Поширення радіохвиль

Поширенням радіохвиль у просторі називається явище перенесення енергії електромагнітних хвиль в діапазоні радіочастот. Радіохвилі займають частину спектру частот електромагнітних хвиль з довжинами від 100 км до 1 мм, яким відповідають частоти від 3 кГц до 300 ГГц. Подібно світловим хвилям, на радіохвилі впливають явища відбиття, заломлення, дифракції, поглинання, поляризації та розсіювання.[1]

Поширення радіохвиль залежить від щоденних змін водяної пари в тропосфері та іонізації у верхніх шарах атмосфери у зв'язку із близкістю до Сонця. Розуміння впливу різних факторів на поширення радіохвиль має безліч практичних застосувань, від вибору частот для міжнародного короткохвильового телерадіомовлення, до проектування надійних мобільних телефонних систем, радіонавігації та експлуатації радіолокаційних систем.

Радіохвилі на різних частотах поширюються по-різному. Довжина хвилі дуже низьких частот набагато більша за відстані між земною поверхнею і D-шаром іоносфери (60—90 км), тому електромагнітні хвилі можуть поширюватися в цьому регіоні, як у хвилеводі. Взаємодія радіохвиль з іонізованих шарах атмосфери ускладнює прогнозування та аналіз поширення радіосигналу. Іоносферне поширення радіохвиль сильно залежить від космічної погоди.

Поширення радіохвиль у вільному просторі

У вільному просторі, або вакуумі всі електромагнітні хвилі (радіо, світлові, рентгенівські тощо) підпорядковуються закону обернених квадратів, згідно якого щільність потоку енергії електромагнітної хвилі обернено пропорційна квадрату відстані від точкового джерела:

\rho _{0}\sim {\frac {1}{r^{2}}}

Швидкість розповсюдження радіохвиль у вакуумі приблизно дорівнює швидкості світла і становить 299 792 458 м/с. У інших середовищах перенесення відбувається з фазовою швидкістю, що відрізняється від швидкості світла і розраховується за формулою:

\nu ={\frac {1}{\sqrt {\varepsilon _{a}\ \mu _{a}}}}

,

де $\varepsilon _{a}=\varepsilon {\varepsilon _{0}}$ — абсолютна діелектрична проникність середовища, $\mu _{a}=\mu \mu _{0}$ — абсолютна магнітна проникність середовища.

Способи поширення радіохвиль

У межах видимості

Цей спосіб поширення радіохвиль можливий за умови прямої видимості між передавальною і приймальною антенами. Найзастосовнішим є метод поширення радіохвиль діапазону УКХ і вищих частот. Прикладом може бути зв'язок між супутником і наземною антеною. Важливим чинником, що слід враховувати за такого способу пересилання, є явище відбиття радіохвиль.

Дальність пересилання на разі дорівнює відстані до горизонту, яка розраховується за такою формулою:[2]

d\approx 3.57{\sqrt {Kh}},

де $d$ — відстань від антени до горизонту (км), $h$ — висота антени (м), $K$ — поправочний коефіцієнт, що враховує рефракцію. Як правило, K = 4/3.

Таким чином, при висоті антени 100 м, вона зможе пересилати сигнал на максимальну відстань близько 35 км.[2]

Наступна формула дозволяє розрахувати максимальну дальність зв'язку між двома антенами за умови прямої видимості:

d\approx 3.57({\sqrt {Kh_{1}}}+{\sqrt {Kh_{2}}}),

де $h_{1}$ — висота першої антени, $h_{2}$ — висота другої антени.

Іоносферне поширення

Відбивання радіохвиль від шарів іоносфери вдень і вночі.

Іоносферне поширення радіохвиль можливе в результаті їх відбиття і заломлення в іоносфері.

Іоносфера — область у верхніх шарах атмосфери, що характеризується великим скупченням вільних іонів і електронів. Саме наявність в іоносфері вільних електронів надає можливість радіозв'язку. Іоносфера має властивості відбиття, заломлення і послаблення радіосигналів. Найважливішою областю в іоносфері є F-шар. Завдяки відбиттю радіохвиль від цього шару іоносфери можлива пересилання радіосигналів короткохвильового діапазону на величезні відстані (кілька тисяч кілометрів). Несні властивості F-шару іоносфери були виявлені у 1926 році англійським фізиком Едвардом Епплтоном, тому цей шар також носить назву «шар Епплтона». У найбільш густих областях F шару густина може сягати трильйона електронів на кубічний метр.[3]

Прогнозування методів іоносферного проходження сигналів становить значний інтерес для радіоаматорів. Поширення радіохвиль у реальному часі може бути оцінене шляхом прослуховування сигналів спеціальних радіомаяків (англ. Radio propagation beacon).

Іонізація іоносфери зумовлена, головним чином, випромінюванням від Сонця, і її рівень змінюється з часом. Він залежить від часу доби, пори року, космічної погоди і від багатьох інших зовнішніх впливів.[4]

Примітки

Demetrius T Paris and F. Kenneth Hurd, Basic Electromagnetic Theory, McGraw Hill, New York 1969 ISBN 0-07-048470-8, Chapter 8 (англ.)
Amjad Umar. Mobile Computing And Wireless Communications: Applications, Networks, Platforms, Architectures and Security. — nge solutions, inc, 2004. — 712 с. — ISBN 9780975918203.
Ionospheric Propagation explained (англ). Процитовано 2 травня 2015.
Ian Poole. HF Ionospheric Radio Signal Propagation. Radio-Electronics.com (англ). Процитовано 2 травня 2015.

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.

[1] Demetrius T Paris and F. Kenneth Hurd, Basic Electromagnetic Theory, McGraw Hill, New York 1969 ISBN 0-07-048470-8, Chapter 8 (англ.)

[mc-2] Amjad Umar. Mobile Computing And Wireless Communications: Applications, Networks, Platforms, Architectures and Security. — nge solutions, inc, 2004. — 712 с. — ISBN 9780975918203.

[3] Ionospheric Propagation explained (англ). Процитовано 2 травня 2015.

[4] Ian Poole. HF Ionospheric Radio Signal Propagation. Radio-Electronics.com (англ). Процитовано 2 травня 2015.