Распространение декаметровых радиоволн

15.1.  Механизм распространения. Физические процессы при

 распространении декаметровых радиоволн

Обсуждаются физические процессы при распространении декаметровых  радиоволн.

Радиоволны высоких частот (декаметровые, или короткие волны) занимают диапазон от 3 МГц до 30 МГц, что соответствует длинам волн от 100 м до 10 м.

Как известно, потери радиоволн в земле возрастают с ростом частоты радиоволны. Одновременно с ростом частоты радиоволны хуже огибают сферическую поверхность Земли. Этим объясняется тот факт, что короткие волны (КВ) земной волной распространяются на расстояния, не превышающие десятков километров.

Таким образом, дальняя радиосвязь на коротких волнах осуществляется преимущественно за счет пространственных волн, распространяющихся на большие расстояния в результате многократного отражения от ионосферы и от поверхности Земли. Практически на коротких волнах возможно организовать радиосвязь между любыми двумя пунктами, расположенными на поверхности Земли, используя для этого сравнительно небольшие мощности передатчика. Это объясняется тем, что потери в ионосфере на этих частотах сравнительно невелики, а поглощение энергии волны при отражении от Земли наблюдается только в области формирования отраженного луча, а не на всем протяжении радиолинии.

Определим вначале роль слоев ионосферы в процессе распространения коротких (декаметровых) волн. В табл.15.1. приведены сведения о максимальных частотах отражения от ионосферы для слоев Е и F. Отметим сразу же, что слой D, имея критическую частоту в интервале 0,1 – 0,7 МГц, не может служить в качестве отражающего слоя ни при каких углах падения волны на слой.

         Таблица 15.1.

Данные таблицы 15.1. отражают состояние ионосферы для наиболее неблагоприятных условий отражения, те в ночные часы, когда электронная концентрация в среднем не превышает величины  2,5∙10⁵    в слое  F и  5∙10³   в слое  Е.

Из таблицы. 15.1. следует, что слой Е в качестве отражающего слоя для коротких волн может служить на расстояниях, превышающих 200 км, оставаясь при этом и поглощающим слоем. Несложно показать, что максимальное расстояние, на которое может распространяться волна, отраженная от слоя Е, из-за кривизны Земли ограничена величиной порядка 2500 км. В то же время слой F отражает короткие волны практически при любых углах падения, а максимальная протяженность радиолинии при односкачковом распространении составляет примерно 4000 км.

Таким образом, слой F является основным отражающим слоем на коротких волнах, а слой D и Е – поглощающими слоями. В дневное время в летние месяцы, когда слой F расщепляется на два слоя F₁ и F₂, отражение может происходить как от слоя F₂, так и от слоя F₁. В ночное время, когда слой F₁ отсутствует, в качестве отражающего служит слой F₂.

Нормальные условия распространения коротких волн могут нарушаться во время возникновения спорадического слоя Е_S. Обладая в ряде случаев весьма высокой электронной концентрацией, слой Е_S становится отражающим слоем для коротких волн. Так как слой Е_S расположен на высоте слоя Е, то в случае его возникновения слой Fперестает принимать участие в распространении коротких волн.

Как было показано в разделе 12, диэлектрическая проницаемость ионосферы и удельная проводимость определяются из формул:

 ,                                         (15.1)

где: N – электронная концентрация, ν – число соударений электронов с нейтральными частицами в секунду.

На коротких волнах ω>>ν, поэтому формулы для  ε_и σ_и принимают более простой вид:

                                          (15.2)

Кроме того, при тех значениях N и ν, которые характеризуют состояние слоев Е и F₂ ионосферы, в диапазоне коротких волн справедливо неравенство:

                                           .                                                          (15.3)

Поэтому коэффициент поглощения следует определять по формуле, которая получена в разделе 12 для среды по своим свойствам близкой к диэлектрику:

                                   .                                           (15.4)