Распространение радиоволн
Какие виды распространения возможны между двумя антеннами — и от чего зависит, какой из них сработает.
Передающая антенна не выбирает один-единственный способ «доставить» сигнал. Она создаёт электромагнитную волну, а её дальнейший путь определяется частотой, Землёй и условиями в атмосфере. Поэтому на одной частоте связь может быть устойчивой, на другой — пропасть за горизонтом, а на третьей — прийти с другого континента.
Это и есть распространение радиоволн (нем. Wellenausbreitung, англ. radio-wave propagation): путь волны от передающей антенны к приёмной и всё, что этот путь меняет.
Между двумя антеннами возможны разные способы распространения
Прямая видимость
Почти прямой луч между антеннами.
Земная волна
Идёт у поверхности Земли.
Тропосфера
Воздух меняет траекторию сигнала.
Ионосфера
HF возвращается к Земле из верхней атмосферы.
Четыре вида распространения
Прямая видимость — основной путь для VHF, UHF и более высоких частот. Волна идёт почти прямо между антеннами. Дальность ограничивает кривизна Земли, рельеф и высота антенн; эту границу называют радиогоризонтом (нем. Funkhorizont, англ. radio horizon).
Земная волна (нем. Bodenwelle, англ. ground wave) следует близко к поверхности Земли. Она особенно заметна на низких частотах. Чем выше частота и хуже проводимость грунта, тем быстрее такой сигнал теряет энергию.
Тропосферное распространение происходит в нижней части атмосферы, где живёт погода. Слои воздуха с разной температурой и влажностью могут немного изгибать луч, а иногда направлять его далеко за обычный радиогоризонт.
Ионосферное распространение использует ионизированные слои верхней атмосферы. На коротких волнах их постепенное преломление может вернуть сигнал к Земле и дать связь на сотни или тысячи километров. Состояние ионосферы (нем. Ionosphäre, англ. ionosphere) меняется с временем суток, сезоном и солнечной активностью.
Диапазон подсказывает, с чего начать
Это не таблица готовых ответов: на одном диапазоне возможны разные виды распространения в зависимости от расстояния и условий. Но частота помогает выбрать модель, с которой стоит начать разбор.
2200 и 630 м, а также нижняя часть 160 м. Для связи на близких и средних расстояниях особенно важна земная волна. Ночью на 160 м заметную роль может играть и ионосфера: сигнал способен уйти значительно дальше.
КВ: примерно от 80 до 10 м. Для дальней связи обычно первым проверяют ионосферное распространение. Время суток, сезон и солнечная активность здесь часто важнее мощности передатчика. На короткой дистанции остаются прямая видимость и местные отражения; на нижних КВ-диапазонах возможна земная волна.
VHF: 6 и 2 м. Обычная отправная точка — прямая видимость и радиогоризонт. Тропосфера иногда продлевает этот путь, а на 6 м ионосферные открытия, например Sporadic-E, могут дать неожиданно дальнюю связь. На 2 м это тоже возможно, но существенно реже.
UHF и выше: 70 см, 23 см и выше. Почти всегда начинают с прямой видимости, высоты антенн, рельефа и зданий. При инверсиях и тропосферных каналах связь может уйти далеко за радиогоризонт, но ионосфера на этих частотах обычно не возвращает сигнал к Земле.
Что может произойти с сигналом по дороге
Определить способ распространения — только первый шаг. Даже когда понятно, как волна добралась до приёмника, её сила и качество могут меняться из-за поглощения, рассеяния, отражений и сложения нескольких копий сигнала.
Например, многолучёвость и замирание — не дополнительные способы распространения. Эти слова описывают, что произошло с сигналом во время его распространения.
В городе сигнал прямой видимости может прийти к антенне и напрямую, и после отражения от здания. Приёмник сложит эти копии с разными задержками — это многолучёвость. При ионосферном распространении сигнал может ослабнуть из-за поглощения или прийти несколькими путями и начать замирать. Поэтому сначала выясняют, как волна дошла до приёмника, а затем — что изменило её по дороге.
Ретранслятор начинает новый участок связи
Ретранслятор или спутник — не вид распространения, а промежуточный узел связи. Он принимает сигнал и передаёт его дальше; для каждого участка до и после такого узла всё равно нужно отдельно определить способ распространения.
С чего начать разбор радиолинии
Для начала достаточно четырёх вопросов:
- Какая частота и диапазон? На HF и VHF работают разные главные механизмы.
- Видят ли антенны друг друга через рельеф и кривизну Земли?
- Что находится на пути: город, лес, вода, горы, неоднородные слои воздуха?
- Каковы время суток, погода и состояние ионосферы?
Ответы не заменяют расчёт, но помогают выбрать правильную модель вместо универсального объяснения «радио просто отразилось».