Рабочее окно ионосферы: MUF и LUF
Почему слишком низкая частота поглощается, слишком высокая уходит в космос и как угол антенны меняет допустимую частоту.
Фраза «диапазон открыт» слишком общая. Ионосферная связь всегда относится к конкретным двум точкам, времени и углу излучения. Для такой радиолинии есть диапазон частот, которые одновременно проходят через поглощающие области и возвращаются к нужной точке Земли.
Нижняя граница этого окна — LUF (англ. lowest usable frequency): ниже неё потери, прежде всего в D-области, становятся слишком большими для данной аппаратуры. Верхняя граница — MUF (англ. maximum usable frequency): выше неё ионосфера уже не изгибает волну достаточно сильно.
Связь возможна, пока выполняется простое условие:
Измените угол излучения
Упрощённая плоская модель показывает секансный закон для одной области ионосферы.
Критическая частота измеряется вертикально
Если направить волну вертикально вверх, существует наибольшая частота, которая ещё вернётся обратно. Её называют критической частотой . Более высокая частота пройдёт через ионосферу.
Но радиолюбительская связь обычно использует наклонный луч. Ионосфере не нужно разворачивать его на полные 180°, поэтому при пологом падении она может вернуть частоту выше критической. В простой плоской модели это описывает секансный закон:
Здесь — угол излучения относительно поверхности Земли. При 90° волна идёт вертикально, и MUF равна критической частоте. Чем пологее угол, тем выше может быть MUF для дальней точки.
Это не означает, что надо всегда прижимать луч к горизонту. На малых углах растёт путь через поглощающие области, сильнее влияют рельеф и окружение антенны, а нужная область Земли может оказаться между скачками.
MUF — свойство радиолинии, а не всей планеты
Электронная плотность меняется с местом, временем суток, сезоном и солнечной активностью. Одновременно меняются высота эффективного преломления и геометрия трассы. Поэтому MUF между Берлином и Мадридом отличается от MUF между Берлином и Гамбургом в тот же момент.
В оперативной работе выбирают частоту с запасом ниже прогнозируемой MUF. У самой границы небольшое изменение ионосферы может закрыть связь. Но уходить слишком низко тоже невыгодно: увеличиваются поглощение и атмосферный шум.
LUF зависит не только от ионосферы
MUF определяется главным образом тем, способна ли ионосфера вернуть волну. LUF отвечает на другой вопрос: останется ли после поглощения достаточно энергии для приёма.
Поэтому LUF зависит от D-области, мощности передатчика, усиления антенн, чувствительности приёмника, вида модуляции и требуемого качества связи. Более эффективная система может принять сигнал на частоте, которая для слабой системы уже ниже её практической LUF.
Если поглощение настолько велико, что LUF поднялась выше MUF, рабочего окна нет вообще. Увеличение мощности иногда сдвинет практическую нижнюю границу, но не заставит частоту выше MUF вернуться из космоса.
Угол определяет и дальность первого скачка
Чем выше область преломления и чем положе излучение, тем дальше от передатчика волна впервые возвращается к Земле. Это расстояние называют дальностью скачка (нем. Sprungdistanz, англ. skip distance).
С ростом частоты к MUF изгиб волны становится слабее, и точка возвращения обычно отодвигается. Одновременно расширяется область молчания между концом земной волны и первым ионосферным скачком. Поэтому смена диапазона меняет не только уровень сигнала, но и географию слышимых станций.