Ну вот и дошли до темы распространения радиоволн в пространстве, и сейчас мы узнаем какие бывают радиоволны в зависимости от условий распространения.Также узнаем классификацию диапазонов радиочастот и радиоволн ну и влияние на распространение радиоволн в разных слоях атмосферы которая состоит из трёх слоёв.
Радиоволны в зависимости от условий распространения делятся на прямые, тропосферные, земные (поверхностные), ионосферные (пространственные).
- Земные – радиоволны, которые распространяются в непосредственной близости от поверхности земли и частично огибают ее поверхность.
- Ионосферные – радиоволны, распространяющиеся путем последовательного отражения от верхних слоев атмосферы (ионосферы) и от земной поверхности (КВ радиосвязь).
- Тропосферные – радиоволны, которые распространяются в приземной области атмосферы (на высоте 8-18 км), рассеиваются и искривляются на ее неоднородностях (тропосферная УКВ радиосвязь).
- Прямые – радиоволны, которые распространяются в свободном пространстве, в частности, в космосе (космическая связь с использованием спутников-ретрансляторов).
 
Электрические свойства атмосферы и ее влияние на распространение радиоволн.
Атмосферой называется газовая оболочка земли.Земная атмосфера,состоящая из воздуха и влаги, является основной средой,где распространяются радиоволны.Состав атмосферы неоднороден.
Атмосфера делится на три части (слоя):
- Верхний слой атмосферы на высотах свыше 60км называют ионосферой.
- Слой атмосферы на высотах 20-60км называют стратосферой.
- Нижнюю часть атмосферы до высот 10- 20км называют тропосферой.
Тропосферой называется приземный слой толщиной 10 – 15 км. Она состоит из воздуха и водяных паров. Проводимость воздуха очень мала, поэтому радиоволны длиннее 30 см практически не испытывают поглощения. Более короткие волны поглощаются в капельках воды. Коэффициент преломления тропосферы убывает с увеличением высоты, что приводит к искривлению траектории радиоволны, т.е. к рефракции, особенно заметной в диапазоне УКВ. В тропосфере имеются и локальные неоднородности, способные рассеивать радиоволны диапазона УКВ. На этом основана работа тропосферных линий связи.
Тропосфера постепенно переходит в стратосферу, простирающуюся до высот 50 – 60 км. Воздух в этом слое достаточно сильно разрежен и состоит в основном из нейтральных молекул. Поэтому стратосфера существенного влияния на распространение радиоволн не оказывает.
Ионосфера находится на высотах примерно от 60 – 80 до 400 – 600 км и состоит в основном из заряженных частиц. Наличие свободных электрических зарядов обусловливает отражение от ионосферы радиоволн длиннее 10 м. В ионосфере имеется несколько регулярных слоев (максимумов ионизации), которых обозначают символами D, E, F. Ионизированные слои воздуха оказывают сильное влияние на распространение радиоволн.
Ближе всего к поверхности земли на высоте около 60-90км расположен слой D. Это нерегулярное образование ионосферы существует только в дневные часы, когда велика интенсивность солнечного ионизирующего излучения.Этот слой почти не способен отражать радиоволны, он их только поглощает, и тем сильнее, чем длиннее волна.
На высотах 90-140км постоянно 250-400 км существует слой E.Ночью слой располагается несколько выше, а днем – ниже, что связано с изменениями потока ионизирующего излучения.От слоя E хорошо отражаются длинные и средние волны, а короткие в нем сильно поглощаются.
Самый верхний слой, слой F, располагается на высотах около 140-400км. В летнее время (май-октябрь) днем он расщепляется на слои F1 и F2. Слой F1 расположен на высотах 140-250км и обусловлен ионизацией молекулярного азота, а слой F2 (250-400км) обусловлен ионизацией атмосферного кислорода. Ночью слой F1 исчезает вследствие рекомбинации, а слой F2 сохраняется, хотя концентрация электронов в нем уменьшается.Слой F2 является основным отражающим слоем для коротких волн.
Вывод:
- Солнечные лучи, попадая в верхние слои атмосферы, создают незначительную ионизацию, т.к. газ очень разряжен.
- По мере проникновения лучей в более плотные слои атмосферы степень ионизации увеличивается. С приближением к земле энергия солнечных лучей падает и степень ионизации опять уменьшается.
- Т.о., ионосфера состоит из нескольких ионизированных слоев, плавно переходящих один в другой. Число ионизированных слоёв, их высота над землёй и степень ионизации зависят от времени суток и времени года, географической широты, плотности атмосферы, солнечной активности.
Ионосфера оказывает существенное влияние на распространение радиоволн, вызывая затухание и отражение. Чем меньше частота, тем больше поглощение. Для каждой трассы существует некоторое минимальное значение частоты, радиоволна которой создает в точке приема достаточную напряженность поля. Такая частота называется наименьшей применимой частотой (НПЧ). Радиоволны меньшей частоты при заданной мощности передатчика поглощаются ионосферой и не могут использоваться на данной трассе. Чем больше частота, тем большей концентрацией электронов должен обладать отражающий слой. Максимальная частота, волна которой способна отразиться от ионосферы при данном угле возвышения, называется максимально применимой частотой (МПЧ).
Максимальная частота, радиоволна которой отражается от данного слоя ионосферы при вертикальном излучении, называется критической частотой и является важнейшим параметром слоя. Например, для слоя Е критическая частота равна нескольким МГц, для слоя F может достигать 10 –15 МГц. Состояние ионосферы не остается постоянным. Оно зависит от времени года, суток, широты местности и других факторов, являющихся следствием изменения солнечной активности. Нередко летом под действием потока метеоров на высоте 90 – 110 км возникает нерегулярный спорадический слой Ес. В ионосфере могут образовываться и локальные неоднородности, вызывающие рассеивание УКВ. Это явление лежит в основе работы ионосферных линий связи.
Особенности распространения радиоволн различных частотных диапазонов:
Мириаметровые (СДВ 100-10км) и километровые (ДВ 1-10 км) при достаточной мощности передачи обеспечивают устойчивый прием на расстояние до 20 тыс. км.
- Распространяются над земной поверхностью - хорошая дифракция - малые потери энергии в земной поверхности – дальность связи земной волной до 3000 км.
- Независимы от времени года и суток, изменений ионосферы. На радиолиниях свыше 3000км распространяются путем многократного последовательного отражения от нижних слоев ионосферы и земной поверхности.
- Используются для сверхдальней ТЛГ связи, передачи эталонных частот и сигналов точного времени, в глобальных системах навигации, для связи с подводными лодками. ДВ - в радиовещании и радионавигации, а так же для связи в полярных широтах.
Недостатки:
- для связи на большие расстояния требуются сверхмощные передатчики и антенны огромных размеров.
- очень узкий диапазон частот, исключающий применение широкополосной модуляции.
- высокий уровень атмосферных помех (спектр излучения разряда молний имеет максимум на частотах 7-30 кГц).
Гектометровые (СВ 100-1000м) имеют сезонную и временную зависимости. Зимой распространяются лучше.Днем наблюдаются только поверхностные волны, т.к. пространственные поглощаются в ионосфере (слой D). Ночью, с исчезновением слоя D, поглощение уменьшается, волна отражается от более высоких слоев ионосферы. Дальность связи ИВ при мощности передачи 1кВт достигает 1500-2000км. Дальность действия земных волн ограничивается 500км вследствие их значительного (по сравнению с ДВ) поглощения почвой. Не подвержены ионосферному воздействию, поэтому находят широкое применение в северных широтах. На волнах длиной 485 - 515 м передаются сигналы бедствия. СВ широко используются для радиовещания.
Декаметровые (КВ 10-100м) имеют более резко выраженную зависимость распространения волны от состояния ионосферы. Поверхностные волны значительно больше средних поглощаются почвой и хуже огибают выпуклость земли. Дальность их распространения составляет десятки, реже сотни км при мощности передатчика 0,2-1 кВт. Основную роль в КВ диапазоне играют пространственные волны, которые, отражаясь от самых верхних слоев ионосферы и от поверхности земли, распространяются на тысячи км при небольших мощностях передатчиков. Выбор ОРЧ производится по радиопрогнозу в зависимости от ионизации атмосферы, поэтому для связи выбирают дневные – более высокие частоты (12-20МГц), ночные – более низкие частоты (5-7,5Мгц). Используются для радиовещания и радиосвязи (в т. ч. любительской). Широко применяются в Сухопутных войсках в звене от полка и выше.
Ультракороткие волны условно включают несколько поддиапазонов волн короче 10м: метровые (10-1м), дециметровые (1-0,1м), сантиметровые (10-1см), миллиметровые (10-1мм). Благодаря огромному частотному диапазону имеется возможность передачи колоссального объема информации путем использования широкополосных частотных каналов (космическая, тропосферная, радиорелейная связь). УКВ широко применяются для связи, радиолокации, радионавигации, радиовещания и телевидения. Радиосвязь в диапазоне метровых волн получила широкое распространение в тактическом звене управления Сухопутных войск. Волны УКВ диапазона распространяются различными способами: - над поверхностью земли в пределах прямой видимости (радио и радиорелейная связь); - за счет рассеяния волн в тропосфере (тропосферная связь); - в свободном пространстве между землей и спутниками– ретрансляторами (космическая связь).
Основные особенности УКВ - сильное поглощение энергии волн в земле и отсутствие отражения от ионосферы.
Иначе говоря, на распространение ультракоротких волн ионосфера не влияет. Эти волны проходят сквозь ионосферу, не отражаясь от нее и не возвращаясь на землю, как другие.
Дальность связи в УКВ диапазоне невелика потому, что волны сильно поглощаются землёй и не обладают выраженным свойством дифракции.
Для ведения УКВ радиосвязи практически всегда необходима геометрическая видимость между связывающимися пунктами.
Д = 3,6 (√h1 + √h2),
Где Д – дальность связи, ограниченная пределами прямой видимости в км; h1 и h2 – высота подъема приемной и передающей антенн в метрах.
Поглощение энергии УКВ в земле компенсируется повышением эффективности антенн, так как их размеры становятся того же порядка, что и длина волны (АШ-1,5…АШ-4). Поэтому при наличии геометрической видимости между пунктами связь может поддерживаться при относительно малой мощности радиостанций, а в нижней части спектра (30-50 МГц) ведение связи возможно и на закрытых трассах.
На этом пожалуй всё.
|
