Физическая энциклопедия

СВЕРХДАЛЬНЕЕ РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН

-распространениерадиоволнна расстояния, существенно превышающие протяжённость стандартныхлиний радиосвязи (10тыс. км). Реализуется при благоприятном пространственном распределенииэлектронной концентрацииNeн эфф. частоты соударенийv над землёй на уровне ~км, определяющих совместно с рабочей частотойfосн. свойства показателяпреломления земнойатмосферы,и формирующих такой волновой канал(см.Полноводное распространение радиоволн),к-рый обеспечиваетнаим. затухание в точке приёма. При этом существ, роль играют высотнаястратификация среды и её горизонтальная неоднородность.

Представление о предельно достижимой дальности менялось с накоплениемэксперим. фактов, развитием приёмно-передающих комплексов и теории распространенияэл.-магн. волн. Первые опыты Г. Маркони (G. Marconi) по трансатлантич. ионосферы, отражающей радиоволны обратно к Земле(см.Отражение радиоволн).Освоение в 1920-е гг. КВ-диапазона (декаметрового)показало возможность установления дальних связей даже при малых излучаемыхмощностях. Были обнаружены сигналы, проходящие по обратной дуге большогокруга, и кругосветное эхо, отмечено повышение амплитуды сигнала в окрестностиантипода излучателя. Дальнейшие исследования, в т. ч. с помощью ИСЗ, геофиз. антенн, показали наличие разнообразныхканалов С. р. р., множественность траекторий, сложные вариации азимутальныхуглов прихода, связь оптим. условий распространения с освещённостью трассы. след, типам:прямые сигналы (ПС)- длина раднотрассыDот 10 до 20 тыс. км; антиподныесигналы (АС) -D ~20 тыс. км; обратные сигналы (ОС) - 20 <.< 40 тыс. км; кругосветные сигналы (КС) -D- ~ 40 тыс. км;кратные кругосветные сигналы (КСП) -D ~40птыс.Прямые и обратные сигналы.При расстоянии между корреспондентами~ 10-15 тыс. км в суточном цикле наблюдается резкий переход от кратчайшегопути (ПС) к обратной трассе (ОС). При этом предпочтительной является трасса,Антиподные сигналы(АС) соответствуют макс. разносу излучателяи приёмника на Земле, когда потенциально возможны любые направления приходарадиоволн. Из-за неоднородности ионосферы вблизи антипода формируется фокальноепятно размером ~0,5- 1,5 тыс. км с неск. направлениями прихода и сложнымпространственным распределением напряжённости поля. Это явление аналогичноаберрациям оптических систем.Оптим. условия приёма АС реализуютсяна трассах, лежащих в ночном полушарии и в окрестности терминатора (линия,Кругосветные сигналы(КС). Оптим. трассы тяготеют к сумеречнойзоне, составляя обычно с терминатором угол 10-20°. Наилучшие условия приёмаКС зимой в дневное время, неск. хуже - в ночное время летом и днём в равноденствие. МагнитосфераЗемли). Более точные условия приёма КС сводятся к след, эмпирич. правилам:критич. частотаF-слояионосферы в районе излучателя и его антипода ; траектория КС близка к большому кругу, на к-ром достигается максимумминимумаfкрF2и минимум продольных градиентов электроннойконцентрации. При связи между ИСЗ, орбиты к-рых проходят ниже максимумаF-слоя,диапазон наблюдаемых частот расширяется до 40 МГц и вероятностьприёма дальних радиосигналов значительно увеличивается.Кратные кругосветныесигналы(КСn). Оптим. условия приёма КСn, каки КС, соответствуют сближению трасс с терминатором. КСnпринимаютсяв периоды высокого уровня КС. Обращает на себя внимание исключительно низкоезатухание КСn- порядка 5-20 дБ на один обход.

Задержанные сигналы(ЗС).Радиоэхос задержками в единицыи десятки секунд (т. е. на 1-2 порядка большими, чем у КС) наблюдаетсягораздо реже, чем КС. В ряде случаев оптим. условия приёма ЗС также связаныс терминатором и отмечается кратность их задержек задержкам КС.

Явление С. р. р. наиб. характерно для коротких (декаметровых) волн вдиапазоне f ~ 10-25 МГц. Волны более низкой частоты испытывают значит, излучение требуетрадиопередающих устройствбольшой мощности и громоздких антенн. Для УКВ и более коротких радиоволн, Для С. р. р. всех типов можно отметить ряд общих свойств. Диапазон оптим.Механизмы сверхдальнего распространения радиоволн.Осн. способомС. р. р. декаметровых радиоволн является смешанный механизм распространения, отражение радиоволн от поверхностиЗемли и ионосферы) и волноводный способы распространения. Приближённыеф-лы для диэлектрич. проницаемости

и проводимости плазмы

где - циклическая частота,т -масса электрона, позволяют оценить частотно-угл. ионосфера, и их поглощение. волны высокой частоты, распространяющиеся в приподнятомволновом канале, формирующемся ниже максимума F-слоя за счёт сферичностиЗемли и рефракции радиоволн в расслоённой ионосфере (рис. 1). Такими волноводно-рикошетирующимимодами осуществляется сверхдальняя связь между ИСЗ. Малое погонное затуханиеКС и КСnговорит о том, что реализуется волноводный механизмраспространения. Оценки показывают, что ионосферный волновод возбуждаетсяс Земли за счёт регулярных горизонтальных градиентов ионосферы, рассеянияна случайных неоднородностях и дифракц. эффектов.

Геом. оптика распространения радиоволн в трёхмерно-неоднородной ионосфереподобна динамике частицы в медленно меняющемся потенциальном поле. В первомприближении вертикальная проекция лучевой траекторииr(s)даётсяур-нием

Здесьr = R+ z - расстояние от центра Земли,R -радиусЗемли, s - расстояние вдоль земной поверхности;- модифициров. диэлектрич. проницаемость, а -медленно меняющаяся ф-ция географич. координат, определяемая из условиясохранения адиабатич. инварианта:

(здесь -точки поворота луча). Ф-лы (1) и (2) учитывают горизонтальную неоднородностьионосферы и позволяют проследить переход от скачкового механизма к волноводномураспространению и обратно (рис. 2). Ф-ция определяет; вертикальный угол прихода для скачковых траекторий; для волноводно-рикошетирующих траекторий.

вырождающегося ионосферного волновода на уровне , определяемом из ур-ния

Рис. 1. Пример рикошетирующих траекторий: f = 30МГц, Z0= 150 км (тонкая черта - изолинии Ne).

Рис. 2. Отрыв скачковых траекторий от Земли: f = 18 МГц,=7°.

Рис. 3. Структура траектории антиподного сигнала (а) и кругосветногосигнала (б).

Используя модели профиля электронной концентрацииNe(r)и изменения его узловых параметров [экстремумовNe(r)и её вертикальных градиентов] в зависимости от координат (т. н. экстремально-параметрич. метод), можно получить из (1) - (4) явныеф-лы для всех характеристик радиосигнала.

Усреднённые горизонтальные проекции лучей являются характеристикамидвумерного ур-нияэйконала

определяющего глобальную картину траекторий распространения. Особенностиполя лучей (1) - (5) (каустикии фокальные точки) указывают областимакс. уровня сигнала. За счёт продольной фокусировки возникают дискретныезоны повыш. напряжённости поля вдоль трассы. Поперечная фокусировка приводитк формированию фокальных пятен сложной структуры при антиподном и кругосветномраспространении (рис. 3). В окрестности каустик и точек их заострения можноожидать аномально высокого уровня АС и КС.Лит.:Краснушкин П. Е.,Метод нормальных волн в применении к проблеме дальних радиосвязей, М.,1947; Ш л и о н с к и й А. Г., Дальнее распространение радиоволн в ионосфере, процессы от Солнца до ядра Земли, М.,1989.А. В. Попов, Ю. Н. Черкашин, А. Г. Шлионский.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия.Главный редактор А. М. Прохоров.1988.


  1. сверхдальнее распространение радиоволн—very longdistance radio wave propagation...Русско-английский словарь по физике