Influența ionosferei asupra propagării undelor radio
Fiecare sistem de transmisie a semnalelor este format din trei părți principale:
dispozitivul de transmisie,
dispozitivul receptor
și o linie intermediară de legătură.
Pentru sistemele radio, legătura intermediară este mediul, spațiul în care se propagă undele radio. Când undele radio se propagă de-a lungul căilor naturale, adică în condițiile în care suprafața pământului servește ca mediu, atmosferă, spațiu exterior, mediul este legătura sistemului radio, care practic nu poate fi controlată.
În propagarea undelor radio în mediu, amplitudinea câmpului de undă se modifică (de obicei scade), variațiile vitezei și direcției de propagare, rotația planului de polarizare și distorsiunea semnalelor transmise.
Suprafața terestră are un efect semnificativ asupra propagării undelor radio: în suprafața semiconductoare a Pământului, undele radio sunt absorbite; când cad pe suprafața pământului, se reflectă; Forma sferică a suprafeței pământului împiedică propagarea directă a undelor radio. Undele radio care se propagă în imediata apropiere a suprafeței Pământului (pe o scară de lungime de undă) se numesc unde radio terestre
Moduri de propagare a undelor radio
Fig. 1. Moduri de propagare a undelor radio
Efectul atmosferei este luat în considerare separat, făcând corecțiile necesare. În atmosfera din jur, atmosfera este împărțită în trei regiuni care afectează propagarea undelor radio: troposfera, stratosfera și ionosfera. Limitele dintre aceste zone nu sunt pronunțate brusc și depind de timpul și localizarea geografică.
Ionosfera este zona atmosferei la o altitudine de 60-10 000 km deasupra suprafeței pământului. La aceste altitudini, densitatea aerului este foarte mică, iar aerul este ionizat, t. E. Un număr mare de electroni liberi (aproximativ 103-106 electroni în 1 cm3 de aer). Prezența electronilor liberi afectează semnificativ proprietățile electrice ale ionosferei și determină posibilitatea de reflexie din ionosferă undei radio mai mare de 10 m. Pentru o singură reflexie a undelor radio se pot suprapune distanța pe suprafața pământului până la 4000 de kilometri. Ca rezultat al reflectării repetate a ionosferei și a suprafeței Pământului, undele radio se pot propaga la orice distanță de-a lungul suprafeței pământului. Undele radio care se propagă prin reflectarea din ionosferă sau împrăștierea în ea se numesc unde ionosferice.
Cu privire la condițiile de propagare a undelor ionosferice, proprietățile suprafeței pământului și troposfericei influențează puțin.
Prezența electronilor liberi în straturile superioare ale atmosferei determină parametrii electrici ai gazului ionizat - constanta sa dielectrică. și conductivitatea?
Numărul de electroni conținut într-un volum unitar de aer se numește densitatea electronică Na (cm-3)
Densitățile de electroni și ioni ale ionosferei sunt variabile în înălțime, ceea ce duce la refracția și reflexia undelor radio în ionosferă.
Distribuția densității electronice peste altitudinea atmosferei.
Masa particulelor
t, g Radia particulelor,
cm Numărul de particule care scad zilnic la densitatea electronică a pământului, nu cm-3
1 0,4 105 2 1015
10-3 0,04 108 2 1014
10-5 0,008 1010 5 1013
După încetarea sursei de ionizare de acțiune, densitatea de electroni scade hiperbolic Deci, cu progresul soarelui în ionizarea straturilor inferioare ale ionosferei nu dispare instantaneu, iar în straturile superioare - se păstrează pe tot parcursul nopții.
O densitate de electroni observabilă apare în atmosferă de la o înălțime de aproximativ 60 km. Mai mult, densitatea electronică a ionosferei variază cu altitudinea deasupra suprafeței pământului și, prin urmare, proprietățile electrice ale ionosferei sunt, de asemenea, neomogene în înălțime.
Când unda radio se propagă într-un mediu neomogen, traiectoria sa este îndoită. La o densitate suficient de mare de electroni de curbura a traiectoriei valurilor poate fi atât de puternic încât valul va reveni la suprafața Pământului la o distanță de spațiul de radiații, t. E. va reflecta undele radio în ionosferă.
Reflexia undelor radio transmise de pe suprafața Pământului către ionosferă nu are loc la limita aerului ionizat, ci la grosimea gazului ionizat. Reflecția poate avea loc numai în acea regiune a ionosferei, unde constanta dielectrică scade cu altitudinea a și, prin urmare, densitatea electronilor crește cu altitudinea, adică sub densitatea electronului maxim al stratului ionosferic.
Schema de reflectare a undelor radio din ionosferă
Fig. 3. Schema de reflectare a undelor radio din ionosferă.
Condiția de reflexie se referă la unghiul de incidență al undei la limita inferioară a ionosferei. cu permitivitate dielectrică în grosimea ionosferei la altitudinea unde se reflectă undele (figura 3):
sin = 0 =? n1 / 2 = (1 - 80,8Ne / f2) 1/2
Aici și mai departe, Ne este densitatea electronilor, cm3 și frecvența f în kHz.
Cu cât valoarea Ne este mai mare, cu atât este mai mic unghiul de reflexie. Unghiul a 0, la care reflexia este posibilă în aceste condiții, se numește unghiul critic.
Aproape și mult decolorate la valuri medii
Fig. 4. Fading de aproape și îndepărtat pe valuri medii.
1 - val de sol;
2 - o undă reflectată odată de ionosferă;
3 - val, reflectat de ionosferă de două ori.
Distanțele lungi CB, răspândite numai pe timp de noapte prin reflexia stratului E al ionosferei, densitatea electronică a căreia este suficientă pentru aceasta. În timpul zilei, pe calea răspândirii CB există un strat D, care absoarbe extremă energie din aceste valuri. Prin urmare, atunci când puterea emițătorului aplicat în mod obișnuit câmp electric la distanțe mari, este insuficientă pentru recepție și distribuție în SV are loc în timpul zilei, practic, numai val de sol. Tulburările ionosferice nu afectează propagarea CB, deoarece stratul E este ușor deranjat în timpul furtunilor ionosferice magnetice.
Fading pe unda medie sunt observate doar pe timpul nopții, când, la o distanță de emițător este posibilă sosirea atât a undelor spațiale și de suprafață în punctul B, iar lungimea traseului de lungime de undă spațială variază în funcție de densitatea de electroni ionosferice. Schimbarea diferenței de fază a acestor valuri duce la o fluctuație a intensității câmpului electric în timp, numită aproape de estompare. O distanță semnificativă față de emițător (punctul C) poate proveni din valuri prin una sau două reflexii din ionosferă. Schimbarea diferenței de fază a acestor două valuri duce, de asemenea, la o fluctuație a intensității câmpului, numită decolorare pe distanțe lungi. Rata de decolorare este scăzută (perioada de decolorare este de 1-2 minute). Caracteristicile statistice ale decolorării nu sunt investigate.
Pentru a combate decolorarea la capătul de transmisie al legăturii radio, se folosesc antene cu modele direcționale presate pe suprafața pământului. Cu un astfel de model de direcție, zona de estompare este îndepărtată de la emițător, iar la distanțe mari câmpul de undă, care a apărut de cele două reflexii, este slăbit.
La gama de unde scurte (KB) sunt valuri cu o lungime de 10-100 m (f = 30-3 MHz). Valurile gama KB sunt propagate de valurile pământului pentru o distanță de cel mult 100 km datorită absorbției puternice pe suprafața pământului și a condițiilor de difracție slabe.
Schema propagării KB pe distanțe lungi
Fig. 5 Schema de propagare a KB pe distanțe lungi.
a este interferența valurilor reflectate singular și dublu de ionosferă,
1 - unde de suprafață;
Propagarea a două valuri printr-o singură reflectare din ionosferă;
3 - propagarea undelor prin două reflexii din ionosferă;
4 valuri, a căror frecvență de funcționare este mai mare decât maximul admisibil;
b - interferența undelor împrăștiate;
în interferența undelor constituente magneto-divizate.
Propagarea KB prin valul ionosferic are loc prin reflectarea succesivă a stratului F (uneori stratul E) al ionosferei și pe suprafața Pământului. În acest caz, valurile trec prin regiunea inferioară a ionosferei - straturile E și D, în care se află absorbția (fig.5, a). Pentru comunicarea radio KB trebuie îndeplinite două condiții: valurile ar trebui să fie reflectate de ionosfera și intensitatea câmpului electromagnetic la un anumit punct ar trebui să fie suficientă pentru a permite, de exemplu, lungimea de undă de absorbție în ionosferă nu trebuie să fie prea mare ... Aceste două condiții limitează intervalul frecvențelor de funcționare aplicabile.
Pentru a reflecta valul, este necesar ca frecvența de lucru să nu fie prea mare, iar densitatea electronică a stratului ionosferic este suficientă pentru a reflecta acest val în conformitate cu (3-44). Din această condiție este selectată frecvența maximă aplicabilă (MUF), care este limita superioară a intervalului de funcționare.
A doua condiție limitează intervalul de funcționare de jos: cu cât frecvența de operare este mai mică (în intervalul de undă scurtă), cu atât absorbția valului în ionosferă este mai puternică (a se vedea figura 5). Cea mai mică frecvență aplicabilă (NPC) este determinată de condiția că pentru o anumită putere a emițătorului, intensitatea câmpului electromagnetic ar trebui să fie suficientă pentru a primi.
Densitatea electronică a ionosferei se schimbă în timpul zilei și în timpul anului. Prin urmare, limitele domeniului de funcționare se schimbă, ceea ce duce la necesitatea de a schimba lungimea de undă de lucru în timpul zilei:
- în timpul zilei lucrează pe valuri de 10-25 m, iar noaptea pe valuri 35-100 m.
Necesitatea alegerii corecte a lungimii de undă pentru sesiunile de comunicare la momente diferite complică proiectarea stației și activitatea operatorului.
O zonă de tăcere KB este numită o zonă inelară, care există la o anumită distanță de stația de emisie, în care undele radio nu pot fi recepționate. Apariția unei zone de tăcere se explică prin faptul că valul pământului este amortizat și nu ajunge în această regiune, iar pentru undele ionospherice, care se încadrează în unghiuri mici față de ionosferă, condițiile de reflexie nu sunt îndeplinite. Limitele zonei de tăcere (BC) se extind cu o scurtare a lungimii de undă și o scădere a densității electronilor.
Diminuarea în intervalul KB este mai adâncă decât în intervalul CB. Cauza principală a decolorării este interferența raselor care se propagă prin una și două reflexii din ionosferă. În plus, decolorarea este cauzată de împrăștierea undelor radio de către neomogenitățile ionosferei și de interferența undelor împrăștiate, precum și de interferența componentelor ordinare și extraordinare ale undei magneto-divizate.
În condiții favorabile de propagare, KB-urile pot săgească globul de unul și de mai multe ori. Apoi, în plus față de semnalul principal, poate fi recepționat un al doilea semnal, întârziat cu aproximativ 0,1 s și numit ecou radio. Radio-ecoul are un efect interferant, pe linii de direcție meridională.
Radiocomunicațiile asupra KB suferă perturbări, principala cauză a acestora fiind furtunile ionosferice magnetice. În acest caz, stratul F este distrus și reflexia KB devine imposibilă. Cel mai adesea, aceste tulburări sunt observate în regiunile circumpolare și durează de la câteva ore la două zile. Al doilea tip de perturbare este absorbția bruscă (observată numai pe partea luminoasă a globului), care durează de la câteva minute până la câteva ore. Adesea, ambele tipuri de tulburări de comunicare apar simultan.
Spune prietenilor tăi
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: