Распространение радиоволн

Качество и дальность радиосвязи зависят от применяемого частотного диапазона (частоты электромагнитной волны), излучаемой мощности, эффективности и высоты подвеса антенн, а также природных факторов, совокупность которых определяет текущие условия распространения радиоволн: географическая точка размещения радиостанции, высота над уровнем моря, характер местности и подстилающей поверхности (тип грунта), время года и суток, состояние атмосферы и ионосферы, наличие геомагнитных возмущений, и другие факторы. 

Электромагнитные колебания, излученные антенной радиопередатчика, распространяются поверхностной волной, распространяющейся преимущественно вдоль земли, и пространственной, направленной под углом к горизонту. Условия распространения волн обоих типов отличаются друг от друга.

Поверхностная волна распространяется на границе двух сред – воздуха и земли, при этом возникают большие потери энергии, так как поверхность земли является проводящей средой. Встречая на своем пути различные препятствия (горы, леса), поверхностные радиоволны огибают их. Такое явление называется дифракцией. При дифракции радиоволны отражаются от препятствия и частично поглощаются. В дневные часы, особенно в летнее время, слои воздуха, расположенные непосредственно над землей, под воздействие солнечного излучения, ионизируются. Ионизированные слои также поглощают часть электромагнитных волн. Особенно сильно поглощаются длинные волны.

Характер распространения радиоволн в КВ-диапазоне обусловлен состоянием нескольких слоёв ионосферы.

Слой F2 — самый верхний из ионизированных слоёв ионосферы. Концентрация этого слоя повышается днем, летом она выше, чем зимой. Максимальное распространение для связи одним скачком до 4000 км. Чем выше концентрация слоя, тем более высокая частота может ещё отразиться от ионосферы. Максимальная частота, при которой происходит отражение, называется максимально применимой частотой — МПЧ. С увеличением угла отражения МПЧ увеличивается.

Слой F1 — существует только днем. Максимальное распространение для связи одним скачком до 3000 км. Ночью сливается со слоем F2.

Слой Е — отражающий слой, наименее подвержен солнечной активности. Максимальное распространение для связи одним скачком до 2000 км. МПЧ зависит только от угла отражения.

Слой Еs — слой Е спорадический. Возникает спорадически (изредка), чаще в экваториальных широтах. Характеристики подобны слою Е.

Слой D — самый нижний из ионизированных слоёв ионосферы и единственный поглощающий слой для радиоволн КВ диапазона. Существует только днем. Ночью исчезает. При исчезновении слоя D ночью, становится возможен прием слабых и далеко расположенных радиостанций. Из-за уменьшения МПЧ отражаемой слоем F2 и увеличением помех из-за пропадания слоя D, ночью, профессиональная радиосвязь в КВ диапазоне затруднена.

С особенностями распространения радиоволн в различных радиолюбительских КВ диапазонах можно ознакомиться по данной ссылке.

Особенности прохождения на УКВ можно посмотреть по данной ссылке.

Пространственная волна, направленная под углом к горизонту, проходит через слои тропосферы и ионосферы Земли, оказывающие различные влияние на радиоволны КВ диапазонов. С увеличением высоты над поверхностью Земли плотность атмосферы уменьшается, а интенсивность ионизирующего излучения солнца увеличивается. Верхняя часть атмосферы, ионосфера, состоит из нескольких слоев с различными диэлектрическими постоянными. Для коротковолновой радиосвязи наибольший интерес представляет область ионосферы, находящаяся на высотах от 50 до 400 км, где располагаются слои D, E, F1 и F2. Область ионизированного газа распространяется до 1000 км от Земли и далее. Пространственные короткие волны, проникая в слои ионосферы и достигнув определенной высоты, преломляются в них и, отразившись от одного из слоев, вновь направляются к земле. Отразившись от земли, они вновь возвращаются в ионосферу и так далее. Благодаря способности коротких волн эффективно отражаться от ионосферы возможна радиосвязь с любой точкой земного шара при небольшой мощности передатчика.

При приеме коротких волн наблюдаются периодические затухания силы сигнала, так называемые фединги. Они могут быть различны по своей периодичности и силе. Продолжительность замирания сигнала может колебаться от нескольких долей секунд до нескольких минут. Явления замирания (фединги) происходят оттого, что в точку приема приходит одновременно несколько электромагнитных лучей работающей станции, отраженных от разных точек ионосферы и прошедших разное расстояние. Напряженность электромагнитного поля в данной точке может при этом иметь различные фазы и, складываясь, или увеличивается или уменьшается до нуля. В точке, где сигнал попал на землю, станция прослушивается четко и громко. Участки земной поверхности, где сигнал данной радиостанции, отраженный от ионизированного слоя, не прослушивается и куда не доходит поверхностная волна, называется зоной молчания («мертвая зона»).

Условия распространения радиоволн диапазонов ДВ, КВ и УКВ значительно отличаются друг от друга. Чем короче волна, тем прямее угол попадания ее в ионосферу. Волны УКВ-диапазонов (длина волны несколько метров и менее), распространяются частично вдоль земной поверхности, но в основном уходят в космос. За редким исключением, ионизированный слой не является препятствием для УКВ сигналов, и они свободно через него проходя. В своем большинстве дальние связи на УКВ проходят за счет отражения от метеорных потоков или при использовании рассеяния энергии от неоднородностей тропосферы.

Короткие волны (КВ) — диапазон радиоволн с частотой от 3 МГц (длина волны 100 м) до 30 МГц (длина волны 10 м). Короткие волны используются для радиовещания, а также для любительской и профессиональной радиосвязи. Качество приёма зависит от множественных процессов в ионосфере, связанных с уровнем солнечной активности, сезонностью (временем года) и временем суток. Так днём лучше распространяются волны меньшей длины, а ночью — большей. 

Благодаря многократным отражениям от ионосферы и поверхности Земли с малыми потерями, короткие волны могут распространяться на большие расстояния. На коротких волнах наблюдаются изменение уровня принимаемого сигнала (замирания), возникающие из-за многолучевого распространения радиоволн от передатчика к приёмнику. Принимаемые радиоволны приходят с разными фазами и амплитудами, что создает на входе приемника интерференцию (сложение сигналов).

DX-инг или "охота" за дальними и/или редкими станциями.

Одним из интереснейших направлений работы на КВ и УКВ является работа с дальними и редкими радиостанциями, удаленные за тысячи километров. Термин DX возник в телеграфной радиосвязи и означает "дальний", "удаленный". DX-ами могут быть как радиолюбительские и вещательные радиостанции, так и дальние телевизионные станции, прием которых в обычных условиях невозможен.

DX-связи проводятся с использованием условий дальнего прохождения радиосигнала через ионосферу Земли. Это явление позволяет принимать сигналы за пределами прямой видимости. Прохождение радиосигналов на КВ зависит времени года и суток, текущей солнечной активности и атмосферных условий. Очень большое влияние на прохождение радиоволн оказывают магнитные бури.

Одним из определяющих факторов возможности дальнего прохождения является рабочая частота станции. Подробнее об особенностях прохождения на КВ диапазонах можно прочитать в данном разделе.