Тремя ключевыми темами в ионосферном ВЧ-распространении и радиосвязи являются пространственные волны, расстояние пропуска и зона пропуска.
Понимание того, как на самом деле распространяются ВЧ-радиосигналы, может помочь наилучшим образом использовать эффекты ионосферного распространения. Небесные волны, зона пропуска и расстояние пропуска — три ключевых понятия, показывающих, почему сигналы радиосвязи слышны в одних местах, а не в других. Для покрытия больших расстояний с использованием ионосферного распространения радиоволн важны концепции пространственных волн, расстояния пропуска и зоны пропуска. Они влияют на аспекты линий радиосвязи, включая выбранные времена и частоты, используемые антенны, используемые передатчики и приемники и множество других аспектов.
Небесные волны
Небесная волна относится к сигналу, который распространяется от поверхности Земли к ионосфере. В отличие от земной волны, она не повторяет контур земли, а направлена в сторону ионосферы. Угол между линией сигнала пространственной волны и поверхностью Земли в этой точке может быть пологим или крутым.
Пропустить расстояние
Расстояние пропуска — это расстояние над поверхностью Земли между точкой, где передается радиосигнал, и точкой, где он принимается, пройдя в ионосферу и преломившись обратно ионосферой. Сигналы покидают антенну и уходят от нее, в конечном итоге достигая ионосферы. Обычно они покидают Землю под углом, называемым углом излучения. Низко, т.е. почти параллельно Земле, или высоко, т.е. под большим углом вверх, в какой-то момент они достигнут ионосферы.
Расстояние прыжка зависит от множества факторов:
- Частота: Частота работы оказывает большое влияние на расстояние пропуска, которое может быть достигнуто. Обычно по мере увеличения частоты требуется меньший угол излучения, чтобы возвращать сигналы на Землю на более коротком расстоянии. Также более высокие частоты имеют тенденцию отражаться или преломляться более высокими слоями или областями ионосферы. Это будет означать, что более высокие частоты, как правило, приводят к более длинным расстояниям пропуска.
- Ионосферные условия. Ионосферные условия играют важную роль в управлении расстоянием пропуска. В некоторых случаях, когда уровни ионизации высоки, сигналы могут достигать очень коротких расстояний пропуска.
- Угол излучения: угол излучения передающей антенны также влияет на расстояние пропуска. Меньший угол излучения приведет к увеличению расстояния пропуска из-за геометрии. Это означает, что линии радиосвязи могут покрывать большие расстояния, если используются малые углы излучения. Однако для некоторых приложений, где требуется конкретная целевая область, угол излучения можно настроить таким образом, чтобы требуемая целевая область покрывалась в сочетании с определенной областью ионосферы.
Расстояние скипа зависит от множества различных факторов. Хотя некоторым пользователям, таким как радиолюбители, часто требуется радиосвязь на большие расстояния, и они могут установить связь с другими пользователями в любой точке земного шара. Для других пользователей, таких как вещательные компании и некоторые дипломатические службы радиосвязи, могут потребоваться определенные целевые области. Здесь регулировка угла излучения антенны в сочетании с использованием определенной полосы частот, времени суток и т. д. позволяет получить наилучшие характеристики с точки зрения расстояния пропуска.
Зона пропуска
Зона пропуска, которую также можно назвать зоной молчания или мертвой зоной, представляет собой область, в которой радиопередача не может быть принята. Зона пропуска — это область между точкой, где сигналы земной волны больше не слышны, и точкой, где ионосферная волна впервые возвращается на Землю. Наличие зоны пропуска иногда может быть полезным, а иногда может создавать проблемы. Если требуется непрерывное локализованное покрытие, то может возникнуть феномен зоны пропуска. Однако если локальное покрытие не требуется, например, для дальней радиосвязи, то это не проблема. Зона пропуска также может помочь снизить уровни помех, поскольку это означает, что количество принимаемых станций меньше, и, следовательно, уровни помех могут быть снижены. Поскольку одним из ключевых ограничивающих аспектов зоны пропуска вблизи является внимание земной волны, это поможет понять немного больше об этом.
Примечание о распространении земной волны:
Распространение земных волн происходит, когда сигналы следуют контуру Земли, изгибаясь так, что сигналы могут быть обнаружены за горизонтом. Именно эта форма распространения используется вещательными станциями НЧ и СЧ, длинных и средних волн.
Зона пропуска или мертвая зона зависит от множества факторов:
- Покрытие земной волны: Локальное покрытие вокруг передатчика определяется земной волной. Степень покрытия и начало зоны пропуска будут зависеть от используемой частоты. Охват земной волны будет больше для более низких частот. На СЧ он может простираться до 100 миль или около того, но для более высоких частот, например, 10 МГц и выше, он может простираться только на милю или две. Может показаться удивительным, насколько коротким может быть покрытие земной волной сигналов на ВЧ, даже когда используются большие мощности в сочетании с хорошими антеннами.
- Минимальное расстояние пропуска Skywave: на минимальное расстояние пропуска влияет ряд факторов, включая частоту операций; состояние ионосферы и угол излучения.При некоторых обстоятельствах можно использовать ионосферные волны с почти вертикальным падением и возвращать их из ионосферы. Обычно это происходит только для более низких частот в радиоспектре, но с его помощью покрытие пространственной волны может быть очень локализованным и обеспечивать локальное покрытие до того, как земная волна исчезнет.
Зона пропуска обычно наблюдается для большинства частот в ВЧ-части спектра. Это означает, что дальние станции слышны намного лучше, чем местные.
Если зону пропуска необходимо уменьшить, чтобы получить лучшее покрытие ближе к передатчику и его антенне, то можно уменьшить частоту передачи. Это имеет два эффекта: он не только увеличивает охват земной волны, поскольку затухание земной волны уменьшается по мере уменьшения частоты. Кроме того, это позволяет легче возвращать излучение под большим углом на Землю, но это также зависит от преобладающих условий распространения радиоволн.
Небесные волны и частоты
Чтобы получить лучшее представление о характеристиках распространения ВЧ с использованием ионосферы, стоит посмотреть, что происходит с сигналом радиосвязи, если увеличить частоту по всему частотному спектру. Сначала он начинается с сигнала в диапазоне вещания средних волн. Днем сигналы на этих частотах распространяются только с помощью земной волны. Любые сигналы, достигающие области D, поглощаются. Однако ночью, когда область D исчезает, сигналы достигают других областей и могут быть услышаны на гораздо больших расстояниях.
Если частота сигнала увеличивается, достигается точка, в которой сигнал начинает проникать в область D, а сигналы достигают области E. Здесь он отражается и проходит обратно через область D и возвращается на землю на значительном расстоянии от передатчика. По мере дальнейшего увеличения частоты сигнал все меньше и меньше преломляется областью E и, в конце концов, проходит насквозь. Затем он достигает области F1, и здесь он может отразиться, пройдя обратно через области D и E, чтобы снова достичь Земли. Поскольку область F1 выше, чем область E, достигнутое расстояние будет больше, чем для отражения области E.
Наконец, по мере дальнейшего повышения частоты сигнала радиосвязи он, в конце концов, пройдет через область F1 и попадет в область F2. Это самая высокая из областей в ионосфере, и с ее помощью достигаются самые большие расстояния. В качестве приблизительного ориентира максимальное расстояние пропуска для региона E составляет около 2500 км, а для региона F2 — 5000 км. Понятия пространственных волн, расстояния пропуска и зоны пропуска лежат в основе распространения КВ-радиосигналов. Понимание этих основных концепций обеспечивает основу для других концепций, связанных с ВЧ-радиовещанием или формами двусторонней ВЧ-радиосвязи и т. д. Поскольку расстояния во многие тысячи миль могут быть покрыты с использованием ионосферного распространения радиоволн, пространственные волны, расстояние пропуска и зона пропуска понятия, которые встречаются постоянно.