Розповсюдження радіохвиль в земних умовах
В радіотехніці застосовуються електромагнітні хвилі (ЕМХ) з частотами від 3 кГц до 3*1011 Гц, інфрачервоні та оптичні ЕМХ з частотами від 3*1011 до 3*1015 Гц.
В космічному просторі радіохвилі розповсюджуються без перешкод (вільний простір). В Земних умовах на дальність радіозв’язку впливає поверхня Землі, атмосфера і рельєф поверхні.
Земля є напівпровідником. Отже, її електричні властивості в значній мірі залежать від частоти. В діапазоні наддовгих хвиль Земля близька до ідеального провідника, тому хвилі цього діапазону повністю відбиваються від поверхні Землі і не втрачають в ній енергії.
Із збільшенням частоти провідність поверхні Землі зменшується, відповідно збільшується глибина проникнення ЕМХ і зростають втрати енергії хвиль.
Сферичність та нерівномірність поверхні Землі мають великий вплив на розповсюдження ЕМХ.
Через кривизну поверхні планети виключається можливість дальнього прямого зв’язку. В цій ситуації виручає дещо дифракція радіохвиль, але навіть у діапазоні наддовгих хвиль дальність радіозв’язку, обумовлена дифракцією, не перевищує 4000 км. Дифракція ослаблюється із зменшенням довжини хвилі.
Атмосфера планети Земля по різному впливає на розповсюдження радіохвиль. Атмосфера – це газоподібний шар, який пролягає від поверхні планети на висоту до 2000…3000 км. Атмосфера поділяється на ряд умовних шарів.
Тропосфера – нижній шар атмосфери, що пролягає на висотах до 12 км від поверхні Землі.
Стратосфера – шар атмосфери, що пролягає на висотах від 12 до 60 км над поверхнею Землі.
Іоносфера – шар атмосфери, що пролягає вище стратосфери.
Даний поділ атмосфери є умовним і залежить від географічної широти даного місця Землі, часу доби, пори року і від Сонячної активності (сонячна активність досягає максимуму раз в 11 років).
Тропосфера і частково стратосфера (до 100 км над поверхнею Землі) представляють собою однорідну газову суміш азоту (N), кисню (O2), водяних парів (H2O) та інших компонентів.
В тропосфері із збільшенням висоти температура, вологість і тиск повітря безперервно зменшуються. Ці зміни на кожні 100 м висоти зменшують показник заломлення на 4*10-6. Внаслідок цього має місце викривлення променів світлових та електромагнітних радіохвиль – тропосферна рефракція. Це явище сприяє збільшенню дальності радіозв’язку.
Іоносфера володіє деякою провідністю. Ця область атмосфери під дією ультрафіолетового випромінювання та корпускул Сонця іонізується. Ступінь іонізації по висоті дуже нерівномірний.
З одного боку, чим вище іоносфера, тим повинен бути більшим і насиченішим іонізований шар (інтенсивне розщеплення молекул).
З іншого боку, з ростом висоти знижується концентрація газів і, відповідно, кількість іонізованих молекул.
Отже, існує обмежений певними висотами шар іонізованих газів з максимумом іонізації. Цей максимум пролягає на висотах від 250 до 400 км. Нижче нього лежить внутрішня іоносфера, вище – зовнішня.
В іоносфері виділяють 4 шари: D, E, F1, F2. Ці шари розташовані на висотах:
D – 60…80 км
E – 100…130 км
F1 – 180…230 км
F2 – 200…450 км
На шар F2 припадає максимум іонізації.
Після заходу Сонця іоносфера повністю не розсіюється – це пояснюється гіперболічним законом зменшення електронної густини іоносфери внаслідок рекомбінації молекул.
Шари E та F2 вночі зберігаються, а шари D та F1 повністю розсіюються.
Шар F1 взимку відсутній навіть вдень. Крім цього, висота залягання шару F2 зростає від 220 км вдень до 300…330 км вночі.
Розглянуті шари іоносфери відносно стабільні. Однак в атмосфері спостерігається часом спорадична іонізація – ненормально інтенсивна іонізація, яка виникає випадково. Це явище носить назву «іоносферна буря» і призводить до порушення радіозв’язку.
Наявність провідних шарів іоносфери приводить до того, що ЕМХ, в залежності від діапазону частот, проходячих в атмосфері, зазнають відбиття, розсіювання, поглинання, заломлення, дифракції та інтерференції.
Поширення довгих і коротких хвиль
Відбившись від іоносфери, короткі хвилі повертаються до Землі, залишивши під собою сотні кілометрів «мертвої зони». Долетівши до іоносфери і назад, хвиля не «заспокоюється», а відображається від поверхні Землі і знов спрямовується до іоносфери, де знову відображається і т.д. Так, багато разів відображаючись, радіохвиля може кілька разів осягнути земну кулю.
Відбивні шари іоносфери і поширення коротких хвиль в залежності від частоти і часу доби
Розповсюдження коротких та ультракоротких хвиль
Радіохвилі УКХ діапазону по властивостях більшою мірою нагадують світлові промені. Вони практично не відбиваються від іоносфери, дуже трохи огинають земну поверхню і розповсюджуються в межах прямої видимості. Тому дальність дії ультракоротких хвиль невелика. Але в цьому є певна перевага для радіозв'язку. Оскільки в діапазоні УКХ хвилі розповсюджуються в межах прямої видимості, то можна розташовувати радіостанції на відстані 150-200 км один від одного без взаємного впливу. А це дозволяє багато разів використовувати одну і ту ж частоту сусіднім станціям.