Лекція особливості поширення наддовгих і довгих радіохвиль
Лекція 7. ОСОБЛИВОСТІ ПОШИРЕННЯ наддовгих
І ДОВГИХ радіохвиль
Діапазон ДВ - ділянку радіодіапазону 10 км. 1км (30. 300 кГц), а СДВ - 100км. 10км (3. 30 кГц). Тропосфера не впливає. Діапазон електро-магнітних хвиль, що створюються за допомогою різних радіопристроїв, ог-ранічен довжинами хвиль близько 20. 30 км (15. 10 кГц). Потужні поля більш довгих хвиль збуджуються тільки природним природним джерелом - молніевимі розрядами, які випромінюють безперервний спектр хвиль, особливо інтенсивних на частотах від 30. 50 кГц до декількох сотень герц і менше.
Область застосування діапазонів СДВ і ДВ визначається особливо-стями їх поширення. Щодо мале загасання поля в тракті поширення і стійкість по відношенню до іоносферних обурені-вам дозволяє використовувати ці діапазони для зв'язку на далекі расстоя-ня, що тягнуться до антипода. Однак мала частотна ємність цих діапазонів дозволяє застосовувати тільки телеграфні системи з малими швидкостями телеграфування (наприклад, робота ключем). Велике при-трансформаційних змін ці частоти знаходять в системах телекомунікації радіонавігації і пере-дачі сигналів точного часу, що пояснюється великою стабільністю амплітудних і фазових характеристик поля. Радіохвилі СДВ і ДВ діа-пазонов поширюються як іоносферними, так і земними хвилями. Найкраще пояснення спостережуваних закономірностей зміни поля в просторі і в часі дає теорія волноводного поширення іоносферних хвиль. Сучасні теорії приймають, що іоносферні наддовгі і довгі хвилі поширюються в сферичному хвилеводі, нижньою стінкою якого є поверхня Землі, а верхній - днем шар D, а вночі - шар Е. Складність фізичних процесів при поширенні радіохвиль в такому хвилеводі, обумовлена наступними основними причинами: сферичністю Землі і іоносфери, розмитістю і кінцевої провідністю нижньої межі іоносфери, її анізотропними властивостями за рахунок впливу магнітного поля Землі, кінцевою провідністю і складним рельєфом земної по-поверхні. Знаходження поля в сферичному хвилеводі Земля - нижня межа іоносфери зводиться до вирішення рівнянь Максвелла з урахуванням граничних умов.
Волноводная теорія показує, що, як і в ідеальному хвилеводі, поле в точці прийому представляє результат інтерференції безлічі хвиль, що зазнали n-кратні відбиття від стінок хвилеводу. Кожна n-складова, яка називається парциальной хвилею, поширюється по
похилій, по відношенню до осі хвилеводу, траєкторії з фазової швидкістю, яка дорівнює швидкості світла в даному середовищі. Кожній парціальної хвилі соот-ветствует свій кут падіння φn на стінки хвилеводу. Від цього кута залежать коефіцієнт відбиття від стінок, а отже, і закон загасання хвилі. Відомо, що в хвилеводі з ідеальними стінками парціальні хвилі формують дискретний набір поперечних магнітних хвиль ТН і поперечних електричних хвиль ТЕ, що розповсюджуються вздовж осі віл-новода з фазової швидкістю, яка завжди перевищує швидкість світла в середовищі. У сферичному хвилеводі Земля - нижня межа іоносфери по-ле представляє також результат суперпозиції безлічі дискретних хвиль, але квазіпоперечного типу - квазіпоперечних магнітних ТН хвиль і квазіпоперечних електричних ТЕ хвиль. Ці хвилі називаються квазі-поперечними, оскільки містять слабкі поздовжні складові: хвиля квазі-ТН - магнітну складову Н, хвиля квазі-ТЕ - електрич-ний складову Е. Поява цих складових обумовлено перетворенням в анизотропной іоносфері лінійно-поляризованого поля в поле з еліптичної поляризацією .
Квазіпоперечние хвилі розрізняють за номерами m і називають мода-ми або «нормальними хвилями». Існує набір мод квазі - ТНm. де m = 0, 1, 2. і квазі - ТЕm. де m = 1, 2, 3. Номер m визначає характер розподілу поля по висоті хвилеводу. Кожен мод формується дво-ма або більше парціальними хвилями, що розрізняються кутами падіння. Оскільки від кута падіння залежить коефіцієнт відбиття від стінок хвилеводу, то кожному моду відповідає свій коефіцієнт загасання.
Розрахунки показують, що зі збільшенням номера мода коефіцієнт зату-хания збільшується. Сильно ослабленими виявляються моди, форми-ючий парціальними хвилями з кутами падіння, близькими до кутів Брюстера, для яких характерно майже повне проходження енергії падаючої хвилі через що відображає область. Швидке загасання мод з високими номерами призводить до того, що зі збільшенням відстані все менше число мод виявляється істотним при формуванні поля.
На великих відстанях число мод, що формують поле, залежить також від годин доби. Вночі у формуванні поля бере участь більше число мод ніж днем, оскільки в темний час доби шар D зникає і загасання всіх мод зменшується.
Розрізняють по відстані три області формування поля - ближню, проміжну і далеку.
МКВ
І Зміна напруженості поля протягом доби. Регулярні зміни в часі напруженості поля довгих і наддовгих хвиль пов'язані з регулярними змінами стану іоносфери - високо-ти її заснування і ступеня іонізації відпрацьовано-лишнього області. Складна інтерференції-ційна структура нічного поля, що залежить від відстані, робить добовий хід неодно-значним. Нормальним добовим ходом вва-шається підвищення поля від дня до ночі, що
пояснюється зменшенням поглинання іоносферних хвиль при пропаду-ванні шару D в темний час доби. Незважаючи на те, що вночі зростає зазвичай не тільки поле корисного сигналу, а й поле перешкод, відношення сигнал / перешкода виявляється в більшості випадків більш вигідним вночі, ніж вдень. На деяких лініях під час сходу і заходу Сонця з'являються глибокі мінімуми поля. Це явище називається сумереч-ним ефектом.
Сезонні зміни напруженості поля в проміжній та дальній зонах виражені слабо і не завжди однозначно. Зазвичай в літні місяці значення Е нижче, ніж взимку.
Вплив циклу сонячної активності. Численні наблю-дення показали, що зі збільшенням активності Сонця напруженість по-ля хвиль СДВ і ДВ діапазонів зростає, що пояснюється зростанням гради-ента електронної щільності біля основи іоносфери при підвищеної сонячної активності.
Нерегулярні зміни напруженості поля обумовлені не-однорідною структурою іоносфери, мінливої в часі. Випадкові коливання поля в діапазонах СДВ і ДВ незначні по глибині і про-виходять настільки повільно, що непрослуховуються при слуховому прие-ме. Їх можна виявити тільки під час запису напруженості поля на са-мопісец. Коливання мають інтерференційне походження і обу-словлени зміною зсуву фаз між интерферирующими складаю-ські. Значні зміни фазових зрушень на хвилях кілометрової довжини можливі при випадкових відхиленнях довжин траєкторій на єдині-ци кілометрів (Δr = λ / 2). Такі відхилення не можуть відбутися за корот-кий проміжок часу. Тому випадкові неглибокі зміни рівня сигналу мають плавний характер і протікають протягом десятків хвилин і навіть годин. Відсутність швидких завмирань є характерною особливістю умов прийому хвиль СДВ і ДВ. До нерегулярних зраді-вам рівня сигналу слід віднести деяке ослаблення поля на початку іоносферних збурень корпускулярного походження і збільшення в дні, наступні за обуренням. Раптові обурення типу «спалаху» поглинання завжди призводять до збільшення напруженості поля на час «спалаху» - зростає іонізація шару D і зменшується проникнення новение хвиль СДВ і ДВ діапазону в поглинає область іоносфери. З укороченням довжини хвилі ця тенденція слабшає.