Распространение коротких волн

К диапазону КВ (декаметровые волны) относят радиоволны длиной 10...100 м (частоты 30...3 МГц). Радиус действия земной волны в диапазоне КВ сравнительно невелик и при обычно используемых мощностях передатчиков не превышает нескольких десятков километров. Это обусловлено потерями в полупроводящей поверхности Земли и большими потерями в процессе дифракции вдоль Земли.

Но декаметровые волны могут распространяться на многие тысячи километров путем многократных последовательных отражений от ионосферы и Земли (рисунок ?), и для этого не требуются передатчики большой мощности. Это уникальное свойство диапазона КВ используется для построения систем дальней связи. Кроме радиосвязи, декаметровые волны широко используются для радиовещания и других целей.

Однако ряд неблагоприятных особенностей распространения снижает эффективность использования этого диапазона. К таким особенностям следует отнести: многолучевость, сопровождающуюся глубокими замираниями; ограниченность неискаженной полосы передачи и скорости телеграфирования; подверженность ионосферным возмущениям и др.

Одной из основных особенностей КВ радиолиний является ограничение рабочих частот как со стороны высоких, так и низких значений, причем обе границы зависят от изменчивой структуры ионосферы. Поэтому на КВ линиях в отличие от линий других диапазонов возникает необходимость периодической смены рабочих частот в соответствии с изменяющимся состоянием ионосферы.

Верхняя граница рабочих частот определяется тем, что при слишком высокой частоте волна не отражается от ионосферы и не приходит в пункт приема на Земле, а уходит в космическое пространство. Максимальная частота, при которой отраженная волна может быть принята в заданном пункте приема, называется максимальной применимой частотой (МПЧ).

Нижняя граница рабочих частот определяется тем, что с уменьшением частоты увеличивается поглощение в ионосфере (в освещенное время суток) и, как следствие этого, уменьшается напряженность поля. Если уровень сигнала в точке приема упадет ниже некоторой нормы, произойдет срыв связи. Наименьшая частота, при которой устойчивость работы снижается до минимально допустимого уровня, называется наименьшей применимой частотой (НПЧ). Значение НПЧ зависит от поглощения, уровня помех, мощности излучения, требуемой устойчивости работы и т. д. Расчет НПЧ сводится к определению методом последовательности приближений частоты, на которой устойчивость работы уменьшается до минимально допустимого уровня при заданных параметрах приемопередающей аппаратуры.

Рабочая частота выбирается в диапазоне НПЧ...МПЧ. При изменении состояния ионосферы НПЧ и МПЧ изменяются. Для обеспечения непрерывного действия КВ радиолиний необходима периодическая смена рабочих частот. Для каждой радиолинии согласно международным правилам выделяется ряд фиксированных частот. Для протяженных магистральных линий число таких частот достигает четырех-пяти, а для менее ответственных линий — двух-трех. На каждый месяц составляется волновое расписание, которое устанавливает, на каких из выделенных частот следует работать в различные часы суток. Для повышения вероятности отражения от ионосферы при флуктуациях ее параметров верхний предел рабочих частот ограничивают не МПЧ, а так называемой оптимальной рабочей частотой (ОРЧ). В среднем ОРЧ ниже МПЧ на 10... 20 %.

Волновое расписание составляется на основе зависимостей ОРЧ и НПЧ от времени суток. В каждый период времени работа может вестись на любой частоте не выше ОРЧ и не ниже НПЧ. Из закрепленного набора частот для разных периодов суток выбираются частоты ближе к ОРЧ, так как при этом выше устойчивость работы.

В диапазоне КВ, как и в других диапазонах, прием всегда сопровождается непрерывными изменениями уровня сигнала во времени, т.е. замираниями. Замирания на КВ линиях имеют интерференционное и поляризационное происхождение, а также связаны с изменением поглощения в ионосфере.

Основными причинами интерференционных замираний являются: интерференция нескольких волн, претерпевших различное число отражений от ионосферы (рисунок ?); интерференция рассеянных компонент волны (рисунок ?); интерференция обыкновенной (индекс «о») и необыкновенной (индекс «х») составляющих волны (рисунок ?).

Поляризационные замирания наблюдаются как при приеме одного луча, так и при многолучевой структуре поля.

В диапазоне КВ интерференционные и поляризационные замирания обычно протекают как быстрые; медленные замирания приписывают процессам медленных изменений поглощения. На КВ радиолиниях основные характеристики быстрых замираний (частота и глубина замираний, масштабы пространственной и частотной корреляций и др.) существенно изменяются даже в течение относительно коротких интервалов времени.

Разнесенный прием. Для повышения устойчивости работы КВ линий связи при наличии замираний обычно используют прием на разнесенные антенны и в некоторых случаях — разнесение по поляризации. В диапазоне декаметровых волн в направлении, перпендикулярном трассе, масштаб пространственной корреляции замираний составляет (10...15) . Из-за ограниченности площади антенных полей расстояние между двумя приемными антеннами обычно выбирают около 10 .

Выигрыш в устойчивости работы, получаемый за счет применения разнесенного приема, существенно зависит от статистической структуры поля. При интерференционной структуре поля он значительно больше, чем при рассеянной.

Кроме случайных изменений амплитуды поля на КВ радиолиниях всегда имеют место частотно-селективные замирания, при которых возникают искажения амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) в пределах передаваемой полосы частот. В зависимости от структуры поля в точке приема и требований к равномерности АЧХ сигнала неискаженная полоса передачи характеризуется значениями от 100 Гц до З кГц. По сравнению с диапазоном УКВ тракт распространения коротких волн значительно более узкополосный.