Как распространяются радиоволны УКВ?

Как распространяются УКВ радиоволны?

Когда персоналу требуется надежный способ передачи сообщений друг другу и далее на базу операций, радиосвязь на очень высоких частотах (УКВ) является одной из наиболее эффективных форм связи. Из-за того, как распространяются эти радиоволны, УКВ используется, когда между двумя радиостанциями есть беспрепятственный путь. Это известно как связь в пределах прямой видимости (LOS).

Давайте подробнее рассмотрим, как распространяются УКВ-радиоволны, и что это означает для тактических и военных действий в полевых условиях.

Понимание радиогоризонта

Полоса частот ОВЧ определяется как диапазон частот от 30 до 300 мегагерц (МГц). Это означает, что размер антенн, используемых в УКВ-радиостанции, намного меньше и легче, чем в КВ-радиостанциях, что является большим преимуществом для переносных радиостанций в полевых условиях.

Основной способ распространения ОВЧ-радиоволн – прямые волны. Они движутся по прямой линии, становясь слабее по мере увеличения расстояния.

Передающая и приемная антенны должны «видеть» друг друга, чтобы связь была эффективной, поэтому высота антенны имеет решающее значение для определения дальности. Из-за этого прямые волны иногда называют волнами LOS.

Высота и дальность прямой видимости в действии

Видимый горизонт, наблюдаемый на высоте примерно 1,5 метра (5 футов) над плоской поверхностью земли, находится на расстоянии менее 4,3 км (2,6 мили). Это примерно максимальная дальность прямой видимости от переносной радиостанции на спине стоящего солдата до другой переносной радиостанции, лежащей на земле.

Если принимающая радиостанция также находится за спиной стоящего солдата, максимальное расстояние удваивается. В этом случае расстояние прямой видимости составляет 8,6 км (5,3 мили). Но если второй солдат находится за пределами этого расстояния, скажем, в 11,2 км (7 миль) от передающей радиостанции, эффект затенения из-за кривизны Земли не позволяет второму солдату принимать радиоволны. В этом случае 11,2 км находятся за пределами прямой видимости и вне досягаемости УКВ-радиостанций в этих позициях.

Очевидно, что угол места как передающей, так и приемной антенны имеет решающее значение. Например, если приемная антенна установлена ​​на 8-метровой (26-футовой) башне, общее расстояние прямой видимости увеличится до 14,5 км (9 миль).

Конечно, если бы оба радиста находились на вершинах гор, дальность прямой видимости могла бы составлять от 50 до 100 километров (от 30 до 60 миль).

Многие переносные радиостанции имеют различные настройки мощности: настройки низкой мощности часто достаточны и продлевают срок службы батареи. С другой стороны, бывают ситуации, когда увеличение мощности выгодно. В городских районах, где преобладают высокочастотные шумы, более высокая мощность увеличивает отношение сигнал/шум и улучшает прием.

Важно отметить, что на эти сигналы влияют грунтовые условия, такие как геофизические особенности и электромагнитная проводимость. Таким образом, между двумя точками связи может быть несколько путей.

Расстояния и размеры, упомянутые в этой статье, предназначены только для справки. Чтобы узнать больше о УКВ-радио и его использовании в тактических приложениях, свяжитесь с представителем Barrett Communications сегодня.

Сообщение onchada_admin

ПОДЕЛИТЬСЯ

Этот веб-сайт использует файлы cookie для улучшения вашего опыта.

Распространение радиоволн — Заметки Pac-Man

Солнце оказывает большое влияние на дальнюю радиосвязь на Земле. Солнечные вспышки, а также солнечные пятна могут сделать возможной связь на большие расстояния. . . или невозможно.

Джонатан Имбери

Любители могут пользоваться множеством различных частотных диапазонов. Некоторые из них разбросаны по всему спектру высоких частот (ВЧ), а другие распространяются по диапазонам очень высоких частот (ОВЧ) и сверхвысоких частот (УВЧ).

Некоторые группы лучше работают днем, а некоторые ночью. Некоторые частоты хороши для дальней связи, а другие обеспечивают надежную связь на ближнем расстоянии. Любители, которые хотят работать в определенной части страны или мира, должны знать, какую частоту использовать и когда быть там. Опыт большого количества внимательного прослушивания — хороший способ получить эти знания.

Радиоволны обычно достигают места назначения четырьмя путями:

• Напрямую из одной точки в другую.
• Вдоль земли, слегка изгибаясь, чтобы следовать кривизне Земли на некотором расстоянии.
• Путешествие на большее расстояние, чем обычно, прежде чем вернуться на поверхность Земли, потому что они заперты в слое земной атмосферы.
• Преломляется или изгибается ионосферой обратно на Землю. (Ионосфера — это слой заряженных частиц, называемых ионами, во внешней атмосфере Земли. Эти ионизированные газы делают возможными дальние радиосвязи на КВ-диапазонах.)

Распространение — это изучение того, как радиоволны распространяются из одной точки в другую, и может быть увлекательной частью любительского радио.

Когда сигналы проходят непосредственно от передающей антенны к приемной антенне, это называется распространением по прямой видимости. Эти прямые волны полезны в первую очередь только в диапазонах очень высоких частот (VHF) и сверхвысоких частот (UHF). Телевизионные и FM-радиопередачи принимаются в виде прямых волн. Когда вы передаете на частоте местного ретранслятора, прямые волны обычно идут к ретранслятору по прямой линии. Затем ретранслятор отправляет сигналы по прямой линии на другие стационарные, портативные и мобильные станции. При использовании портативного трансивера для связи с другой радиолюбительницей, находящейся поблизости, сигналы также распространяются по прямой линии.

Когда вы работаете на VHF и UHF, вы обычно связываетесь с ближайшими станциями в пределах 100 миль или около того. Поскольку сигнал проходит непосредственно между станциями, если вы используете направленную антенну, вы обычно направляете ее на станцию, с которой пытаетесь связаться. Сигналы VHF и UHF легко отражаются зданиями, холмами и даже самолетами, поэтому часть вашего сигнала достигает другой станции по прямому пути, а часть может отражаться. Когда возникают отражения, можно связаться с другими станциями, направив антенну на отражающий объект, а не прямо на станцию, с которой вы пытаетесь связаться.

При мобильных операциях, когда пути распространения постоянно меняются, отражения могут вызывать проблемы. Прямая и отраженная волны могут сначала компенсировать, а затем усиливать друг друга. Это вызывает быстрый трепещущий звук, называемый частоколом.

Самая удаленная точка, которую вы можете видеть при ясном небе, называется видимым горизонтом. Он ограничен только высотой наблюдателя над землей. С вершины горы вы можете видеть гораздо дальше, чем на 8 или 9 миль над плоской землей или водой.

Тропосфера состоит из атмосферных областей, близких к поверхности Земли. В тропосфере происходят небольшие изгибы радиоволн, в результате чего сигналы возвращаются на Землю за пределы геометрического горизонта и позволяют вам связываться со станциями, которые находятся дальше, чем это было бы возможно в противном случае. Этот горизонт радиотрассы обычно примерно на 15% дальше, чем видимый горизонт.

Изгиб тропосферы очевиден в широком диапазоне частот, хотя наиболее полезен в диапазоне ОВЧ/УВЧ.

Радиосигналы могут задерживаться в тропосфере, преодолевая большее расстояние, чем обычно, прежде чем вернуться на поверхность Земли. Обычно самый теплый воздух находится ближе к Земле, а температура и атмосферное давление уменьшаются по мере того, как вы поднимаетесь выше. Вместо постепенных изменений температуры, давления и влажности воздуха в тропосфере иногда могут образовываться отчетливые области. Соседние области, которые имеют значительно отличающиеся плотности, будут искривлять радиоволны, проходящие между областями.

В весенние, летние и осенние месяцы можно устанавливать связи в диапазоне ОВЧ и УВЧ на большие расстояния до 1000 миль и более. Это происходит при определенных погодных условиях, которые вызывают усиление тропосферы и образование тропосферных каналов. Это наиболее полезно в диапазоне VHF/UHF. Когда случаются такие «тропо» открытия, диапазоны VHF и UHF заполняются возбужденными операторами, стремящимися работать на DX. Тропосфера — слой атмосферы чуть ниже стратосферы. Он простирается вверх примерно на 7-10 миль. В этом регионе образуются облака, и температура быстро падает с высотой.

В нормальных условиях температура воздуха постепенно снижается с увеличением высоты над землей. При наличии стабильной системы высокого давления масса теплого воздуха может вытеснять холодный воздух, вызывая инверсию температуры. Радиоволны, пойманные в ловушку под теплыми воздушными массами, могут распространяться на большие расстояния с небольшими потерями. Область между Землей и теплой воздушной массой известна как воздуховод.

Когда радиоволны проходят через тропосферу, всегда будет некоторая потеря сигнала. Для любого конкретного пути через тропосферу потери сигнала увеличиваются по мере увеличения частоты.

Тропосферные каналы являются наиболее распространенным типом усиленного распространения на УВЧ. Протоки обычно образуются над водой, но могут образовываться и над сушей. Широко распространенная температурная инверсия, сформированная над океаном, может помочь вашим сигналам VHF или UHF пройти несколько сотен миль. Тропосферные каналы поддерживают контакты на расстоянии 950 миль и более над сушей и до 2500 миль над океанами.

При распространении земных волн радиоволны распространяются вдоль поверхности Земли и даже над холмами, следуя на некотором расстоянии за изгибом Земли. Радиовещательные сигналы AM распространяются в течение дня путем распространения наземных волн. Земная волна лучше всего работает на более низких частотах. В течение дня вы можете провести QSO на 80 м со станцией, находящейся всего в нескольких милях от вас, на другой стороне холма. Для этого контакта вы используете распространение земной волны.

Распространение земных волн на любительских диапазонах означает связь на относительно коротком расстоянии. Станции на высокочастотном (HF) конце диапазона вещания AM (конец 1600 кГц) обычно несут менее 100 миль в течение дня, но станции вблизи низкочастотного конца можно услышать на расстоянии до 100 миль. Частоты любительского радио выше, чем диапазон AM-вещания, поэтому диапазон наземных волн еще короче.

Верхние слои атмосферы Земли (25–200 миль над Землей) состоят в основном из кислорода и азота. Есть следы водорода, гелия и некоторых других газов. Атомы, составляющие эти газы, электрически нейтральны: они не имеют заряда и не проявляют электрической силы вне своей собственной структуры. Атомы газа поглощают ультрафиолетовое излучение и другое солнечное излучение. Это выбивает электроны из атома. Эти электроны являются отрицательно заряженными частицами, а остальные части атомов газа образуют положительно заряженные частицы. Положительные и отрицательные частицы называются ионами. Процесс образования ионов называется ионизацией.

При ионизации солнечным излучением эта область, называемая ионосферой, может преломлять (изгибать) радиоволны. Если волна достаточно изогнута, она возвращается на Землю. Если волна недостаточно изогнута, она уходит в космос. Возможны радиолюбительские контакты на расстоянии до 2500 миль с одним пропуском за пределы ионосферы. Связь по всему миру с использованием нескольких пропусков может иметь место, если условия правильные. Именно так распространяются радиосигналы на большие расстояния.

Два фактора определяют возможность распространения пространственной волны между двумя точками: используемая частота и уровень ионизации. Чем выше частота радиоволны, тем меньше она искривляется ионосферой. Самая высокая частота, на которой ионосфера отклоняет радиоволны обратно в желаемое место на Земле, называется максимальной полезной частотой (МПЧ). МПЧ для связи между двумя точками зависит от силы солнечного излучения и времени суток. Радиоволны, распространяющиеся за горизонт за счет преломления в ионосфере, называются небесными волнами. Распространение пространственной волны происходит, когда сигнал возвращается на Землю ионосферой.

Ионизация ионосферы возникает в результате попадания солнечного излучения в верхние слои атмосферы. Наибольшее значение оно имеет днем ​​и летом. Количество солнечного излучения меняется в течение дня, сезона и года. Излучение тесно связано с видимыми солнечными пятнами (серовато-черными пятнами на поверхности Солнца). Радиолюбители, заинтересованные в дальней связи, всегда знают, в какой части цикла солнечных пятен мы находимся. Солнечные пятна различаются по количеству и размеру в течение 11-летнего цикла. Больше солнечных пятен обычно означает большую ионизацию ионосферы.

Когда солнечных пятен мало, радиация и МПЧ ниже. Вот почему ВЧ-связь усиливается во время повышенной активности солнечных пятен.

Распространение с пропуском имеет как максимальный, так и минимальный предел диапазона. Этот минимум часто превышает диапазон земной волны. Существует область между максимальным расстоянием земной волны и минимальным расстоянием пропуска, где радиосигналы на определенной частоте не достигаются. Эта «мертвая» зона называется зоной пропуска.

Есть несколько ионизированных областей, которые появляются на разной высоте в атмосфере. В каждой области есть центральная область, где ионизация наибольшая. Интенсивность ионизации уменьшается выше и ниже центральной области в каждой области.

Ионосфера состоит из нескольких областей заряженных частиц. Эти регионы получили буквенные обозначения. Ученые начали с буквы D на тот случай, если остались неоткрытые нижние области.

Область D:

Самая нижняя область ионосферы, влияющая на распространение, — это область D. Эта область находится в относительно плотной части атмосферы на высоте около 35-60 миль над Землей. Когда атомы в этой области поглощают солнечный свет и образуют ионы, ионы живут недолго. Они быстро соединяются со свободными электронами, снова образуя нейтральные атомы. Степень ионизации в этой области сильно различается, так как зависит от того, сколько солнечного света попадает в эту область. В полдень ионизация области D максимальна или очень близка к ней. К закату эта ионизация исчезает. Область D неэффективна при преломлении или отклонении высокочастотных сигналов обратно на Землю. Основным эффектом области D является поглощение энергии радиоволн. Когда радиоволны проходят через ионосферу, они выделяют энергию, которая приводит в движение некоторые ионизированные частицы. Эффекты поглощения на более низких частотах больше, чем на более высоких частотах. Поглощение также увеличивается, когда есть больше ионизации. Чем больше ионизация, тем больше энергии теряют радиоволны, проходя через ионосферу. Абсорбция наиболее выражена в полдень. Он отвечает за короткие дневные диапазоны связи на диапазонах нижних частот (160, 80 и 40 метров).

Область E:

Следующая область в ионосфере — область E на высоте от 60 до 70 миль. На этой высоте ионизация, производимая солнечным светом, длится недолго. Это делает область E полезной для отклонения радиоволн только тогда, когда она находится под солнечным светом. Как и область D, область E достигает максимальной ионизации около полудня. К вечеру уровень ионизации очень низкий. Уровень ионизации достигает минимума незадолго до восхода солнца по местному времени. Используя область E, радиосигнал может пройти максимальное расстояние около 1250 миль за один скачок. Спорадический пропуск E или E — это тип распространения пространственной волны, который позволяет осуществлять связь на большие расстояния в диапазонах ОВЧ (6 метров, 2 метра, 222 МГц). Хотя спорадический E возникает только в определенное время года, это наиболее распространенный тип распространения пространственной волны в диапазоне ОВЧ.

F-область:

F-область ионосферы наиболее ответственна за дальнюю любительскую связь. Этот регион очень большой и находится на высоте от 100 до 310 миль над Землей. Высота зависит от сезона, широты, времени суток и солнечной активности. Ионизация достигает максимума вскоре после полудня по местному стандартному времени и очень постепенно снижается к закату. На этой высоте ионы и электроны рекомбинируют очень медленно. Область F остается ионизированной в течение ночи, достигая минимума непосредственно перед восходом солнца. После восхода солнца ионизация быстро возрастает в течение следующих нескольких часов. Затем она медленно увеличивается до полуденного максимума.

В течение дня область F делится на две части, F1 и F2. Центральная часть области F1 формируется на высоте около 140 миль. Для области F2 центральная область формируется на высоте около 200 миль над Землей. Эти высоты меняются в зависимости от сезона года и других факторов. Летом в полдень область F2 может достигать высоты 300 миль. Ночью эти две области воссоединяются, образуя единую область F немного ниже большей высоты. Регион F1 не имеет большого отношения к дальней связи. Его эффекты аналогичны эффектам, вызванным областью E. Область F2 отвечает за почти всю дальнюю связь на любительских КВ-диапазонах. Односкачковая радиопередача проходит максимум около 2500 миль, используя область F2.

Рассеяние влияет на распространение всех электромагнитных волн. Это в значительной степени меняет идеализированные паттерны. Атмосфера Земли, ионосферные области и любые объекты на пути радиосигналов рассеивают энергию. Поняв, как происходит рассеяние, мы можем использовать этот режим распространения в своих интересах.

Существует область между внешней границей распространения земных волн и точкой возвращения первых сигналов из ионосферы. Зона пропуска часто описывается так, как если бы связь между станциями в зоне пропуска друг друга была невозможна. Но часть передаваемого сигнала рассеивается в атмосфере, поэтому сигнал слышен на большей части зоны пропуска. Обычно вам нужен очень чувствительный приемник и хорошие методы работы, чтобы услышать эти сигналы, так как они обычно слабые и искаженные.

Вы можете наблюдать сложную форму рассеяния, когда работаете очень близко к МПЧ. Передаваемая волна преломляется обратно на Землю в какой-то удаленной точке. Часть передаваемого сигнала отражается обратно в ионосферу. Часть этого сигнала поступает к передающей станции. Отражающая волна может помочь заполнить зону пропуска.

Рассеянные сигналы, как правило, слабые и подвержены искажениям, поскольку сигнал может приходить к приемнику с разных направлений. Этот тип распространения рассеяния можно использовать за пределами местного диапазона до нескольких сотен миль. В идеальных условиях возможно распространение рассеяния на расстояние более 3000 миль. Эту форму распространения иногда называют «обратным рассеянием», но термин «боковое рассеяние» более точно описывает то, что происходит на таких длинных трассах.