течіями шарів із різними температурою і вологістю, блукаючими зарядженими частинками, продуктами іонізації хвостів метеоритів та іншими ще маловивченими джерелами. Оскільки тропосфера завжди неоднорідна, розсіяне заломлення радіохвиль існує систематично.
Розсіяне поширення радіохвиль подібне до розсіювання світла прожектора в темну ніч. Чим потужніший світловий промінь, тим більше він дає розсіяного світла.
При вивченні дальнього поширенняультракоротких хвиль було відмічено явище різкого короткочасного підвищення чутності сигналів. Такі сплески випадкового характеру тривають від кількох мілісекунд за кілька секунд. Однак практично вони спостерігаються протягом доби з перервами, що рідко перевищують кілька секунд. Поява моментів підвищеної чутності пояснюється переважно відображенням радіохвиль від іонізованих шарів метеоритів, що згоряють на висоті близько 100 км. Діаметр цих метеоритів вбирається у кількох міліметрів, які сліди тягнуться кілька кілометрів.
Від метеоритних слідівдобре відбиваються радіохвилі частотою 50-30 МГц (6-10 м).
Щодня до земної атмосфери влітає кілька мільярдів таких метеоритів, залишаючи за собою іонізовані сліди з високою щільністю іонізації повітря. Це дає можливість отримати надійну роботу радіоліній великої протяжності при використанні передавачів щодо невеликої потужності. Невід'ємною частиною станцій на таких лініях є допоміжне літературне обладнання, забезпечене елементом пам'яті.
Оскільки кожен метеоритний слід є лише кілька секунд, передача ведеться автоматично короткими серіями.
В даний час широко використовуються зв'язок та телевізійні передачі через штучні супутники Землі.
Таким чином, за механізмом поширення радіохвиль лінії радіозв'язку можна класифікувати на лінії, що використовують:
процес поширення радіохвиль вздовж земної поверхні з обгинанням її (так звані земніабо поверхневі хвилі);
процес поширення радіохвиль у межах прямої видимості ( пряміхвилі);
відбиття радіохвиль від іоносфери ( іоносферніхвилі);
процес поширення радіохвиль у тропосфері ( тропосферніхвилі);
відбиття радіохвиль від метеорних слідів;
відображення чи ретрансляцію від штучних супутників Землі;
відбиття від штучно створюваних утворень газової плазми або штучно створених провідних поверхонь.
2.4 Особливості поширення радіохвиль різних діапазонів
На умови поширення радіохвиль у просторі між передавачем та радіоприймачем кореспондентів впливає кінцева провідність земної поверхні та властивості середовища над Землею. Цей вплив для різних діапазонів хвиль (частот) по-різному.
Міріаметровіі кілометрові хвилі (СДВі ДВ) можуть поширюватися як і земні, і як іоносферні. Наявність земної хвилі, що поширюється на сотні і навіть тисячі кілометрів, пояснюється тим, що напруженість поля цих хвиль зменшується з відстанню досить повільно, оскільки поглинання їхньої енергії земною або водною поверхнею невелике. Чим довша хвиля і краще провідність ґрунту, тим більші відстані забезпечується радіозв'язок.
У великій мірі поглинають електромагнітну енергію піщані сухі ґрунти та гірські породи. При поширенні за рахунок явища дифракції вони огинають опуклу земну поверхню, що зустрічаються на шляху перешкоди: ліси, гори, височини тощо. Починаючи з відстані 300-400 км від передавача, з'являється іоносферна хвиля, яка відбита від нижньої області іоносфери (від шару D або Е). Вдень через наявність шару D поглинання електромагнітної енергії стає більш суттєвим. Вночі зі зникненням цього шару дальність зв'язку збільшується. Таким чином, проходження довгих хвиль уночі, як правило, краще, ніж удень. Глобальні зв'язки на СДВ і ДВ здійснюються хвилями, що розповсюджуються у сферичному хвилеводі, утвореному іоносферою та земною поверхнею.
Перевага СДВ-, ДВ-діапазону:
радіохвилі СДВ- і ДВ-діапазону мають властивість проникати в товщу води, а також поширюватися в деяких структурах ґрунту;
за рахунок хвиль, що розповсюджуються у сферичному хвилеводі Землі, забезпечується зв'язок на тисячі кілометрів;
дальність зв'язку мало залежить від іоносферних збурень;
хороші дифракційні властивості радіохвиль цих діапазонів дозволяють забезпечувати зв'язок на сотні і навіть тисячі кілометрів земною хвилею;
сталість параметрів радіолінії забезпечує стабільний рівень сигналу у точці прийому.
НедолікиСДВ-,ДВ,- діапазону:
ефективне випромінювання хвиль аналізованих ділянок діапазону може досягатися лише за допомогою дуже громіздких антенних пристроїв, розміри яких можна порівняти з довжиною хвилі. Будівництво та відновлення антенних пристроїв таких розмірів в обмежений час (у військових цілях) важко;
оскільки розміри реально виконуваних антен менше довжини хвилі, то компенсація зниженої ефективності досягається збільшенням потужності передавачів до сотень і більше кВт;
створення резонансних систем у цьому діапазоні та за значних потужностей визначає великі розміри вихідних каскадів: передавачів, складність швидкої перебудови на іншу частоту;
для електроживлення радіостанцій (СДВ- і ДВ-діапазонів) потрібні великі потужності електростанцій;
істотним недоліком СДВ- та ДВ-діапазонів є їх невелика частотна ємність;
досить великий рівень промислових та атмосферних перешкод;
залежність рівня сигналу у точці прийому від часу доби.
Область практичного застосування радіохвиль СДВ-, ДВ-діапазону:
зв'язок із підводними об'єктами;
зв'язок по глобальних магістральних лініях та підземний зв'язок;
радіомаяки, а також зв'язок у дальній авіації та ВМФ.
Гектометрові хвилі(СВ)можуть поширюватися поверхневою та просторовою хвилями. Причому дальність зв'язку поверхневою хвилею у них менша (не перевищує 1000-1500 км), тому що їх енергія поглинається ґрунтом більше, ніж у довгих хвиль. Хвилі, що досягають іоносфери, інтенсивно поглинаються шаром D, коли він існує, але добре відряджається шаром е.
У середніх хвиль дальність зв'язку дуже залежить відчасу доби. Вдень середні хвилі так сильно поглинаютьсяу нижніх шарах іоносфери, що просторова хвиля практично відсутня. Вночі шар Dта нижня частина шару Езникають, тому поглинання середніх хвиль зменшується; і просторові хвилі починають відігравати головну роль. Таким чином важливою особливістю середніх хвиль є те, що вдень зв'язок на них підтримується поверхневою хвилею, а вночі як поверхневою так і просторовою хвилями одночасно.
Переваги СВ-діапазону:
у нічний час влітку та протягом більшої частини доби взимку дальність зв'язку, що забезпечується іоносферною хвилею, сягає тисячі кілометрів;
середньохвильові антенні пристрої виявляються досить ефективними та мають прийнятні габарити навіть для мобільних засобів радіозв'язку;
частотна ємність цього діапазону більша, ніж СДВ- і ДВ-діапазонів;
хороші дифракційні властивості радіохвиль цього діапазону;
потужності передавачів менше, ніж СДВ- та ДВ-діапазонів;
мала залежність від іоносферних збурень та магнітних бур.
Недоліки СВ-діапазону:
завантаженість СВ-діапазону потужними радіомовними радіостанціями створює труднощі у широкому використанні;
обмежена частотна ємність діапазону ускладнює маневр частотами;
дальність зв'язку на СВ вдень влітку завжди обмежена, оскільки вона можлива лише земною хвилею;
досить великі потужності передавачів;
важко застосування високоефективних антенних пристроїв, складність побудови та відновлення в короткі терміни;
досить великий рівень взаємних та атмосферних перешкод.
Область практичного застосування радіоволн СВ-діапазону; середньохвильові радіостанції найчастіше застосовуються в арктичних районах, як резервні у випадках втрати широко використовуваного короткохвильового радіозв'язку через іоносферні та магнітні збурення, а також у дальній авіації та ВМФ.
Декаметрові хвилі (KB) займають особливе становище. Вони можуть поширюватися як і земні, і як іоносферні хвилі. Земні хвилі при відносно невеликих потужностях передавачів, властивих мобільним радіостанціям, поширюються на відстані, що не перевищують кількох десятків кілометрів, оскільки вони зазнають значного поглинання в землі, що збільшується зі зростанням частоти.
Іоносферні хвилі за рахунок одноразового або багаторазового відображення від іоносфери за сприятливих умов можуть поширюватися на великі відстані. Їхня основна властивість полягає в тому, що вони слабо поглинаються нижніми областями іоносфери (шарами Dі Е) і добре відбиваються її верхніми областями (головним чином шаром F2 . що знаходяться на висоті 300-500 км над землею). Це дає можливість використовувати відносно малопотужні радіостанції для прямого зв'язку в необмежено широкому діапазоні відстаней.
Істотне зниження якості KB радіозв'язку іоносферними хвилями відбувається через завмирання сигналів. Природа замирань в основному зводиться до інтерференції кількох променів, що приходять до місця прийому, фаза яких внаслідок зміни стану іоносфери безперервно змінюється.
Причинами приходу кількох променів у місце прийому сигналів можуть бути:
опромінення іоносфери під кутами, при яких промені, що зазнають
різне число відбитків від іоносфери та Землі, сходяться у точці прийому;
явище подвійного променезаломлення під впливом магнітного поля Землі, завдяки якому два промені (звичайний і незвичайний), відбиваючись від різних шарів іоносфери, досягають однієї і тієї ж точки прийому;
неоднорідність іоносфери, яка веде до дифузному відбитку хвиль від її областей, тобто. до відбиття пучків безлічі елементарних променів.
Завмирання можуть відбуватися також через поляризаційні флуктуації хвиль при відображенні від іоносфери, що призводять до зміни співвідношення вертикальних і горизонтальних складових електричного поля в місці прийому. Поляризаційні завмирання спостерігаються набагато рідше за інтерференційні і становлять 10-15 % загального їх числа.
Рівень сигналу в точках прийому в результаті замирань може змінюватися в широких межах - десятки і навіть сотні разів. Проміжок часу між глибокими завмираннями є випадковою величиною і може змінюватися від десятих часток секунди до декількох секунд, а іноді і більше, причому перехід від високого до низького рівня може проходити як плавно, так і дуже різко. Швидкі зміни рівня часто накладаються на повільні.
Умови проходження коротких хвиль через іоносферу змінюються з року в рік, що з майже періодичним зміною сонячної активності, тобто. зі зміною числа та площі сонячних плям (числа Вольфа), які є джерелами радіації, що іонізує атмосферу. Період повторення максимальної сонячної активності становить 113 ± 4 роки. Протягом років максимальної сонячної активності максимально застосовні частоти (МПЧ) підвищуються, а області робочих діапазонів частот розширюються.
На рис. 2.10 показано типове сімейство добових графіків МПЛ та найменших застосовних частот (НПЧ) для випромінюваної потужності, що дорівнює 1 кВт.
Мал. 2.10 Хід кривих МПЛ та НПЛ.
Це сімейство добових графіків відповідає певним географічним районам. З нього випливає, що діапазон частот для ведення зв'язку на задану відстань може виявитися досить невеликим. При цьому необхідно враховувати, що іоносферні прогнози можуть мати похибку, тому при виборі максимальних частот зв'язку намагаються не перевищувати лінію так званої оптимальної робочої частоти (ГРЧ), що проходить нижче за лінію МПЧ на 20-30 %. Вочевидь, що робоча ширина ділянки діапазону від цього додатково скорочується. Зниження рівня сигналу при наближенні до максимально застосовної частоти пояснюється мінливістю параметрів іоносфери.
У зв'язку з тим, що стан іоносфери змінюється, зв'язок іоносферною хвилею потребує правильного вибору частот протягом доби:
ДНЕМ використовують частоти 12-30 МГц,
Вранці та ВЕЧОРОМ 8-12 МГц, Вночі 3-8 МГц.
З графіків також видно, що зі зменшенням протяжності лінії радіозв'язку ділянка застосовних частот скорочується (для відстаней до 500 км у нічний час вона може становити лише 1-2 МГц).
Умови радіозв'язку для протяжних ліній виявляються сприятливішими, ніж коротких, оскільки їх менше, а ділянка придатних частот їм значно ширше.
Істотне впливом геть стан KB радіозв'язку (особливо у полярних районах) може мати іоносферні і магнітні бурі, тобто. обурення іоносфери та магнітного поля Землі під впливом потоків заряджених частинок, що вивергаються Сонцем. Ці потоки часто руйнують основний відбиває іоносферний шар F2 у районі високих геомагнітних широт. Магнітні бурі можуть виявлятися у полярних областях, а й у всій земній кулі. Іоносферні обурення мають періодичність і пов'язані з часом обертання Сонця навколо своєї осі, яке дорівнює 27 діб.
Для коротких хвиль характерна наявність зон мовчання (мертвих зон). Зона мовчання (рис. 2.8) виникає при радіозв'язку великі відстані на ділянках, до яких поверхнева хвиля не доходить внаслідок її згасання, а просторова хвиля відбивається від іоносфери на більшу відстань. Це відбувається при використанні вузькоспрямованих антен при випромінюванні під невеликими кутами до горизонту.
Переваги КВ-діапазону:
іоносферні хвилі можуть поширюватися великі відстані з допомогою одноразового чи багаторазового відбиття від іоносфери за сприятливих умов. Вони слабо поглинаються нижніми областями іоносфери (шарами D та Е) і добре відбиваються верхніми (головним чином, шаром F2);
можливість використовувати відносно малопотужні радіостанції для прямого зв'язку в необмежено широкому діапазоні відстаней;
частотна місткість КВ-діапазону значно більша, ніж СДВ-, ДВ-, СВ-діапазонів, що забезпечує можливість одночасної роботи великої кількості радіостанцій;
антенні пристрої, що використовуються в діапазоні декаметрових хвиль, мають прийнятні (навіть для установки на рухомих об'єктах) габарити і можуть мати явно виражені спрямовані властивості. Вони мають малий час розгортання, дешеві та легко відновлюються при пошкодженнях.
Недоліки КВ-діапазону:
радіозв'язок іоносферними хвилями може здійснюватися, якщо застосовувані частоти лежать нижче максимальних значень (МПЛ), що визначаються для кожної протяжності лінії радіозв'язку ступенем іонізації шарів, що відбивають;
зв'язок можлива лише в тому випадку, якщо потужності передавачів і коефіцієнти посилення застосовуваних антен при поглинанні енергії в іоносфері забезпечують необхідну напруженість електромагнітного поля в точці прийому. Ця умова обмежує нижню межу застосовних частот (НПЧ);
недостатня частотна ємність для використання широкосмугових режимів роботи та маневру частотами;
величезна кількість одночасно працюючих радіостанцій за великої дальності зв'язку створює великий рівень взаємних перешкод;
велика дальність зв'язку дозволяє легко використовувати супротивником навмисні перешкоди;
наявність зон мовчання за умови забезпечення зв'язку великі відстані;
істотне зниження якості KB радіозв'язку іоносферними хвилями через завмирання сигналів, що виникають внаслідок непостійності структури шарів іоносфери, що відбивають, її постійного обурення і багатопроменевого поширення хвиль.
Область практичного застосування радіохвиль КВ-діапазону
KB радіостанції знаходять найширше практичне застосування зв'язку віддаленими абонентами.
Метрові хвилі (УКХ) включають ряд ділянок частотного діапазону, що володіють величезною частотною ємністю.
Природно, що ці ділянки значною мірою відрізняються одна за властивостями поширення радіохвиль. Енергія УКХ сильно поглинається Землею (загалом пропорційно квадрату частоти), тому земна хвиля досить швидко згасає. Для УКХ невластиве регулярне відбиток від іоносфери, отже, зв'язок розраховується використання земної хвилі і хвилі, распространяющейся у вільному просторі. Просторові хвилі коротші 6-7 м (43-50 МГц), як правило, проходять через іоносферу, не відбиваючись від неї.
Поширення УКХ відбувається прямолінійно, максимальна дальність обмежується дальністю прямої видимості. Її можна визначити за формулою:
де Dmax – дальність прямої видимості, км;
h1 – висота передавальної антени, м;
h2 – висота приймальної антени, м-код.
Однак за рахунок рефракції (заломлення) відбувається викривлення поширення радіохвиль. І тут у формулі дальності точнішим буде коефіцієнт не 3,57, а 4,1-4,5. З цієї формули випливає, що для збільшення дальності зв'язку на УКХ необхідно вище піднімати антени передавача та приймача.
Збільшення потужності передавача не веде до пропорційного збільшення дальності зв'язку, тому в даному діапазоні знаходять застосування малопотужні радіостанції. При зв'язку за рахунок тропосферного та іоносферного розсіювання потрібні передавачі значних потужностей.
На перший погляд, дальність зв'язку земними хвилями на УКХ має бути дуже невеликою. Проте слід враховувати, що із зростанням частоти підвищується ефективність антенних пристроїв, з допомогою чого компенсуються енергетичні втрати Землі.
Дальність зв'язку земними хвилями залежить від довжини хвиль. Найбільша дальність досягається на метрових хвилях, особливо на хвилях, що примикають до КВ-діапазону.
Метрові хвилі мають властивість дифракції, тобто. властивістю огинати нерівності рельєфу місцевості. Збільшенню дальності зв'язку на метрових хвилях сприяє явище тропосферного рефракції, тобто. явище заломлення в тропосфері, що забезпечує ведення зв'язку на закритих трасах.
У діапазоні метрових хвиль нерідко спостерігається дальнє поширення радіохвиль, що з низкою причин. Далеке поширення може виникнути при утворенні спорадичних іонізованих хмар ( спорадичного шару Fs). Відомо, що цей шар може з'явитися у будь-яку пору року та доби, проте для нашої півкулі – переважно наприкінці весни та початку літа у денний час. Особливістю цих хмар є дуже висока іонна концентрація, достатня іноді для відображення хвиль всього УКХ-діапазону. У цьому зона розташування джерел випромінювання щодо точок прийому перебуває найчастіше видаленні 2000-2500 км, котрий іноді ближче. Інтенсивність сигналів, відбитих від шару Fs, може бути дуже великою навіть за дуже невеликих потужностей джерел.
Іншою причиною далекого поширення метрових хвиль у роки максимуму сонячної активності може бути регулярний шар F2. Це поширення проявляється у зимові місяці у освітлений час точок відбиття, тобто. тоді, коли поглинання енергії хвиль у нижніх областях іоносфери є мінімальним. Дальність зв'язку при цьому може досягати глобальних масштабів.
Дальнє поширення метрових хвиль може бути при здійсненні висотних ядерних вибухів. У цьому випадку крім нижньої області підвищеної іонізації виникає верхня (на рівні шару Fs). Метрові хвилі проникають через нижню область, відчуваючи деяке поглинання, відбиваються від верхньої та повертаються на Землю. Відстань, що при цьому перекриваються, лежать в межах від 100 до 2500 км. Напруженість поля відображена ниххвиль залежить від частоти: найнижчі частоти зазнають найбільше поглинання в нижній області іонізації, а найвищі зазнають неповного відображення від верхньої області.
Кордон розділу між KB та метровими хвилями проходить на довжині хвилі 10 м (30 МГц). Властивості поширення радіохвиль що неспроможні змінюватися стрибком, тобто. повинна існувати область або ділянка частот, яка є перехідним. Такою ділянкою частотного діапазону є ділянка 20-30 МГц. У роки мінімуму сонячної активності (а також у нічний час незалежно від фази активності) ці частоти практично непридатні для телекомунікації іоносферними хвилями та їх використання виявляється надзвичайно обмеженим. У той же час за зазначених умов властивості поширення хвиль цієї ділянки стають дуже близькими до властивостей метрових хвиль. Не випадково ця ділянка частот застосовується на користь радіозв'язку, що орієнтується на метрові хвилі.
Переваги УКХ-діапазону:
малі габарити антен дозволяють реалізувати яскраво виражене спрямоване випромінювання, що компенсує швидке згасання енергії радіохвиль;
умови поширення в основному не залежать від часу доби та року, а також сонячної активності;
обмежена дальність зв'язку дозволяє багаторазово використовувати одні й самі частоти на ділянках поверхні, відстань між межами яких менше суми дальності дії радіостанцій з однаковими частотами;
менший рівень ненавмисних (природного та штучного походження) та навмисних перешкод за рахунок вузькоспрямованих антен та огпораненої дальності зв'язку;
величезна частотна ємність, що дозволяє використовувати перешкодостійкі широкосмугові сигнали для великої кількості станцій, що одночасно працюють;
при використанні для радіозв'язку широкосмугових сигналів досить частотної нестабільності радіолінії f = 10 -4 ;
здатність УКХ проникати через іоносферу без істотних енергетичних втрат уможливила здійснення космічного радіозв'язку на відстані, що вимірюються мільйонами кілометрів;
висока якість радіоканалу;
через дуже низькі енергетичні втрати у вільному просторі дальність зв'язку між літальними апаратами, обладнаними відносно малопотужними радіостанціями, може досягати кількох сотень кілометрів;
властивість далекого поширення метрових хвиль;
мала потужність передавачів та невелика залежність дальності зв'язку від потужності.
Недоліки УКХ-діапазону:
мала дальність радіозв'язку земною хвилею, практично обмежена прямою видимістю;
при використанні вузькоспрямованих антен утруднено роботу з кількома кореспондентами;
при використанні антен з круговою спрямованістю зменшується дальність зв'язку, розвідзахищеність, схибленість.
Область практичного застосування радіохвиль УКХ-діаназону Діапазон використовується одночасно великою кількістю радіостанцій, тим більше, що дальність взаємного змішування між ними, як правило, невелика. Властивості поширення земних хвиль забезпечують широке застосування ультракоротких хвиль для зв'язку в тактичній ланці управління, у тому числі між різними рухомими об'єктами. Зв'язок міжпланетні відстані.
Враховуючи переваги та недоліки кожного діапазону, можна дійти невтішного висновку, що найбільш прийнятними діапазонами до роботи радіостанціями малої потужності є діапазони декаметрових (KB) і метрових (УКХ) хвиль.
2.5 Вплив ядерних вибухів стан радіозв'язку
При ядерних вибухах миттєве гамма-випромінювання, взаємодіючи з атомами навколишнього середовища, створює потік швидких електронів, що з великою швидкістю летять переважно у радіальному напрямку від центру вибуху, і позитивних іонів, що залишаються практично на місці. Таким чином, у просторі на деякий час відбувається поділ позитивних та негативних зарядів, що призводить до виникнення електричних та магнітних полів. Ці поля з огляду на їх короткочасність прийнято називати електромагнітним імпульсом (ЕМІ) ядерного вибуху. Тривалість його існування приблизно 150-200 мілісекунд.
Електромагнітний імпульс (п'ятий вражаючий фактор ядерного вибуху) за відсутності спеціальних заходів захисту може пошкоджувати апаратуру управління та зв'язку, порушувати роботу електричних пристроїв, підключених до протяжних зовнішніх ліній.
Найбільш схильні до впливу електромагнітного імпульсу ядерного вибуху системи зв'язку, сигналізації та управління. В результаті впливу ЕМІ наземного або повітряного ядерного вибуху на антени радіостанцій в них наводиться електрична напруга, під дією якої може відбуватися пробій ізоляції, трансформаторів, плавлення проводів, вихід з ладу розрядників, псування електронних ламп, напівпровідникових приладів, конденсаторів, опорів і т.п. .
Встановлено, що при впливі ЕМІ на апаратуру найбільша напруга наводиться на вхідних ланцюгах. Щодо транзисторів спостерігається така залежність: чим вищий коефіцієнт посилення транзистора, тим менша його електрична міцність.
Радіоапаратура має електричну міцність за постійною напругою трохи більше 2-4 кВ. Враховуючи, що електромагнітний імпульс ядерного вибуху є короткочасним, граничну електричну міцність апаратури без засобів захисту можна вважати вищою приблизно 8-10 кВ.
У табл. 1 наведено орієнтовні відстані (в км), на яких в антенах радіостанцій в момент ядерного вибуху наводяться небезпечні для апаратури напруги, що перевищують 10 і 50 кВ.
Таблиця 1
Hа більших відстанях вплив ЕМІ виявляється аналогічним впливу не дуже далекого розряду блискавки і не викликає пошкодження апаратури.
Вплив електромагнітного імпульсу на радіоапаратуру різко знижується у разі застосування спеціальних заходів захисту.
Найбільш афективним способом зашитірадіоелектронної апаратури, розташованої в спорудах, є використання електропровідних (металевих) екранів, які значною мірою знижують величини напруги, що наводяться на внутрішніх проводах і кабелях. Застосовуються засоби захисту, аналогічні грозозахисним засобам: розрядники з дренажними та замикаючими котушками, плавкі вставки, пристрої, що розв'язують, схеми автоматичного відключення апаратури від лінії.
Гарним захисним заходомє також надійне заземлення апаратури на одній точці. Ефективно і виконання радіотехнічних пристроїв побічно, із зашитою кожного блоку та всього пристрою загалом. Це дає можливість швидко змінити блок, що вийшов з ладу, резервним (у найбільш відповідальній апаратурі проводиться дублювання блоків з автоматичним перемиканням їх при пошкодженні основних). У деяких випадках для захисту від ЕМІ можна використовувати селенові елементи та стабілізатори.
Крім того, можуть бути застосовані захисні вхідні пристрої, які являють собою різні релейні або електронні пристрої, що реагують на перевищення напруги ланцюга. При надходженні імпульсу напруги, наведеного в лінії електромагнітним імпульсом, вони відключають живлення від апарата або просто розривають робочі ланцюги.
При виборі захисних пристроїв слід враховувати, що вплив ЕМІ характеризується масовістю, тобто одночасним спрацюванням захисних засобів у всіх ланцюгах, що опинилися в районі вибуху. Тому схеми захисту, що застосовуються, повинні автоматично відновлювати працездатність ланцюгів негайно після припинення дії електромагнітного імпульсу.
Стійкість апаратури до впливу напруги, що виникають у лініях при ядерному вибуху, великою мірою залежить від правильної експлуатації лінії та ретельного контролю справності засобів захисту.
До важливим вимогам експлуатації відноситься періодична і своєчасна перевірка електричної міцності ізоляції лінії та вхідних ланцюгів апаратури, своєчасне виявлення та усунення заземлень проводів, що виникли, контроль за справністю розрядників, плавких вставок і т. п.
Висотний ядерний вибух супроводжується утворенням областей підвищеної іонізації. При вибухах на висотах приблизно до 20 км іонізована область обмежується спочатку розмірами області, що світиться, а потім хмарою вибуху. На висотах 20-60 км розміри іонізованої області дещо більші за розміри хмари вибуху, особливо біля верхньої межі цього діапазону висот.
При ядерних вибухах великих висотах у атмосфері виникають дві області підвищеної іонізації.
Перша область утворюється в районі вибуху за рахунок іонізованої речовини боєприпасу та іонізації повітря ударною хвилею. Розміри цієї області у горизонтальному напрямку досягають десятків та сотень метрів.
Друга область підвищеної іонізації виникає нижче від центру вибуху в шарах атмосфери на висотах 60-90 км в результаті поглинання повітрям проникаючих випромінювань. Відстань, на яких проникаючі випромінювання виробляють іонізацію, у горизонтальному напрямку становлять сотні і навіть тисячі кілометрів.
Області підвищеної іонізації, що виникають при висотному ядерному вибуху, поглинають радіохвилі та змінюють напрямок їх поширення, що призводить до суттєвого порушення роботи радіозасобів. У цьому виникають перебої у радіозв'язку, а деяких випадках вона порушується повністю.
Характер вражаючої дії електромагнітного імпульсу висотних ядерних вибухів переважно аналогічний характеру вражаючої дії ЕМІ наземних і повітряних вибухів.
Заходи захисту від вражаючої дії електромагнітного імпульсу висотних вибухів такі самі, як і ЕМІ наземних і повітряних вибухів.
2.5.1 Захист від іонізуючих та електромагнітних випромінювань
висотних ядерних вибухів (ВПВ)
Перешкоди РС можуть виникати внаслідок вибухів ядерних боєприпасів, що супроводжуються випромінюванням потужних електромагнітних імпульсів малої тривалості (10-8 с) і зміною електричних властивостей атмосфери.
ЕМІ (радіоспалах) виникає:
по перше , внаслідок асиметричного розширення хмари електричних розрядів, що утворюються під впливом іонізуючих випромінювань вибухів;
по-друге , за рахунок швидкого розширення добре провідного газу (плазми), що утворюється з продуктів вибуху.
Після вибуху в космосі створюється вогненна куля, яка є сильно іонізованою сферою. Ця сфера швидко розширюється (зі швидкістю близько 100-120 км/год) над земною поверхнею, перетворюючись на сферу хибної конфігурації, товщина сфери сягає 16-20 км. Концентрація електронів у сфері може сягати 105-106 електр./см3, т. е. в 100-1000 разів перевищувати нормальну концентрацію електронів в іоносферному шарі D.
Висотні ядерні вибухи (ВЯВ) на висотах більше 30 км істотно впливають на великих просторах протягом тривалого часу на електричні характеристики атмосфери, і, отже, дуже впливають на поширення радіохвиль.
Крім того, потужний електромагнітний імпульс, що виникає при ВЯВ, індукує в провідних лініях зв'язку великі напруги (до 10 000-50 000 В) і струми до декількох тисяч ампер.
Потужність ЕМІ настільки велика, що його енергії достатньо для проникнення в товщу землі до 30 м та наведення ЕРС у радіусі до 50-200 км від епіцентру вибуху.
Однак основний вплив ВЯВ полягає в тому, що величезна кількість енергії, що виділилося про вибух, а також інтенсивні потоки нейтронів, рентгенівських, ультрафіолетових і гамма - променів призводять до утворення в атмосфері сильно іонізованих областей і підвищенню щільності електронів в іоносфері, що в свою чергу. до поглинання радіохвиль та порушення стійкості функціонування системи керування.
2.5.2 Характерні ознаки В'ЯВ
В'ЯВ у даному районі або поблизу нього супроводжується миттєвим припиненням прийому далеких станцій у КВ діапазоні хвиль.
У момент припинення зв'язку в телефонах спостерігається коротке клацання, а потім прослуховуються лише власні шуми приймача та слабкі тріски типу громових розрядів.
Через кілька хвилин після припинення зв'язку на КВ різко зростають перешкоди від далеких станцій у метровому діапазоні хвиль на УКХ.
Зменшується дальність дії РЛЗ та точність вимірювання координат.
В основі захисту електронних засобів лежить правильне використання частотного діапазону та всіх факторів, що виникають внаслідок застосування ВЯВ
2.5.3 Основні визначення:
відбита радіохвиля (відбита хвиля ) – радіохвиля, що поширюється після відбиття від поверхні поділу двох середовищ або від неоднорідностей середовища;
пряма радіохвиля (пряма хвиля ) - радіохвиля, що поширюється безпосередньо від джерел до місця прийому;
земна радіохвиля (земна хвиля ) - радіохвиля, що поширюється поблизу земної поверхні і включає пряму хвилю, хвилю, відбиту від землі, і поверхневу хвилю;
іоносферна радіохвиля (іоносферна хвиля ) – радіохвиля, що поширюється в результаті відбиття від іоносфери або розсіювання на ній;
поглинання радіохвиль (поглинання ) – зменшення енергії радіохвилі внаслідок часткового переходу її в теплову енергію внаслідок взаємодії із середовищем;
багатопроменеве поширення радіохвиль (багатопроменеве поширення ) – поширення радіохвиль від передавальної до приймальної антени по кількох траєкторіях;
діюча висота відбиття шару (діюча висота ) – гіпотетична висота відображення радіохвилі від іонізованого шару, що залежить від розподілу електронної концентрації по висоті і довжині радіохвилі, що визначається через час між передачею і прийомом відбитої іоносферної хвилі при вертикальному зондуванні в припущенні, що швидкість поширення радіохвилі на всьому шляху дорівнює;
іоносферний стрибок (стрибок ) – траєкторія поширення радіохвилі однієї точки на поверхні Землі до іншої, проходження якою супроводжується одним відображенням від іоносфери;
максимальна застосовна частота (МПЛ) - найвища частота радіовипромінювання, на якій існує іоносферне поширення радіохвиль між заданими пунктами в заданий час у певних умовах, це частота, яка ще відбивається від іоносфери;
оптимальна робоча частота (ГРЧ) – частота радіовипромінювання нижче ПЛ, де може здійснюватися стійка радіозв'язок у певних геофізичних умовах. Як правило, ГРЧ нижче МПЛ на 15%;
вертикальне іоносферне зондування (вертикальне зондування ) – іоносферне зондування за допомогою радіосигналів, що випромінюються вертикально вгору щодо поверхні Землі за умови, що точки випромінювання та прийому суміщені;
іоносферне обурення - Порушення в розподілі іонізації в шарах атмосфери, яке перевершує зазвичай зміни середніх характеристик іонізації для даних географічних умов;
іоносферна буря - Тривале іоносферне обурення великої інтенсивності.
При визначенні дальності дії радіосистем доводиться враховувати поглинання та заломлення радіохвиль при їх поширенні в атмосфері, їх відображення від іоносфери, вплив підстилаючої поверхні вздовж траси, якою поширюється радіосигнал.
Ступінь впливу цих факторів залежить від частотного діапазону та умов експлуатації радіосистеми (час доби, географічний район, висота антени передавача та приймача).
Вплив поглинання та заломлення радіохвиль найбільш істотно в нижньому основному шарі атмосфери, що називається тропосферою. Тропосфера простягається за висотою до 8-10 км у полярних районах і до 16-18 км у тропічних широтах Земної кулі. У тропосфері зосереджена основна частина водяної пари, утворюються хмари та турбулентні потоки, що впливає на поширення радіохвиль, особливо міліметрового, сантиметрового та дециметрового діапазонів, що використовуються у радіолокації та ближній радіонавігації.
Відображення радіохвиль від іоносфери найбільше позначається на декаметрових і довших хвилях, що застосовуються в системах навігації та зв'язку.
Розглянемо коротко вплив перерахованих чинників.
Вплив загасання радіохвиль у тропосфері пов'язане з їх поглинанням молекулами кисню та водяної пари, гідрометеорами (дощ, туман, сніг) та твердими частинками. Поглинання та розсіювання веде до зниження щільності потоку потужності радіохвилі з відстанню за експоненційним законом, тобто потужність сигналу на вході послаблюється в раз. Значення множника ослаблення залежить від коефіцієнта загасання , і відстані, що проходить радіохвилями D. Якщо коефіцієнт , вздовж усієї траси постійний і розглядається випадок активної РЛС з пасивною відповіддю, то і потужність сигналу на вході приймача зменшується за рахунок загасання від до
Якщо висловити, в, то. За наявності в атмосфері гідрометеорів та інших частинок коефіцієнт загасання є сумою приватних коефіцієнтів загасання, викликаних поглинанням молекулами кисню і водяної пари, а також впливом рідких і твердих частинок. Молекулярне поглинання в атмосфері відбувається переважно на частотах, близьких до резонансних. Резонансні лінії всіх газів атмосфери, за винятком кисню та водяної пари, розташовані поза діапазоном радіохвиль, тому істотно впливає на дальність дії РТС лише поглинання молекулами кисню та водяної пари. Поглинання молекулами водяної пари максимально на хвилі, а молекулами кисню - на хвилях.
Таким чином, молекулярне поглинання значно у сантиметровому і особливо в міліметровому діапазонах, де воно обмежує дальність дії радіосистем, особливо радіолокаційних, що працюють за відбитими сигналами.
Іншою причиною, що викликає втрати енергії сигналу при поширенні, є розсіювання радіохвиль, насамперед дощовими краплями та туманом. Чим більше відношення радіусу краплі до довжини хвилі
до довжини хвилі тим більше втрати енергії за рахунок її розсіювання в усіх напрямках. Це розсіювання зростає пропорційно до четвертого ступеня частоти, оскільки ЕПР краплі при
де – діелектрична проникність води.
Якщо відомі діаметр крапель та його число на одиницю обсягу, можна визначити коефіцієнт згасання . У довідниках коефіцієнт для дощу зазвичай вказується залежно від його інтенсивності та довжини хвилі. У сантиметровому діапазоні коефіцієнт загасання змінюється приблизно пропорційно квадрату частоти сигналу. Якщо на частоті при мм/год, то на частоті при тій же інтенсивності дощу .
Ослаблення радіохвиль у тумані прямо пропорційне концентрації води в ньому. Ослаблення радіохвиль внаслідок граду та снігу значно менше, ніж унаслідок дощу чи туману, та його впливом зазвичай нехтують.
Максимальна дальність дії РЛЗ з урахуванням згасання може бути знайдена за формулою
якщо відома дальність дії у вільному просторі. Це рівняння можна вирішувати графічно, представивши у логарифмічній формі. Після простих перетворень знайдемо
Позначимо відносне зменшення дальності та запишемо рівняння у вигляді, зручному для графічного розв'язання:
На рис 9.4 наведено залежність що дозволяє при заданих і знайти , отже, .
Вплив рефракції радіохвиль у атмосфері. Рефракцією (заломленням, викривленням) радіохвиль називають відхилення поширення радіохвиль від прямолінійного при проходженні ними середовища з електричними параметрами, що змінюються. Заломлюючі властивості середовища характеризуються коефіцієнтом заломлення, що визначається її діелектричною проникністю. Разом з коефіцієнт заломлення в атмосфері змінюється з висотою. Швидкість зміни з висотою характеризується градієнтом, значення та знак якого характеризують рефракцію.
При рефракції відсутня. Якщо рефракцію вважають негативною і траєкторія радіохвилі викривляється в бік від поверхні Землі. рефракція позитивна і траєкторія радіохвилі викривлена у бік Землі, що призводить до її обгинання радіохвиль та збільшення дальності дії радіосистем і, зокрема, дальності радіолокаційного виявлення кораблів і низьколітаючих.
Для нормального стану атмосфери , тобто рефракція є позитивною, що веде до збільшення дальності радіогоризонту. Вплив нормальної рефракції враховується збільшенням радіуса Землі, що здається, в рази, що рівносильно збільшенню дальності радіогоризонту до . Радіус кривизни траєкторії радіохвилі обернено пропорційний градієнту, тобто. При радіусі кривизни траєкторії радіохвилі дорівнює радіусу Землі, і радіохвиля, спрямована горизонтально, поширюється паралельно поверхні Землі, огинаючи її. Це випадок критичної рефракції, у якому можливе значне збільшення дальності дії РЛЗ.
При аномальних умовах у тропосфері (різке збільшення тиску, вологості, температури) можлива і надрефракція, при якій радіус кривизни траєкторії радіохвилі стає меншим за радіус Землі. При цьому в тропосфері можливе хвилеводне поширення радіохвиль на великі відстані, якщо антена РЛС і об'єкт знаходяться на висотах в межах шару тропосфери, що утворює хвилеводний канал.
Вплив поверхні, що підстилає. Крім атмосферної рефракції, обгинання земної поверхні відбувається внаслідок дифракції радіохвиль. Однак у зоні тіні (за горизонтом) напруженість радіохвиль швидко падає через втрати в підстилаючій поверхні, які швидко ростуть із збільшенням частоти радіосигналу. Тому тільки на хвилях понад 1000 м поверхнева хвиля, тобто хвиля, що оминає поверхню Землі, може забезпечити більшу дальність дії системи (кілька сотень і навіть тисяч кілометрів). Тому в РНС далекої дії використовують хвилі довгохвильового та наддовгохвильового діапазонів.
Згасання поверхневої хвилі залежить від діелектричної проникності та електропровідності поверхні, що підстилає, причому для морської поверхні і для піщаних або гірських пустель; у своїй змінюється не більше 0,0001 - 5 Див/м. Із зменшенням провідності ґрунту згасання різко збільшується, тому найбільша дальність дії забезпечується при поширенні радіохвиль над морем, що суттєво для морської радіонавігації.
Вплив поверхні, що підстилає, позначається не тільки на дальності дії РНС, але і на їх точності, оскільки фазова швидкість поширення радіохвиль також залежить від параметрів поверхні, що підстилає. Створюються спеціальні карти поправок фазової швидкості залежно від параметрів поверхні, що підстилає, проте, оскільки ці параметри змінюються в залежності від пори року і доби і навіть погоди, повністю виключити похибки місцевизначення, викликані зміною фазової швидкості поширення радіохвиль, практично неможливо.
Радіохвилі з довжиною понад 10 м можуть поширюватися за горизонт також внаслідок одноразового або багаторазового відбиття від іоносфери.
Вплив відбиття радіохвиль іоносферою. Радіохвилі, що досягають приймальної антени після відображення іоносфери, називають просторовими.
Такі хвилі забезпечують дуже велику дальність дії, що я використовується у зв'язкових системах короткохвильового (декаметрового) діапазону. На просторових хвилях здійснюється також наддале радіолокаційне виявлення деяких цілей (ядерних вибухів і запуску ракет) за допомогою відбитих метою сигналів, які на трасі поширення відчувають одне або кілька відображень від іоносфери та поверхні Землі. Явище прийому таких сигналів (ефект Кабанова) було відкрито радянським вченим Н. І. Кабановим у 1947 р. РЛС, засновані на цьому ефекті, називають іоносферними чи загоризонтними. У таких станціях, що працюють на хвилях довжиною 10-15 м, як і в звичайних РЛС, дальність мети визначається за часом запізнення сигналу, а напрямок фіксується за допомогою спрямованої антени. Внаслідок нестійкості іоносфери точність таких станцій невелика, а розрахунок дальності дії представляє складне завдання через труднощі обліку втрат на розсіювання та поглинання радіохвиль на шляху розповсюдження, а також при їх відображенні від Землі та іоносфери. При цьому слід враховувати також втрати через зміну площини поляризації радіохвиль.
p align="justify"> Залежність висоти іоносфери від багатьох причин призводить до непередбачуваних змін затримки сигналу, що ускладнює використання просторових хвиль для радіонавігації. Більш того, інтерференція просторових і поверхневих хвиль веде до спотворення поверхневого сигналу і знижує точність місцезнаходження.
На закінчення розглянемо особливості поширення радіохвиль світіаметрового (наддовгохвильового) діапазону довжиною 10-30 км, що застосовуються в системах глобальної навігації наземного базування. Ці хвилі погано поглинаються поверхнею, що підстилає, і добре відбиваються від неї, а також від іоносфери як вночі, так і вдень. В результаті наддовгі хвилі поширюються навколо Землі, як у хвилеводі, обмеженому поверхнею Землі та іоносферою, на дуже великі відстані. При цьому зміна швидкості поширення та фазові зрушення можна прогнозувати, що забезпечує точність визначення місця, достатню для судноводіння у відкритому морі.
В даний час для глобальної навігації застосовують супутникові РНС, в яких завдяки великій висоті орбіт ШСЗ забезпечується пряма «видимість» на великих відстанях при використанні дециметрових хвиль, які вільно проходять через іоносферу. системи, яка для глобальних СРНС охоплює весь навколоземний простір.
Напишіть рівняння дальності РЛЗ у вільному просторі.
Яким чином дальність дії РЛС залежить від її довжини хвилі?
Як впливає відбиток радіохвиль від Землі на дальність дії РЛС?
У чому особливість виявлення низькорозташованих об'єктів?
Які основні причини послаблення сигналу радіолокації при поширенні?
Визначте дальність дії РЛС трисантиметрового діапазону, що працює в умовах дощу інтенсивністю мм/год(). Дальність дії РЛС у вільному просторі.
За яких умов рефракція радіохвиль призводить до аномального збільшення дальності дії РЛЗ?
У чому виражається вплив поверхні, що підстилає, на роботу РНС?
Що таке ефект Кабанова і як його застосовують на практиці?
Чому в глобальних РНЗ наземного базування використовуються радіохвилі СДВ-діапазону?
