Как и другие формы электромагнитных волн, радиосигналы могут преломляться при изменении показателя преломления среды, через которую они проходят.
Радиоволны могут преломляться так же, как световые волны. Поскольку и свет, и радиоволны являются формами электромагнитных волн, они подчиняются одним и тем же основным законам и принципам. Концепция преломления обычно иллюстрируется в терминах света. В жаркий день поверхность земли может нагреваться, и воздух поднимается вверх. Горячий воздух и более холодный воздух имеют несколько разные значения показателя преломления, и это приводит к искривлению света. При движении восходящего воздуха поверхность земли кажется мерцающей.
Преломление радиоволн
Точно так же, как преломляются световые волны, могут преломляться и радиоволны. Классический случай преломления происходит на границе двух сред. На границе часть электромагнитных волн отразится, а часть войдет в новую среду и преломится.
Лучше всего это проиллюстрировать, поместив прямую палку через поверхность неподвижного пруда, где можно увидеть как отраженные, так и преломленные волны. Преломление радиоволн происходит точно так же, как и для света. Основной закон преломления радиоволн и световых волн известен как закон Снеллиуса, который гласит:
Постепенные изменения показателя преломления
Радиоволны часто преломляются не внезапной границей двух разных сред, а областями, где показатель преломления постепенно меняется. Это может произойти, когда радиоволны распространяются через атмосферу, где происходят небольшие изменения показателя преломления. Обычно обнаруживается, что показатель преломления воздуха выше у поверхности земли и немного падает с высотой. В этом случае радиоволны преломляются в сторону области с более высоким показателем преломления. Это расширяет диапазон, по которому они могут путешествовать.
Преломление радиоволн в ионизированных областях
Радиоволны также преломляются в областях ионизации, таких как ионосфера. Ионосфера — область в верхних слоях атмосферы, где имеется большая концентрация ионов и свободных электронов, прежде всего в результате воздействия солнечного излучения на верхние слои атмосферы. Электроны в ионосфере возбуждаются радиоволнами и приводятся ими в движение, в результате чего они стремятся переизлучать сигнал. Поскольку сигнал распространяется в области, где плотность электронов увеличивается, чем дальше он продвигается в область, тем больше сигнал преломляется от области с более высокой плотностью электронов. В случае сигналов ниже примерно 30 МГц этого преломления часто бывает достаточно, чтобы отклонить их обратно к земле. На самом деле кажется, что область «отражает» сигнал. Склонность к этому «отражению» зависит от частоты и угла падения. По мере увеличения частоты обнаружено, что степень преломления уменьшается до тех пор, пока не будет достигнута частота, при которой сигналы проходят через область и переходят к следующей. В конце концов достигается точка, в которой сигнал проходит через слой E на следующий слой над ним. Состояние ионосферы постоянно меняется, поэтому встречающиеся степени преломления будут постоянно меняться. Дополнительную информацию об ионосферном распространении в диапазоне КВ можно найти на наших страницах, посвященных ионосферному распространению в диапазоне ВЧ.