Радиотехника - Давыдов С.Л.
Скачать (прямая ссылка):
земли
Процесс отражения радиоволн ионосферными слоями удобно' объяснять, исходя из представлений о скорости распространения волн в ионизированном газе. Скорость распространения в слоях, содержащих ионизированные газы, увеличивается по мере увеличения концентрации заряженных частиц. Поэтому скорость "перемещения фронта радиоволны в ионосфере больше, чем в тропосфере и стратосфере, а внутри каждого ионосферного слоя больше, чем на его нижней и верхней границах. Это объясняет то, что при падении волны на ионосферу под некоторым углом (рис. 5.10) часть фронта, достигшая ионосферы раньше, успевает пройти большее расстояние и обгоняет остальные участки фронта. Вследствие этого фронт волны искривляется и волна распространяется сначала вдоль ионизированного слоя, а затем выходит из него обратно к поверхности земли.
Необходимо отметить, что скорость распространения радиоволн в ионосфере зависит и от частоты распространяющихся электромагнитных колебаний. Она уменьшается с повышением частоты колебаний. Этим и объясняется тот факт, что радиоволны низких частот отражаются более низкими слоями ионосферы, имеющими сравнительно небольшую концентрацию ионов. Увеличение же скорости распространения радиоволн ультравысокой частоты даже в самых плотных слоях оказывается столь незначительным, что ультра-короткие волны не возвращаются из ионосферы, а уходят за ее пределы в космическое пространство.
92
Из приведенного объяснения следует также вывод о том, что условия отражения радиоволн от ионосферы в сильной степени зависят от того, под каким углом приходят к ней радиоволны. При скользящем падении радиоволн на ионосферу требуется лишь небольшое увеличение скорости их распространения, чтобы волны возвратились на поверхность земли. Поэтому, в частности, при скользящем падении происходит отражение даже ультракоротких радиоволн (длиннее 6 м), распространяющихся за счет
высоте слоя ночью
~ "* *— —" ~~ "74-----*------
У ч
У
/ ч
Высота слоя днем У чк
„ Рис. 5.11. Схема, иллюстрирующая необходимость применения в ночное время более длинных волн, чем днем
такого отражения на расстояния не менее 2000 км. С другой стороны, даже короткие волны, излученные вертикально вверх, не всегда отражаются и самым мощным ионизированным слоем.
Выше уже говорилось, что концентрация ионов в слоях ионосферы изменяется в течение суток: днем она больше, ночью меньше. Поэтому волна-, отражавшаяся от ионосферы днем на одной высоте, .ночью будет отражаться на большей. А это может, как видно из рис. 5.11, нарушить связь. Чтобы в ночное время связь не нарушалась и отражение произошло на той же высоте, что и днем, необходимо уменьшить рабочую частоту связи. По этой причине радиостанциям, работающим в течение круглых суток, выделяется не одна, а по крайней мере две рабочие волны — дневная и ночная. Кроме того, в некоторых случаях назначаются волны для связи в утренние и вечерние часы.
Из рис. 5.11 видно, что за счет уменьшения концентрации ионов в ионосфере и увеличения высоты отражения радиоволн дальность радиосвязи ночью резко увеличивается. Это сопровождается повышением уровня помех за счет полей дальних радиостанций, что вызывает снижение фактической дальности радиосвязи в ночное время. Помня об этом, радисты должны всегда стремиться работать при минимально необходимой мощности, не увеличивая ее без достаточных оснований.
93
Отличительная особенность пространственной волны — весьма малое затухание ее при распространении на очень большие расстояния. Величина поглощения зависит от длины пути, проходимого волной в ионизированных слоях. Но даже при самых неблагоприятных условиях это затухание так мало, что не может идти ни в какое сравнение с затуханием поверхностных радиоволн. Так, если для связи пространственной волной на тысячу километров на коротких волнах достаточна мощность передатчика в несколько десятков ватт, то для связи на это же расстояние поверхностной волной не хватит и нескольких сотен киловатт.
Говоря о преимуществах пространственной волны, следует отметить, что на дальность радиосвязи пространственной волной не оказывает никакого влияния рельеф местности между корреспондентами. Кроме того, так как антенны с излучением в зенит обладают более острой характеристикой излучения, чем антенны с излучением вдоль поверхности земли, то уровень помех при связи пространственной волной оказывается значительно меньше.
Но наряду с достоинствами пространственные волны обладают и серьезными недостатками. Наиболее существенным из них является сильная зависимость распространения этих волн от электромагнитных процессов, совершающихся в атмосфере земли. А как известно, характер этих процессов непостоянен и изменяется в течение суток, от одних суток к другим, от одного сезона к другому, от года к году и т. д. Магнитные бури, сопровождающиеся, как правило, появлением полярных сияний, приводят к катастрофическому прекращению коротковолновых связей на весьма длительное время. Поэтому надежные коротковолновые связи пространственной волной можно установить лишь при непрерывном наблюдении за состоянием ионосферы, ее способностью отражать радиоволны и обеспечивать их распространение на необходимое расстояние. Такое наблюдение и прогнозирование условий распространения пространственных радио-, волн осуществляется единой ионосферной службой, станции которой размещены во многих точках Советского Союза и других стран мира. Ионосферные станции с помощью специальной аппаратуры определяют наивысшие (максимальные) частоты радиоволн, которые еще отражаются тем или иным слоем ионосферы. Эти частоты называются критическими, так как все остальные частоты, превышающие критические, от данного слоя не отражаются. Для каждого ионосферного слоя в каждый момент времени существует своя критическая частота. Критическая частота является наименьшей для волн, падающих на ионосферу перпендикулярно; для волн, падающих в ионосферу под меньшими углами, она увеличивается.
