Роль іоносфери в дальнього радіозв'язку

Радіофронт +1941 №7

Радіопередача на великі відстані можлива тільки завдяки існуванню відображають шарів у верхній частині земної атмосфери. Ці шари утворюються тому, що ультрафіолетові промені сонячного світла розщеплюють деякі з газових молекул на позитивно заряджені частинки - іони - і на електрони. Такий (процес називається іонізацією, а іонізовану область атмосфери зазвичай називають іоносферою. Радіохвилі, проникаючи в іоносферу, переломлюються і при достатній іонізації можуть повернутися назад на землю. На рис. 1 зображено три можливі випадки доведення радіохвиль в іоносфері в залежності від ступеня іонізації. В випадку а іонізація слабка, і хвилі проходять через шар, тільки злегка викривляючи свій шлях.

У разі б іонізація достатня, щоб хвилі відбилися і повернулися назад на землю, і, нарешті, у випадку з іонізація настільки сильна, що хвилі повністю поглинаються.

На рис. 2 показаний шлях двох радіохвиль довжиною в 20 і 10 метрів при деякій мірі іонізації. Хвилі довжиною в 20 метрів (суцільні лінії) відбиваються від іоносфери і повертаються на землю, (хвилі довжиною 10 метрів (пунктирні лінії) тільки злегка викривляються шаром і йдуть в міжпланетний простір. Всі хвилі довше 20 метрів будуть також відображатися, а хвилі коротше 10 метрів будуть проникати через іоносферу. чим нижче передана частота, тим більша ймовірність відображення і чим сильніше іонізація в шарі, тим вища частота буде ще відбиватися від неї.

ЗОНА МОВЧАННЯ

Суттєве значення має кут, під яким радіохвилі падають на іонізований шар. Зона мовчання виникає, коли іонізація недостатня для відображення хвиль, що падають під «крутим кутах, однак хвилі, що падають під малими кутами, при цьому будуть відображатися. Як показано на рис. 3, все хвилі, що випромінюються від антени під кутом, великим деякого критичного, проходять через шар, а хвилі, що випромінюються під меншим кутом, повертаються на землю.

До зони мовчання сигнали чутні тільки в безпосередній близькості від передавача за рахунок поверхневої хвилі.

Часто спостерігається, що промінь, що падає на Землю в точці А, відбивається від її поверхні, знову потрапляє в шар, ще раз відбивається і повертається на Землю вже в точці В. Дво-, три- і багаторазові відображення такого роду дуже часто мають місце при передачі на високих частотах, особливо на велику відстань. На рис. 3 видно, що сигнал може також потрапити в точку В після однократного відображення. Якщо обидва сигнали, що приходять в точку В, приблизно однакові за силою, то можуть виникнути дуже сильні завмирання завдяки інтерференції.

Коли зона мовчання простягається на велику відстань, ми чуємо тільки далекі станції. З підвищенням іонізації вона буде звужуватися, і почнуть з'являтися ближні станції. При цьому ми почнемо втрачати далекі станції з двох причин. По-перше, вони будуть забиватися гучними ближніми станціями і, по-друге, висока іонізація викликає поглинання сигналів далеких станцій, які проробляють довгий шлях в іонізованих областях. Чим ширше мертва зона і вище робоча частота, тим більш ймовірна можливість телекомунікації.

Так як іонізація в верхніх шарах атмосфери викликається сонячним випромінюванням, то умови проходження коротких хвиль протягом ночі і дня будуть різко різними. Розглянемо для прикладу зміна умови зв'язку протягом звичайних зимових діб. У ранні ранкові години перед сходом сонця іонізація дуже слабка. При цьому 10-метровий діапазон буде абсолютно мертвий, а на 20 метрах можна почути тільки поодинокі дуже віддалені станції. Однак для більш низьких частот іонізація буде достатньою для нормальної роботи. Так, на хвилях в 40 метрів будуть хороші умови для далекого зв'язку, добре проходять також і хвилі в 160 метрах. Зі сходом сонця іонізація починає швидко підвищуватися і досягне максимуму після полудня. З наближенням полудня (мертва зона буде звужуватися на всіх діапазонах і години через два після сходу сонця іонізація достатня для відображення хвиль 10-метрового діапазону. Близько полудня 20-метровий діапазон буде заповнений порівняно ближніми станціями, а на 10 метрах в цей час можливий далекий зв'язок . Після заходу сонця іонізація буде зменшуватися, так як почнеться зворотний відновлення нейтральних атомів і молекул.

Зона мовчання буде поступово розширюватися для кожного діапазону. Спочатку припиниться прийом хвиль 10 метрів, а потім і 20 метрів.

МАГНІТНІ БУРІ

Зв'язок на ближні відстані зазвичай порушується і для роботи припадав переходити на більш довгі хвилі.

Відображає ШАРИ і аномально ІОНІЗАЦІЯ

Іоносфера складається зазвичай з декількох іонізованих шарів. З них найбільшу роль при поширенні радіохвиль грають шари E і F. Висота шару E над поверхнею Землі становить близько 100 км, а шару F - 220-240 км. На ці шари абсолютно не впливає погода поблизу поверхні Землі.

Шар F в денний час розпадається на два шари F1 і F2; перший з них лежить трохи нижче другого. Шар F2 іонізується більш сильно, ніж шари F1 і Е, і відіграє велику «роль при передачі на коротких хвилях. Сигнали досить високої частоти, проникнувши через помірно іонізовані шари E і F1, відображаються більш сильно іонізованим шаром F2, як показано на рис. 4. Для більш низьких частот важливий шар E, і більшість зв'язків на 160 метрах здійснюється завдяки відображенню від цього шару.

В шарі E часом зустрічаються області дуже інтенсивної іонізації, які називаються аномальним шаром Е. Аномальна іонізація шару E може статися в будь-який час, і причина її невідома. У разі аномальної іонізації шар E може викликати відображення хвиль в 5 і 10 метрах.

Інша аномальне явище, що отримало назву ефекту Делінджера, полягає в повному порушенні короткохвильового зв'язку на освітленій частині земної кулі. Причиною ефекту Делінджера, мабуть, є виверження на сонці, які викликають дуже велике підвищення іонізації в нижній частині іоносфери. В результаті цього короткі радіохвилі поглинаються. В цей час іноді буває можливий далекий зв'язок на ультракоротких хвилях. Ефект Делінджера може тривати кілька хвилин або навіть годин.

СЕЗОННІ ЗМІНИ

Іонізація шару F2 досягає найбільшої величини в зимовий час, причому щоденний максимум припадає на час після полудня. Це означає, що найвужча мертва зона буде після полудня зимового дня, в цей час можлива надійний зв'язок на дуже високих частотах, наприклад, на хвилях в 10 метрів. Влітку іонізація менш значна, ніж взимку, і щоденний максимум для шару переміщається до заходу сонця. Таким чином для хвиль в 10 метрів влітку зона мовчання буде ширше, і зв'язок на цих хвилях часто може перестати працювати. Завдяки збільшенню зони мовчання влітку на хвилях в 20 і 40 метрів можна очікувати поліпшення умов для далеких зв'язків, однак при відстанях в багато тисяч кілометрів картина ускладнюється співвідношенням освітлених і затемнених місць на земній кулі. При передачі через екватор літні умови можуть переважати на одному кінці лінії зв'язку і зимові умови - на іншому. Найкращі умови для далекого зв'язку бувають навесні і ранньою осінню. Протягом весняних і літніх місяців спостерігається значно більше випадків аномальних відображень від шару E. Ці відображення можуть протягом декількох годин дати хороші умови для далекого зв'язку на 5 і 10 метрів. Перехід від зимових умов до літніх, і навпаки, не здійснюється плавно. Весняні і осінні місяці характеризуються нестійким станом іоносфери. Це особливо помітно любителям, регулярно працюють в 10-метровому діапазоні.

КРИТИЧНІ частоти

Критичною частотою називають найвищу частоту, яка ще відбивається від даного шару, коли сигнал падає на шар під прямим кутом. Якщо сигнал відбивається при падінні під прямим кутом, він буде відображатися також під всіма іншими кутами, і, таким чином, зона мовчання на всіх частотах нижче критичної буде відсутній. Критичні частоти вказують ступінь іонізації шарів і можуть бути використані для передбачення "радіопогоди", вибору найвигідніших хвиль для зв'язку, підрахунку протяжності зони мовчання і т. Д. Вимірювання критичних частот виробляються на іоносферних станціях. У Радянському Союзі є кілька таких станцій, одна з них в бухті Тихій, на Землі Франца Йосипа, є самою північною ионосферной станцією в світі.

За останні 3-4 роки було набагато більше випадків далеких зв'язків в 10 і 5-метрових діапазонах, ніж раніше. Це пояснюється, з одного боку, різким зростанням числа радіоаматорів, що працюють в цих діапазонах, а з іншого - ефектом 11-річного циклу активності сонячних плям. Іонізація атмосфери тісно пов'язана з числом сонячних плям; чим більше плям спостерігається протягом року, тим більше ступінь іонізації. Сонячні плями вже давно стали об'єктом (спостереження астрономів, і записи їх кількості ведуться регулярно з 1750 р Ці записи показують, що число плям зазвичай досягає максимуму кожні 11 років. Останній максимум був в 1939 і 1940 рр. Середній рівень іонізації за останні п'ять років підвищувався з року в рік, в результаті все більш високі частоти отримували можливість відбиватися. Умови для зв'язку на хвилях 10 і 5 метрів взимку 1940/41 р вже дещо гірше, ніж вони були в 1939/40 р надалі з кожним роком кількість годин, придатних для зв'язку, на цих хвиль х буде знижуватися, і в 1944 р або 1945 р активність на цих діапазонах дійде до мінімуму. До цього часу умови зв'язку для 20-метрового діапазону стануть схожими на ті, які спостерігалися в минулому році на 10 метрах, а 40-метровий діапазон виявиться знову придатним для дальніх зв'язків.

Телекомунікації на УКХ

Частота ультракоротких хвиль занадто висока для відображення від шару F2. Якщо такі відображення і спостерігаються, то вони бувають протягом періодів дуже високої іонізації, наприклад, протягом максимуму сонячних плям, і відбуваються при передачі на великі відстані, коли сигнали потрапляють в шар під дуже тупим кутом. Численні зв'язку в 5-т діапазоні, які спостерігалися протягом літніх місяців в США в минулі роки, пояснюються аномальної іонізацією шару E.

Більшість цих зв'язків мало місце у вечірній час. Іоносферні вимірювання показують, що влітку аномальний шар Е часто утворюється вранці перед сходом сонця і ввечері, причому його площа іноді становить всього кілька квадратних кілометрів. Завдяки цьому зв'язок на УКХ виявляється можливою тільки між дуже обмеженим числом пунктів. Однак, якщо існує одночасно багато таких ділянок в різних місцевостях, умови зв'язку на УКХ можуть бути досить хорошими.

Попередня ◈ Наступна