Распространение гектометровых радиоволн

 

                                  14.1.

Особенности распространения гектометровых радиоволн.

                                               

14.2.

Расчет напряженности поля.

 

14. Распространение

гектометровых радиоволн

Обсуждаются особенности распространения гектометровых радиоволн, физические явления при их распространении и методика расчета напряженности поля.

14.1.  Особенности распространения  гектометровых

 радиоволн

Исследуются физические особенности распространения гектометровых радиоволн.

Радиоволны средних частот (они же гектометровые, или средние волны) занимают диапазон частот от 3·10⁵ до 3·10⁶ Гц, что соответствует длине волны от 1000 м до 100 м.

Средние волны (СВ) могут распространяться как земные (поверхностные) волны и как пространственные (ионосферные). В отличие от диапазона СДВ и ДВ на этих волнах поверхность Земли проявляет себя как полупроводящая среда, благодаря чему из-за большого поглощения дальность распространения поверхностной волны не превышает расстояния 500 – 700 км.

Как следует из условия отражения от ионосферы (12.53) вертикально падающей волны, для отражения средних волн требуется электронная концентрация не менее 10³ . Отсюда следует, что основным отражающим слоем для средних волн является слой Е, в то время как слой D является поглощающим слоем.

Для излучения поверхностных волн в средневолновом диапазоне применяют антенны вертикальной поляризации в виде вертикальных вибраторов. Длина их, как правило, значительно меньше длины волны. Поэтому диаграмма направленности антенны, как и в диапазоне ДВ и СДВ, приближается по форме к диаграмме направленности элементарного электрического излучателя (диполя Герца). В направлении, близком к оси, такие антенны практически не излучают, поэтому поле ионосферной волны на средних волнах   имеет существенное значение только на расстояниях, превышающих несколько сотен километров (рис.13.3.). Вблизи передатчика поле пространственной волны практически отсутствует.

В зоне действия поверхностной волны (ближней зоне) напряженность поля отличается высокой стабильностью и не зависит от времени суток, времени года и состояния ионосферы. Поэтому в пределах ближней зоны средневолновые радиовещательные станции обеспечивают гарантированное качество вещания.

В средней зоне, где уровни напряженности поля поверхности и пространственной волн соизмеримы, ситуация становится иной. В дневное время, когда существует слой D, потери энергии волны в нем настолько велики, что пространственная волна практически отсутствует, и связь обеспечивается за счет поверхностной волны. Как и в ближней зоне, напряженность поля поверхностной волны отличается высокой стабильностью. В ночное время, когда поглощающий слой D отсутствует, возникает пространственная волна. В этих условиях поле в пункте приема представляет собой результата интерференции поверхностной и пространственной волны. Высота области отражения пространственной волны из-за флуктуаций электронной концентрации отражающего слоя непрерывно и беспорядочно изменяется, что приводит к изменениям длины траектории пространственной волны. В результате фаза волны, равная  , также испытывает беспорядочные изменения. Это приводит к флуктуациям амплитуды результирующей волны, которые называются замираниями (федингом) (рис.14.1.).

Как следует из приведенной выше формулы, чем короче длина волны, тем значительнее изменения фазы и, следо-вательно, тем более глубокий характер имеют замирания.

Под действием замираний напря-женность поля волны может изменяться в десятки раз, а средняя продолжитель-ность замираний колебаться в пределах от секунды до нескольких десятков секунд.

На больших расстояниях от передатчика, где поверхностная волна практически отсутствует, прием возмо-жен только в ночное время за счет пространственных волн. Испытывая различное количество отражений от ионосферы, пространственные волны интерферируют в пункте приема, вызывая эффект замираний (рис.14.2.). В дневное время прием в дальней зоне невозможен, из-за сильного поглощения пространственных волн в слое D.

Замирания радиосигнала имеют вредный характер, так как во время замирания отношение мощности полезного сигнала к мощности помех может иметь значения, не обес-печивающие требуемого качества приема. Для увеличения зоны уверенного приема применяют специальные передающие антен-ны, называемые антифединговы-ми, которые имеют диаграмму направленности в вертикальной плоскости, сильно прижатую к Земле (рис.14.3.).

Благодаря этому на расстояниях до нескольких сотен километров поле поверхностной волны увеличивается, а поле пространственной волны уменьшается, результатом чего является уменьшение глубины замираний.

Перекрестная  модуляция  в  ионосфере. На средних волнах во время работы сверхмощной передающей станции (мощность порядка 1 МВт) ионосфера ведет себя как нелинейная среда. Эффект нелинейности проявляется в том, что диэлектрическая проницаемость ε_и и проводимость σ_и становятся зависимыми от напряженности поля волны. Явление подобно тому, что происходит в электрической цепи, содержащей активный элемент (электронную лампу или транзистор). В отличие от цепи, содержащей только пассивные элементы (резисторы), в цепи с активным элементом изменение приложенного напряжения приводит к изменению не только тока в цепи, но и к изменению параметров активного элемента (его внутреннего сопротивления).