4. Особенности распространения сверхдлинных и длинных радиоволн

1. Общие сведения

Длинные волны характеризуются постоянством условий распространения, так как отражаются от устойчивых образований в ионосфере, а именно от слоев D и Е. Постоянство это выражается в том, что прохождение длинных волн не сопровождается резкими изменениями уровня сигнала, внезапными нарушениями связи и т. д. Ниже рассматриваются некоторые особенности распространения длинных радиоволн.

Случайные колебания напряженности поля. Вследствие неоднородности ионизирующего потока и наличия восходящих и нисходящих течений воздуха в верхних слоях атмосферы в ионосфере происходят непрерывные флуктуационные изменения электронной концентрации. Под действием этих изменений меняется высота отражений радиоволн, а следовательно, и фазы интерферирующих лучей. Все это приводит к колебаниям напряженности поля в месте приема.

Для того чтобы фаза одного из интерферирующих лучей изменилась на 180°, необходимо, чтобы разность хода лучей изменилась на половину длины волны, т. е. на 1,5 км для =3000 м и на 10 км — для = 20000 м. Ясно, что столь значительные изменения высоты отражающих слоев не могут произойти за короткий промежуток времени. Этим предопределяется характер колебаний напряженности поля. Колебания напряженности в Диапазоне длинных волн незначительны по глубине и происходят настолько медленно, что не прослушиваются при слуховом приеме сигналов. Их можно обнаружить только при записи напряженности поля. Колебания напряженности усиливаются по мере укорочения волны. В среднем по диапазону длинных волн под действием флуктуационных изменений в ионосфере поле меняется не более чем на 10 — 30%, причем время, в течение которого происходит указанное изменение, оценивается десятками минут и даже часами.

2. Скорость распространения

Повышенный интерес, который проявляется в последние годы к вопросам распространения сверхдлинных волн, объясняется высоким постоянством условий распространения, в частности, скорости распространения, что позволяет успешно применять их в фазовых навигационных системах.

Однако изменение высоты ионосферного волновода при переходе от режима освещенности к темноте также влияет на скорость распространения, а следовательно, и на фазу волны в месте приема. На рис. показаны измеренные значения суточных вариаций амплитуд и фаз волны. Обращают на себя внимание резкие колебания (в виде серии ступенек) амплитуды при переходе ото дня к ночи. При таком переходе, как видно из графика, фаза в месте приема меняется примерно на 400°.

5. Особенности распространения средних волн

Случайные колебания напряженности поля (замирания). Если пункт приема, обозначенный на рис. 14 буквой В, находится в зоне действия земной волны 1, та с наступлением темноты в эту точку начинает попадать также и ионосферная волна 2. В этих условиях электрическое поле в точке В представляет собой результат интерференции земной и ионосферной волн.

Рис. 14. К происхождению замираний в диапазоне средних волн

В зависимости от разности фаз между интерферирующими лучами результирующее поле может оказаться как больше, так и меньше поля интерферирующих лучей.

Если бы ионосфера представляла собой постоянное во времени образование, не меняющее своих, свойств, то разность фаз между интерферирующими лучами была бы также постоянной и результирующее поле имело бы неизменную во времени амплитуду. В действительности же вследствие непостоянства и неоднородности ионизирующего излучения, а также под действием воздушных течений ионосфера испытывает флуктуационные изменения, выражающиеся в непрерывных колебаниях электронной концентрации. Подобные изменения сопровождаются колебаниями высоты отражающего слоя, а следовательно, и длины траектории. Изменение длины траектории пространственной волны на величину сопровождается изменением фазы на величину . Стало быть, чем короче длина волны, тем значительнее изменение фазы при изменении длины траектории волны на заданную величину.

Непрерывное изменение разности фаз между земной и ионосферной волнами влечет за собой изменения амплитуды результирующего поля волны, которые носят беспорядочный и неправильный характер и называются замираниями. Вследствие рассмотренной выше зависимости разности фаз от длины с укорочением длины волны глубина замираний возрастает, а длительность их уменьшается. Поэтому замирания наиболее резко выражены на волнах, приближающихся к нижней границе диапазона средних волн, т. е. к 100 м [1].

Под действием замираний напряженность поля сигнала может меняться в десятки раз. Средняя длительность замираний в диапазоне средних волн изменяется в пределах от секунды до нескольких десятков секунд.

В тех случаях, когда приемная станция расположена вне об­ласти действия земных волн, замирания обязаны своим происхож­дением интерференции ионосферных волн, претерпевших разное число отражений от ионосферы. На рис. 15 представлен случай, когда интерференция обусловлена взаимо­действием двух лучей, один из ко­торых отразился от ионосферы один раз, а другой — два.

Замирания представляют собой вредное явление, нарушающее нормальные условия приема радиотелефонных передач. Для улучшения качества приема, безусловно, необходимы мероприятия, парализующие вредное действие замираний. Применяют пассивные и активные меры борьбы с замираниями. В качестве пассивной меры используют автоматическую регулировку усиления в приемниках, предназначенных для приема радиотелефонных передач. Эти устройства, как известно, позволяют поддерживать напряжение на выходе приемника на постоянном уровне независимо от колебаний напряжения на входе приемника, сглаживая тем самым колебания напряженности поля, обусловленные замираниями.

Рис. 15. Возникновение замираний вследствие интерференции ионосферных волн

В качестве активных мер борьбы с замираниями при приеме радиовещательных передач широкое применение находят передающие антенны специальной конструкции, так называемые антифединговые антенны, устанавливаемые на радиовещательных станциях. Принцип действия подобных антенн сводится к следующему. Обычно в качестве передающих антенн радиовещательных станций в диапазоне средних волн применяют заземленные антенны, излучающим элементом которых является вертикальная часть.

Характеристика направленности таких антенн в вертикальной плоскости в первом приближении имеет форму полуокружности; она показана на рис. сплошной линией, причем характеристика построена в предположении, что земля обладает достаточно высокой проводимостью. Подобные антенны наряду с излучением радиоволн вдоль поверхности Земли излучают энергию и под достаточно большими углами к горизонту, т. е. являются источником интенсивных ионосферных волн.