Распространение радиоволн

Когда высокочастотный сигнал от передатчика подаётся на антенну, вокруг неё образуется электромагнитное поле, которое распространяется в пространстве во все стороны в виде электромагнитных волн.

Волны различной частоты ведут себя по-разному. Рассмотрим подробнее особенности распространения длинных, средних, коротких и ультракоротких волн.

Распространение длинных волн

Длинные волны (l>1000 м) могут распространяться двумя путями:

• 1) Вдоль земной поверхности. Длинные волны за счёт дифракции спокойно огибают земную поверхность(рис. 1).

• 2) Многократно отражаясь от ионосферы и поверхности земли (рис. 2).

Рис. 1

Рис. 2

Достоинства длинноволновой радиосвязи:

• Стабильность приёма. Качество приёма не зависит от времени суток, года, погодных условий.

Недостатки:

• Значительное поглощение этих волн приводит к необходимости строить для них очень мощные передатчики (сотни и тысячи киловатт).

• Атмосферные разряды (молнии) создают помехи.

Распространение средних волн

Как и длинные волны средние волны (l=100..1000 м) способны огибать земную поверхность.

Средние волны так же могут отражаться от ионосферы, но днём они сильно поглощаются атмосферой, поэтому радиосвязь возможна только за счёт поверхностной волны.

• Особенностью распространения средних волн является замирание силы приёма. Связано это с тем, что к приёмной антенне подходит сразу две волны: поверхностная и пространственная.

Если две волны подошли в одной и той же фазе, то сигнал усиливается (усиливающая интерференция, рис. 3), если в противофазе, то происходит ослабление сигнала, вплоть до полного его исчезновения (ослабляющая интерференция, рис. 4). Состояние ионосферы всё время меняется, поэтому пространственная волна проходит всё время разное расстояние. Это вызывает колебание интенсивности сигнала, а значит и громкости звучания радиопередачи.

Рис. 3

Рис. 4

• Второй особенностью распространения средних волн является колебание силы приёма в течение суток. На больших расстояниях от передатчика днём приём может быть плохим, ночью приём улучшается. Сила приёма зависит также от времени года.

• Третья особенность – нелинейные искажения в ионосфере – Люксембургско-Горьковский эффект. Заключается он в том, что при приёме какой-то радиостанции, на которую приёмник настроен, прослушивается другая (мощная) радиостанция, на которую приёмник не настроен. При прекращении вещания первой радиостанции прекращается слышимость второй.

Распространение коротких волн

Короткие волны (l=10..100 м) могут распространяться как земными лучами, так и ионосферными. Но энергия земной волны быстро поглощается всеми проводниками, встречающимися на её пути. Поэтому практически применяемым видом распространения коротких волн является ионосферное распространение.

Но не все волны отражаются от ионосферы. Если угол падения луча на ионосферу слишком велик (больше критического) то волна покидает пределы земли. При угле падения, равном критическому, волна распространяется параллельно поверхности земли. При углах, меньших критического, волна отражается от ионосферы и возвращается на землю (рис. 5).

Рис. 5

Дальность связи на коротких волнах очень сильно зависит от времени суток, времени года и от фазы одиннадцатилетнего периода солнечной активности.

На одних и тех же частотах могут вещать сразу несколько передатчиков, расположенных в разных частях земли, поэтому в определённое время суток, когда дальность связи максимальна, эти радиостанции могут мешать друг другу.

Не менее вредное явление для коротковолновой связи представляют собой замирания, которые на коротких волнах бывают более глубокими и следуют друг за другом более часто, нежели на средних волнах.

Дополнительные помехи при дальнем коротковолновом приёме может создать радиоэхо. Оно вызвано тем, что сигнал к приёмнику приходит по двум траекториям: короткой и длинной, когда сигнал за счёт многократных отражений совершает оборот вокруг земли (Рис. 6).

Рис. 6

Распространение ультракоротких волн

• Ультракороткие волны (l<10 м) в настоящее время широко используются для теле- и радиовещания (диапазоны УКВ и FM), радионавигации, радиолокации и сотовой связи.

• Ультракороткие волны распространяются только по прямой линии и не огибают земную поверхность (рис. 7), поэтому они не заходят за горизонт. Связь на этих волнах возможна только на расстоянии прямой видимости, которое рассчитывается по формуле:

где h1 и h2 – высоты в метрах передающей и приёмной антенны, l – расстояние прямой видимости в километрах.

Рис. 7

Ультракороткие волны не отражаются от ионосферы, поэтому они покидают пределы Земли. Иногда они могут отражаться от облаков, искусственных спутников земли или даже от Луны. При этом дальность связи может несколько увеличится.

Так как ультракороткие волны не распространяются за горизонт, возникает необходимость строить множество промежуточных передатчиков – ретрансляторов.

Для ультракоротких волн можно создать узконаправленную антенну. Такие антенны используются в радиолокации, в спутниковом телевидении и в других областях радиовещания.