Нерегулярное ионосферное распространение укв

   Волны короче метровых не могут распространяться ионосферным путем. Возможность нерегулярного сверхдальнего распространения метровых волн обусловливают следующие явления, происходящие в ионосфере: а) повышение электронной плотности слоя F в годы максимума солнечной активности; б) появление спорадического слоя  . Каждый из этих видов распространения радиоволн имеет свои характерные особенности.

Отражение радиоволн от слоя F

   Большей частью для волн короче 10 м слой F является прозрачным. Однако в годы максимума солнечной активности электронная плотность слоя F достигает зимой в дневное время таких высоких значений, что часто оказывается возможной радиосвязь н на волнах длиной 6—10 м. Зона молчания составляет при этом не менее 2000 км. Предельное расстояние передачи, обусловленное высотой слоя F, достигает 3500—4000 км. Реже наблюдается распространение радиоволн путем двух последовательных отражений от слоя F и от земной поверхности. Таким образом, при отражении от слоя F метровые волны могут временами распространяться на расстояние в кольце примерно 2000—7000 км от передатчика.

Отражение радиоволн от спорадического слоя

   Спорадический слой  , имеющий электронную плотность, достаточную для отражения волн метрового диапазона, появляется нерегулярно, поэтому и этот вид сверхдальнего распространения радиоволн не может быть регулярным. Частота случаев сверхдальнего распространения зависит от частоты появления слоя  , благодаря чему сверхдальнее распространение радиоволн наблюдается чаще всего летом в дневное время в южных широтах.

   Из года в год частота случаев отражения метровых волн от слоя  меняется без определенной закономерности. Высота, на которой образуется слой  , составляет 100—120 км. Она определяет максимальное расстояние связи, которое равно 2000—2500 км. Плотность ионизации слоя обусловливает максимальные рабочие частоты и минимальное расстояние связи, которое для метровых волн составляет не менее 1000 км и увеличивается с укорочением длины волны. Следовательно, прием метровых волн, отраженных от слоя  , возможен на расстоянии примерно 1000—2500 км от передатчика. Связь осуществляется в то время, когда спорадический слой находится в средней части пути между передатчиком и приемником. Спорадический слой появляется над небольшой территорией, поэтому обычно одновременно существует связь только с одной станцией. Благодаря движению слоя через некоторое время оказывается возможной связь с другой станцией. Продолжительность связи бывает различной—от нескольких минут до нескольких часов. В настоящее время не удается указать точно время появления отражений от слоя  . Характерной особенностью при отражении от спорадического слоя является его полупрозрачность. Не вся энергия волны, падающей на слой, отражается от него, как это происходит при отражении от слоя F. Часть энергии (до 90%) проходит сквозь слой и теряется для приема. При этом чем выше частота, тем меньшая часть энергии отражается и тем реже возможен прием. Поэтому наиболее часто возможен прием передач мощных станций (мощностью не менее 3—5 кВт). Попытки использовать отражения от слоя  для регулярной связи на метровых волнах не дали положительного результата. Однако установлено, что появление слоя    вызывает взаимные помехи станций, работающих в диапазоне метровых волн и разнесенных на расстояние 1000—2000 км. Появление слоя  является также помехой в работе радиолиний, использующих ионосферное рассеяние радиоволн.

РЕГУЛЯРНОЕ ИОНОСФЕРНОЕ РАСПРОСТРАНЕНИЕ УКВ

Рассеяние радиоволн в ионосфере

   Неоднородности ионосферы обусловливают рассеяние отражение радиоволн, которое происходит аналогично рассеянию на неоднородностях тропосферы.

   Экспериментально установлено, что рассеяние радиоволн происходит на высоте 70—90 км над земной поверхностью. Поэтому передающая и приемная антенны должны быть ориентированы так, чтобы их диаграммы направленности пересекались на этой высоте. Это определяет предельную длину радиолинии 2300 км.

    Основная часть мощности волны, падающей на рассеивающий объем, продолжает движение в первоначальном направлении и только часть мощности рассеивается. Чем меньше угол между направлениями рассеянной и первоначально излученной волн, тем больше рассеянная мощность. Поэтому прием радиоволн, рассеянных ионосферой, возможен на расстоянии не менее 900 км. Как и в случае тропосферного рассеяния, напряженность поля рассеянной волны зависит от степени неоднородности рассеивающей среды  . При ионосферном рассеянии относительная диэлектрическая проницаемость определяется формулой  , а отклонение относительной диэлектрической проницаемости от среднего значения связано с отклонением электронной плотности от среднего значения соотношением

.

   Неоднородность диэлектрической проницаемости ионосферы убывает по квадратичному закону с увеличением рабочей частоты. Поэтому напряженность электрического поля рассеянного сигнала резко убывает с повышением рабочей частоты, и применимыми для работы радиолинии оказываются волны частотой 30—60 МГц.

   Зависимость напряженности электрического поля от рабочей частоты накладывает дополнительные по сравнению с тропосферным рассеянием ограничения ширины полосы частот, которая может быть передана без искажения.

    Сигналы при этом виде связи подвержены сильным и глубоким замираниям, для борьбы с которыми применяют прием на разнесенные антенны. Кроме того, уровень принимаемого сигнала претерпевает регулярные изменения: достигает максимального значения в полдень летом, а минимального в 19—21 ч местного времени средней точки радиолинии. Ценными свойствами рассматриваемого вида распространения радиоволн являются его устойчивость к тем нарушениям, которым подвержена связь на коротких волнах, возможность круглосуточной работы на одной и той же частоте и небольшой уровень помех, определяемый в основном космическими шумами и шумами Солнца. На арктических трассах уровень шумов повышается во время буранов за счет движения снега и кристаллов льда.

    Рассматриваемый вид распространения радиоволн может обеспечить большую надежность радиотелеграфной связи в арктических областях. Однако он предъявляет повышенные требования к применяемой аппаратуре. Передатчик должен иметь мощность не менее 10 кВт, а антенны—коэффициент усиления 20—30 дБ.

    Во избежание приема запаздывающих сигналов, приходящих от следов метеоров или от слоя Es, появляющихся в стороне от основной трассы, необходимо применять остронаправленные антенны и сужение полосы пропускания частот приемника. Практически требуется диаграмма направленности антенны не более 10°, а ширина полосы пропускания—не более 3 кГц.