Распространение ВЧ: ионосферное распространение радиоволн

Распространение ВЧ: ионосферное распространение радиоволн

Ионосферное распространение является одним из основных способов распространения, используемых в диапазонах СЧ и ВЧ, позволяющих достигать расстояния в тысячи километров. Ионосферное распространение является основным видом распространения радиоволн, используемым в СЧ и ВЧ частях радиоспектра. Основные понятия, лежащие в основе распространения КВ с использованием ионосферы, легко понять, и их изучение не только увлекательно, но и очень полезно для всех, кто каким-либо образом занимается радиосвязью на КВ. Используя ионосферное распространение ВЧ-радио, можно слышать и разговаривать с другими станциями по всему миру, но знание способов распространения и способов их изменения означает, что можно выбрать правильное время для достижения наилучших результатов. ВЧ приложения для ионосферного распространения. Используя распространение ВЧ через ионосферу, радиосигналы можно услышать по всему миру — именно эта форма связи впервые открыла множество глобальных каналов связи с недоступными регионами, а также сделала возможным международное вещание. Распространение ВЧ с использованием ионосферы также использовалось для морской двусторонней радиосвязи, хотя теперь они используют спутниковую связь. КВ-радио также используется для радиовещания, резервного копирования для самолетов, а также для множества других форм двухточечной радиосвязи, в том числе для военных. Хотя КВ радиосвязь используется не так широко, как раньше, тем не менее, она по-прежнему важна.

Типичная антенна, используемая для ВЧ-радиосвязи через ионосферу.

Радиолюбители или радиолюбители также широко используют распространение КВ через ионосферу, часто устанавливая радиосвязь с удаленными точками земного шара с малой мощностью и скромными антенными системами.

Распространение ВЧ и небесные волны

При использовании ВЧ-распространения через ионосферу радиосигналы покидают передающую радиоантенну на поверхности Земли и направляются к ионосфере, где некоторые из них возвращаются на Землю.

Основная концепция ионосферного распространения радиоволн

Обратите внимание на то, как преломляется сигнал при входе в ионосферный слой. Радиосигналы, распространяющиеся от поверхности Земли, по понятным причинам называются небесными волнами. Если они вернутся на Землю, то ионосферу можно (очень просто) рассматривать как обширную отражающую поверхность, охватывающую Землю, которая позволяет сигналам проходить на гораздо большие расстояния, чем это было бы возможно в противном случае.

Естественно, это сильное упрощение, поскольку частота, время суток и многие другие параметры определяют отражение или, точнее, преломление сигналов обратно на Землю.

Распространение ВЧ и ионосферные области

В ионосфере уровни ионизации, влияющие на радиоволны, различаются. В некоторых областях уровень ионизации выше, чем в других. В результате обычно утверждается, что внутри ионосферы есть несколько слоев. Вернее, есть ряд областей, так как уровень ионизации не сводится к нулю, а вместо этого есть несколько пиков ионизации.

Основные регионы подробно описаны ниже:

Область D: когда ионосферная волна покидает поверхность Земли и движется вверх, первая область интереса, которую она достигает в ионосфере, называется областью D. Эта область ослабляет сигналы по мере их прохождения. Уровень затухания зависит от частоты. Низкие частоты ослабляются больше, чем высокие. Область E: после того, как сигналы прошли через область D, они достигают области E. Хотя все еще есть небольшое затухание сигналов, эта область отражает или, точнее, преломляет сигналы, иногда в достаточной степени, чтобы вернуть их обратно на землю. Уровень преломления уменьшается с частотой, поэтому сигналы более высокой частоты могут проходить через эту область и далее в следующую область. Область E имеет большое значение для распространения ВЧ в нижней части спектра ВЧ и даже спектра СЧ. F-область: F-область или уровень — это область, которая позволяет ВЧ-распространению обеспечивать связь по всему миру. Сигналы, которым удается пройти через области D и E, достигают области F. Опять же, это преломляет сигналы, и их можно вернуть на Землю. В течение дня эта область часто делится на две, известные как области F1 и F2.

Расстояние пропуска распространения ВЧ и зона пропуска

Когда сигналы движутся к ионосфере и удаляются от поверхности Земли, по понятным причинам они называются небесными волнами. По мере того, как они удаляются от поверхности Земли по направлению к ионосфере, они практически только затухают в результате расстояний, которые они преодолевают, пока не достигнут ионосферы.Однако сигналы, распространяющиеся близко к земле, испытывают некоторые уровни затухания, зависящие от частоты передачи. Вскоре они ослабевают до такой степени, что их невозможно услышать. На большем расстоянии сигналы можно снова услышать после того, как они были отражены или, точнее, преломлены обратно на Землю. При использовании ВЧ-распространения часто бывает удобно определить некоторые из задействованных расстояний.

Расстояние пропуска: Расстояние пропуска для сигнала, использующего распространение ВЧ через ионосферу, представляет собой расстояние на поверхности Земли между точкой, где радиосигналы от передатчика, переданные в ионосферу и преломленные ионосферой вниз, до точки, где они возвращаются в землю и получают. Зона пропуска: когда сигналы передаются в ВЧ-части спектра, они будут распространяться только на небольшой радиус вокруг передатчика через наземную волну. Кроме того, они не слышны до тех пор, пока небесная волна не вернется на землю. Зона пропуска или тихая зона — это область, в которой прием радиопередачи невозможен. Зона расположена между областями, покрытыми земной волной, и местом, где небесная волна впервые возвращается на землю.

Распространение ВЧ и выбор частоты

Одним из ключевых аспектов распространения ВЧ является использование правильной частоты. Для распространения может быть возможно обеспечить связь с одной областью, но не с другой.

Поскольку сигналы более высокой частоты могут проходить через более низкие области, сигналы на разных частотах будут проходить разные расстояния. При использовании ВЧ распространения через ионосферу. Поскольку более высокие частоты имеют тенденцию отражаться более высокими областями, они могут достигать гораздо больших расстояний в результате геометрии.

Есть несколько определений, которые используются в кругах распространения ВЧ:

Самая низкая используемая частота, LUF: LUF — это самая низкая частота, при которой интенсивность принимаемого поля достаточна для обеспечения требуемого отношения сигнал/шум в определенное время суток.

Максимальная используемая частота MUF: MUF — это самая высокая частота сигнала, которая может использоваться для передачи между двумя точками посредством отражения от ионосферы в данный момент времени.

Критическая частота: критическая частота для данного слоя или области в ионосфере — это самая высокая частота, при которой сигнал, распространяющийся вертикально вверх, отражается обратно на землю. Это дает хорошее представление о состоянии ионосферы.

Оптимальная рабочая частота: Оптимальная рабочая частота — это самая высокая эффективная частота, которая, по прогнозам, может быть использована для определенного пути и времени суток в течение 90% дней месяца.

Ионосферное отражение слоями D, E и F

Множественные отражения

Хотя можно достичь значительных расстояний, используя F-диапазон, как уже было описано, само по себе это не объясняет того факта, что радиосигналы регулярно слышны с противоположных сторон земного шара с использованием ВЧ-распространения с ионосферой.

Это происходит потому, что сигналы могут претерпевать несколько «отражений». Как только сигналы возвращаются на Землю из ионосферы, они могут отражаться обратно вверх от земной поверхности и снова могут подвергаться еще одному «отражению» ионосферой. Естественно, при каждом «отражении» мощность сигнала уменьшается, а также установлено, что разные районы Земли по-разному отражают радиосигналы.

Как и следовало ожидать, поверхность моря является очень хорошим отражателем, в то время как пустынные районы очень плохие. Это означает, что сигналы, которые «отражаются» обратно в ионосферу Тихим или Атлантическим океанами, будут сильнее тех, которые используют пустыню Сахара или красный центр Австралии.

Распространение ВЧ с множественными ионосферными отражениями

В действительности состояние ионосферы не такое чистое и клиническое, как хотелось бы, и существует много способов многократного отражения сигналов, достигающих очень больших расстояний, иногда отражающихся на другом отражении ионосферой. Иногда они могут быть проложены между слоями или областями.

Радиораспространение и потери сигнала

Потери на пути сигнала вносят не только поверхность Земли и отражения. На самом деле основной причиной потерь является D-диапазон, даже для высоких частот в ВЧ-части спектра. Одна из причин этого заключается в том, что для каждого отражения от ионосферы сигнал должен проходить через область D дважды. Это означает, что для получения наилучшего уровня сигнала необходимо, чтобы сигнальные тракты позволяли использовать минимальное количество переходов. Обычно это достигается с использованием частот, близких к максимальным частотам, которые могут поддерживать связь с использованием ионосферного распространения, и, таким образом, с использованием самых высоких областей в ионосфере. В дополнение к этому также снижается уровень затухания, вносимого D-областью. Это означает, что радиосигнал на частоте 20 МГц, например, будет сильнее, чем сигнал на частоте 10 МГц, если поддерживается распространение на обеих частотах. Это может быть ключевым фактором при попытке установить двустороннюю радиосвязь.

Солнце и КВ распространение

Ионизация в ионосфере в основном вызвана излучением Солнца. В результате состояние Солнца и принимаемого от него излучения определяет состояние ионосферы и распространение ВЧ.

Есть несколько ключевых тем, касающихся Солнца и получаемого от него излучения. Солнце: Солнце — завораживающая звезда, открывать для себя все, что с ним связано, само по себе увлекательно. Несмотря на это, наше Солнце является основным источником излучения, создающего ионосферу. Солнечные пятна и цикл солнечных пятен. Солнечные пятна — это области на поверхности Солнца, которые немного холоднее, чем окружающие области. Их присутствие приводит к более высоким уровням испускаемого излучения и, следовательно, влияет на распространение ВЧ. Солнечные пятна были обнаружены на поверхности Солнца в течение очень многих лет, и их влияние на распространение радиоволн было замечено, как только начали понимать, как сигналы распространяются на большие расстояния. Выявлена корреляция между солнечными пятнами и условиями распространения КВ-радиосигналов и радиосвязи. Солнечные возмущения: время от времени на поверхности Солнца происходят массивные возмущения. Солнечные вспышки и корональные выбросы массы, КВМ также вызывают повышенный уровень радиации, что, в свою очередь, влияет на распространение ВЧ.

Меньшее повышение уровня излучения может улучшить условия радиосвязи на ВЧ, но по мере его увеличения это может даже привести к отключению радиосвязи на ВЧ. Видимыми признаками солнечных возмущений могут быть видимые полярные сияния на полюсах. При сильных солнечных возмущениях уровни ионизации на полюсах значительно возрастают, что может позволить использовать некоторые специальные режимы распространения на УКВ, позволяющие установить радиосвязь на этих частотах. Здесь станции направляют свои антенны на север, и отражения часто можно услышать на достаточно больших расстояниях. Внезапное ионосферное возмущение, SID: Внезапное ионосферное возмущение обычно является результатом выброса корональной массы. CME оказывает большое влияние на условия распространения ВЧ. Распространение ВЧ с использованием ионосферы по-прежнему широко используется в качестве формы радиосвязи. Хотя он и не так надежен, как спутниковая связь, он не так дорог и может обеспечить полезную резервную копию в случае сбоя спутниковой связи. Распространение ВЧ также широко используется для радиовещания, военных и многих других организаций, которым требуется связь на большие расстояния. Распространение ВЧ также широко используется радиолюбителями, которые могут общаться по всему миру. При некоторых обстоятельствах можно использовать низкие уровни мощности и простые антенны для установления радиосвязи на большие расстояния. В результате ВЧ-распространение с использованием ионосферы, вероятно, останется в использовании на неопределенный срок как форма технологии радиосвязи.