2 Распространение радиоволн

2.1 Особенности распространения УКВ

Для всех УКВ радиоволн, в том числе для МВ (ОВЧ, VHF) и ДМВ (УВЧ, UHF), в полосах частот которых работают радиосистемы РСПИ и оперативной подвижной связи, ионосферу следует считать прозрачной. Хотя в отдельных случаях, при образовании неоднородностей, областей повышенной ионизации в тропосфере (например, при авариях на АЭС и т.п.) возможны кратковременные и даже длительные отражения, приводящие к сверхдальнему распространению УКВ. Основную роль в процессе распространения УКВ играют пространственные волны.

Дальность распространения пространственных РВ определяется двумя важными физическими явлениями - дифракцией и рефракцией.

Дифракция - это явление огибания радиоволной препятствия (с размерами, меньшими, чем длина волны λ) и проникновения волны в область геометрической тени за этим препятствием, в частности - за линией горизонта.

Рефракция - явление постепенного искривления траектории распространения пространственной волны за счет ее преломления в тропосфере (вследствие постепенного изменения плотности слоев тропосферы и, следовательно, коэффициента преломления с высотой).

Дифракция свойственна РВ любой длины, но наиболее она выражена на ДВ и СВ, которые способны распространяться за линию горизонта (за пределы прямой видимости) на сотни километров. Способность КВ к огибанию земной поверхности за счет дифракции гораздо меньше, и еще меньше она для МВ и ДМВ, но все-таки она приводит к некоторому увеличению дальности передачи.

Более существенным фактором, определяющим способность МВ и ДМВ распространяться за пределы геометрической видимости, является рефракция радиоволн в тропосфере.

Определение расстояния прямой (геометрической) видимости между антеннами.

Как известно, линия видимого (геометрического) горизонта для точки наблюдения, расположенной на высоте h над идеализированной гладкой сферической поверхностью Земли, представляет собой окружность на этой поверхности с радиусом .

Следовательно, предельно возможное удаление, при котором еще сохраняется прямая оптическая видимость между двумя точками (в нашем случае - между фазовыми центрами антенн) с высотами h₁ и h₂, называемое расстоянием геометрической видимости, равно: .

Примечание: Коэффициент 3,57 представляет собой корень квадратный из удвоенного среднего радиуса Земли (R₀ = 6370 км), выраженного в тысячах км:
.

При нормальном состоянии атмосферы (нормальной рефракции) вертикальное распределение коэффициента преломления в ней таково, что траектория распространения радиоволны представляет собой плавно изогнутую линию, которая обращена своей выпуклостью вверх и проходит выше линии геометрического горизонта.

При нормальной рефракции для «радиолуча» между антеннами как бы увеличивается радиус земного шара и, следовательно, уменьшается высота его выпуклости, перекрывающей «луч».

Примечание: При периодически возникающих отклонениях от нормального распределения плотности в тропосфере проявляются другие виды тропосферной рефракции:

- отрицательная («радиолуч» отклоняется вверх и на Землю не возвращается);

- положительная критическая (в отличие от положительной нормальной, когда кривизна «луча» незначительно превышает кривизну Земли, в данном случае его кривизна равна кривизне Земли, и «луч» проходит параллельно ее поверхности - сверхдальнее распространение);

- положительная сверхрефракция (радиус Земли как бы уменьшается, и «луч» замыкается на Землю еще до линии горизонта).

В первом и последнем случае дальность связи на УКВ резко уменьшается.

За счет нормальной рефракции дальность прямой радиовидимости между антеннами с теми же высотами подвеса приблизительно на 15% превышает геометрическую дальность и (при той же идеализации поверхности Земли) составляет:

Для иллюстрации сказанного в таблице приведены результаты расчетов зон для трех пар высот антенн h₁ и h₂ (над поверхностью Земли или над средним уровнем крыш (*) в городе).

Далее >>>