Особенности распространения и области применения декаметровых волн

Поверхностные (земные) радиоволны, распространяющиеся непосредственно у поверхности Земли и частично за счет дифракции огибающие выпуклость земного шара, в декаметровом диапазоне при мощности радиопередатчика в несколько десятков киловатт могут быть приняты на расстояниях не более нескольких десятков кило­метров. Декаметровые (короткие) волны распространяются в основном в виде пространственных ионосферных волн. При отражении от слоя F₂ радиоволна может перекрыть одним скачком расстояние. 4000 км (расстояние скачка измеряется вдоль поверхности Земли) (рис. 1.9). При отражении от слоев Е и Es максимальное расстояние скачка равно 2000 км. Проводимость ионосферы на коротких волнах сравнительно мала, и поглощение радиоволн в ионосфере при правильном выборе рабочей частоты оказывается небольшим. Благодаря этому короткие волны путем многократного отражения от ионосферы и поверхности Земли могут обеспечить связь между любыми точками на земном шаре без применения ретрансляторов (рис. 1.10).

Рис. 1.9. Пути распространения земной и ионосферных волн

Рис. 1.10. Распространение декаметровых волн на большие расстояния путем многократного отражения от поверхности Земли и ионосферы

Вместе с тем на декаметровых волнах невозможно организовать такие же широкополосные радиоканалы, как на УКВ. Декаметровые волны применяют для звукового вещания на большие расстояния, для построения магистральных телефонных линий большой протяженности в тех случаях, когда нецелесообразна организация УКВ радиолиний, а также для связи с морскими судами и самолетами.

При радиовещании на декаметровых волнах необходимо учитывать возможность появления так называемой зоны молчания. Минимальный угол падения , при котором еще возможно отражение радиоволны от ионосферы, называется критическим. Если расстояние между передающим и приемным пунктами мало, угол падения радиоволны на ионосферу может оказаться меньше и волна уйдет в мировое пространство (см. рис. 1.11). На поверхности Земли образуется зона молчания, в пределах которой прием сигналов на данной частоте невозможен. Зона молчания имеет вид кольца. Внутренняя граница зоны определяется максимальным расстоянием,

Рис. 1.11. Схема образования зоны молчания на декаметровых волнах

на котором возможен прием поверхностной волны, а внешняя - расстоянием, при котором угол . С ростом частоты при прочих равных условиях зона молчания увеличивается, так как поверхностная волна при большой частоте распространяется на меньшее расстояние, а угол растет, что приводит к увеличению радиуса внешней границы зоны (рис. 1.11). Если частота близка к критической, зона молчания исчезает, так как если , радиоволна отражается от ионосферы при .

На декаметровых волнах электромагнитное поле в точке приема практически всегда образуется за счет сложения множества лучей. При угле падения на ионосферу, равном критическому, в точку приема приходит луч, испытавший «зеркальное» отражение в ионосфере, и множество лучей, рассеянных ионосферными неоднородностями. Многолучевость приводит к интерференционным замираниям, средний период которых на декаметровых волнах составляет около 1 с. Эти замирания могут иметь селективный характер, что приводит к искажениям принимаемого сигнала. Особенно заметные искажения за счет селективных замираний происходят при ослаблении уровня несущей частоты амплитудно-модулированного колебания, так как при этом сильно искажается форма огибающей сигнала. Эти искажения уменьшаются при использовании однополосной модуляции с подавленной несущей.

На декаметровых волнах помимо интерференционных наблюдаются поляризационные замирания, вызываемые изменением типа поляризации радиоволны при ее распространении в ионосфере. Средний период замираний на декаметровых волнах составляет секунды. Для борьбы с замираниями радиоприемные устройства снабжают автоматическими регуляторами усиления, которые изменяют усиление приемника при изменении уровня сигнала. Если уровень уменьшается, усиление приемника увеличивается, когда уровень сигнала растет, усиление уменьшается. При этом уровень сигнала на выходе приемника поддерживается неизменным. Однако при глубоких замираниях минимальный уровень сигнала на входе приемника может оказаться недостаточным для обеспечения необходимого отношения сигнал-помеха. На профессиональных радиолиниях для борьбы с замираниями дополнительно применяют разнесенный прием. При этом приемные антенны должны быть разнесены в пространстве на расстояние, примерно равное десяти длинам волн. При таком разнесении замирания сигналов на выходах антенн происходят взаимонезависимо. Кроме пространственного разнесения иногда используют поляризационное, при котором прием ведется одновременно на антенны, принимающие радиоволны с вертикальной и горизонтальной поляризациями.

При передаче коротких радиоимпульсов многолучевость может привести к появлению радиоэха. Эхо возникает, если запаздывание распространения сигнала по более длинному пути по сравнению с более коротким превышает длительность сигнала.

Частота, на которой работает радиолиния, называется рабочей. Наибольшая частота, которая может отразиться от ионосферы на данной трассе и в данное время, называется максимально применимой частотой (МПЧ) [1]. Эта частота должна соответствовать закону секанса. Для определения МПЧ необходимо знать длину трас­сы, высоту отражающего ионосферного слоя и зависимость его электронной концентрации от высоты. Максимально применимые частоты определяют по ионосферным прогнозам. Рабочая частота не может быть больше МПЧ, тай как радиоволны, частота которых больше МПЧ, от ионосферы не отражаются и уходят в мировое пространство. Чем выше рабочая частота, тем меньше поглощается энергия радиоволны в ионосфере. Это объясняется тем, что с ростом частоты уменьшается удельная проводимость ионизированного газа. Поэтому желательно, чтобы рабочая частота была наиболее близка к МПЧ. Наибольшая рабочая частота, обеспечивающая устойчивое отражение радиоволны от ионосферы на данной трассе и в данное время, называется оптимальной рабочей частотой. Зная мощность передатчика, минимально допустимый уровень сигнала и условия распространения радиоволн на трассе, можно определить наименьшие применимые частоты. Чем ближе выбрана рабочая частота к оптимальной, тем больше напряженность поля в точке приема.