Определения и пояснения для критической частоты, самой низкой используемой частоты, LUF и максимальной используемой частоты, MUF и оптимальной рабочей частоты, OWF, используемых в радиосвязи и распространении ионосферных сигналов.
Есть ряд частот, которые важны при работе с ионосферным распространением радиоволн. Частоты, включая критическую частоту; самая низкая используемая частота, LUF; Максимальная используемая частота, МПЧ; и оптимальная рабочая частота, OWF имеют большое значение при определении того, какие частоты обеспечат наилучшие характеристики для коротковолновой радиосвязи, линии радиосвязи HF.
Эти частоты часто упоминаются в прогнозах распространения радиосвязи. Таким образом, обзор этих терминов важен для всех, кто использует ВЧ-радиосвязь.
Критическая частота
Критическая частота является важным показателем, который дает представление о состоянии ионосферы и связанном с этим ВЧ-распространении. Это достигается путем отправки сигнального импульса прямо вверх. Это отражается обратно и может быть получено приемником, находящимся в том же месте, что и передатчик. Импульс может отражаться обратно на землю, и время измеряется, чтобы дать представление о высоте слоя. По мере увеличения частоты достигается точка, в которой сигнал будет проходить прямо через слой и на следующий, или в космическое пространство. Частота, при которой это происходит, называется критической частотой.
Оборудование, используемое для измерения критической частоты, называется ионозондом. Во многом он напоминает небольшую радиолокационную установку, но для КВ-диапазонов. Используя эти наборы, можно построить график зависимости отражений от частоты. Это даст представление о состоянии ионосферы в этом районе мира.
Максимальная полезная частота, МПЧ
Когда сигнал передается с использованием ВЧ-распространения, на заданном пути существует максимальная частота, которую можно использовать. Это происходит из-за того, что по мере увеличения частоты сигнала он будет проходить через большее количество слоев и, в конечном итоге, выходить в открытый космос. Когда он проходит через один слой, может случиться так, что связь будет потеряна, потому что сигнал затем распространяется на большее расстояние, чем требуется. Также, когда сигнал проходит через все уровни, связь будет потеряна.
Частота, на которой радиосвязь только начинает давать сбои, известна как максимальная полезная частота (MUF). Как правило, она обычно в три (для области F) или в пять (для области E) раз превышает критическую, и это верно для малых углов падения, хотя для определения этой цифры доступны более точные методы.
Более точно можно рассчитать соотношение:
MUF = максимальная используемая частота
CF = критическая частота
θ = угол падения.
Фактор sec θ называется коэффициентом МПЧ и является функцией длины пути, если известна высота слоя. Используя типичные цифры для высот различных областей ионосферы, можно определить факторы.
КОЭФФИЦИЕНТЫ МПЧ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ РАССТОЯНИЙ ПРИ УСЛОВИИ РЕПРЕЗЕНТАТИВНЫХ ВЫСОТ ДЛЯ ОСНОВНЫХ ОБЛАСТЕЙ ИОНОСФЕРЫ
| Регион или слой | Расстояние | |||
|---|---|---|---|---|
| 1000 км | 2000 км | 3000 км | 4000 км | |
| Спорадический E | 4.0 | 5.2 | ||
| Е | 3.2 | 4,8 | ||
| F1 | 2.0 | 3.2 | 3,9 | |
| F2 Зима | 1,8 | 3.2 | 3,7 | 4.0 |
| F2 Лето | 1,5 | 2,4 | 3.0 | 3.3 |
Иногда также можно увидеть «рабочий» формат для максимальной используемой частоты. Это максимально используемая частота, MUF, которая обеспечивает приемлемую работу службы радиосвязи между заданными терминалами в конкретных рабочих условиях. Эта форма MUF делает упор на эксплуатационную приемлемость схемы. Это означает, что учитываются такие факторы, как антенна, уровни мощности и т.п., что дает представление о возможности реальной связи на данной станции.
Самая низкая используемая частота, LUF
По мере снижения частоты передачи могут потребоваться дополнительные отражения от ионосферы, а потери в слое D возрастают. Эти два эффекта означают, что существует частота, ниже которой радиосвязь между двумя станциями будет потеряна. На самом деле самая низкая используемая частота (LUF) определяется как частота, ниже которой сигнал падает ниже минимальной силы, необходимой для удовлетворительного приема.
Отсюда видно, что LUF зависит от станций на обоих концах пути. Их антенны, приемники, мощность передатчика, уровень шума поблизости и т. д. — все это влияет на LUF. Тип используемой модуляции также оказывает влияние, потому что некоторые типы модуляции могут быть скопированы с меньшей силой, чем другие. Другими словами, LUF — это практический предел, ниже которого не может поддерживаться связь между двумя конкретными станциями радиосвязи. Если необходимо использовать частоту ниже LUF, то в качестве приблизительного ориентира необходимо сделать усиление 10 дБ, чтобы уменьшить LUF на 2 МГц. Это может быть достигнуто такими методами, как увеличение мощности передатчика, улучшение антенн и т. д.
Установлено, что LUF действительно увеличивается в периоды высокой солнечной активности. Это происходит из-за повышенного уровня солнечной радиации, что приводит к более высоким уровням ионизации в слое D. Это, в свою очередь, увеличивает уровень затухания, вносимого этим слоем. Это означает, что на пике цикла солнечных пятен ухудшаются характеристики низкочастотных диапазонов для связи на большие расстояния.
Оптимальная рабочая частота
Чтобы иметь возможность отправлять сигналы в заданное место, вероятно, будет несколько различных путей, которые можно использовать. Иногда можно использовать либо слой E, либо слой F, а иногда сигнал может отражаться сначала от одного, а затем от другого. На самом деле картина редко бывает такой четкой, как это может показаться из учебников. Однако по-прежнему можно выбрать частоту из множества вариантов, чтобы помочь установить контакт с данной областью.
В общем, чем выше частота, тем лучше. Это связано с тем, что затухание, вызванное слоем D, меньше. Хотя сигналы могут проходить через слой D, они все равно могут испытывать значительные уровни затухания. Поскольку затухание уменьшается в четыре раза при удвоении используемой частоты, это показывает, насколько значительным это может быть. Также при увеличении частоты, вероятно, будет использоваться более высокий слой в ионосфере. Это может привести к необходимости меньшего количества отражений. Поскольку потери возникают при каждом отражении и каждый раз, когда сигнал проходит через D-слой, очевидно, помогает использование более высокой частоты.
При использовании более высоких частот необходимо обеспечить надежную связь. Ввиду постоянно меняющегося состояния ионосферы общее эмпирическое правило состоит в том, чтобы использовать частоту примерно на 20% ниже МПЧ. Это должно гарантировать, что сигнал остается ниже МПЧ, несмотря на краткосрочные изменения. Однако следует помнить, что МПЧ будет значительно меняться в зависимости от времени суток, и поэтому необходимо будет периодически изменять частоту, чтобы учесть это.