Распространение радиоволн в атмосфере Земли

ЧЕТЫРЕ ТИПА РАДИОВОЛН

По механизму распространения выделяют четыре типа радиоволн:

земные (а), ионосферные (б), тропосферные (в), прямые (г).

ЗЕМНАЯ ВОЛНА (поверхностная)

Радиоволна, распространяющаяся вблизи земной поверхности и включающая прямую волну, отраженную от земли и поверхностную.

Применение:

• Линии наземной радиосвязи;
• Сети звукового вещания (радиовещание);
• Сети телевизионного вещания.

ПРЯМАЯ ВИДИМОСТЬ

Дальностью (расстоянием) прямой видимости называется расстояние между передающей и приемной антеннами, при котором прямая линия, соединяющая антенны, касается земли в одной точке.

ПРЯМАЯ РАДИОВОЛНА

Прямая радиоволна распространяется непосредственно от источника к месту приема.

Применение:

• радиосвязь в свободном пространстве (космосе) между КА;
• радиосвязь между земной станцией (ЗС) и КА, когда влиянием атмосферы можно пренебречь.

ТРОПОСФЕРНАЯ РАДИОВОЛНА

Радиоволна, распространяющаяся между точками на (или вблизи) земной поверхности по траекториям, целиком лежащим в тропосфере.

Тропосфера оказывает влияние на траекторию радиоволн.

Применение:

Линии наземной связи в труднодостуных регионах.

ИОНОСФЕРНАЯ РАДИОВОЛНА

Радиоволны, распространяющиеся на большие расстояния в результате однократного или многократного отражения от ионосферы, а также радиоволны, рассеивающиеся на неоднородностях ионосферы.

Применение:

• линии дальней радиосвязи;
• сети звукового вещания (радиовещания) для труднодоступных районов.

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ РАДИОВОЛН ПО ДИАПАЗОНАМ

СВЕРХДЛИННЫЕ ВОЛНЫ (СДВ): f=3-30кГц (λ=100-10 км).

Могут проникать вглубь толщи воды до 20 м, применяются для связи с подводными лодками. (Лодке не обязательно всплывать на эту глубину, достаточно выкинуть радиобуй до этого уровня).

Сверхдлинные волны могут распространяться вплоть до огибания земли.

ДЛИННЫЕ ВОЛНЫ (ДВ): f=30-300кГц (10-1км).

Длинные волны могут огибать препятствия, используется для связи на большие расстояния. Также обладают слабой проникающей способностью.

ВЛИЯНИЕ НЕРОВНОСТЕЙ ЗЕМЛИ

СРЕДНИЕ ВОЛНЫ (СВ): f=0,3-3МГц (λ=1000-100м).

• СВ хорошо отражаются от ионосферы, находящейся на расстоянии 100-450 км над поверхностью земли.
• В дневное время СВ поглощаются ионосферой и отражения не происходит.
• СВ используются для связи в ночное время, (обычно на несколько сотен километров).

КОРОТКИЕ ВОЛНЫ (КВ): f=3-30МГц (λ=100-10м).

• КВ хорошо отражаются от ионосферы в любое время суток.
• Могут распространяться на большие расстояния (несколько тысяч км) за счет переотражений от ионосферы и поверхности земли (сверхрефракция).

УЛЬТРАКОРОТКИЕ ВОЛНЫ (УКВ) (метровые) f=30МГц-300МГц (λ=10-1м).

• УКВ могут огибать препятствия размером в несколько метров и имеют хорошую проникающую способность.
• УКВ используются для радиотрансляций.
• Недостаток - быстрое затухание при встрече с препятствиями.
• Дальность связи в УКВ диапазоне зависит от высоты передающей и приемной антенн.
• Например, при радиотрансляции с останкинской телебашни высотой 500 м на приемную антенну высотой 10 м, дальность связи при условии прямой видимости составит около 100 км.

ВЫСОКИЕ ЧАСТОТЫ (САНТИМЕТРОВЫЙ ДИАПАЗОН)   f =300МГц-3ГГц (λ=1-0,1м).

• Не огибают препятствия и имеют хорошую проникающую способность.
• Используются в радиозондировании атмосферы.
• Используются в сетях сотовой связи и wi-fi сетях.
• Энергия радиоволн сантиметрового диапазона поглощается молекулами воды и преобразуется в тепловую энергию. Этот эффект используется в микроволновых печах.

КРАЙНЕ ВЫСОКИЕ ЧАСТОТЫ (КВЧ) (МИЛЛИМЕТРОВЫЙ ДИАПАЗОН)   f =3ГГц-30ГГц (λ=10-1мм).

• КВЧ отражаются практически всеми препятствиями,
• свободно проникают через ионосферу,
• используются в космической связи.

ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ

• В результате отражений волн от различных препятствий, волны складываются.
• В случае сложения в одинаковых фазах, амплитуда начальной волны может увеличиться.
• При сложении волн в противоположных фазах, амплитуда может уменьшиться вплоть до нуля.
• Поэтому внутри помещения качество приема на комнатную ТВ антенну сильно «плавает».

ДИФРАКЦИЯ

Дифракция — явление, возникающее при встрече радиоволны с препятствиями, в результате чего, волна может менять амплитуду, фазу и направление.

Данное явление объясняет связь на КВ и СВ через ионосферу, когда волна отражается от различных неоднородностей и заряженных частиц и тем самым, меняет направление распространения.

Этим же явлением объясняется способность радиоволн распространяться без прямой видимости, огибая земную поверхность. Для этого длина волны должна быть соразмерна препятствию.