Mengapa kita tidak dapat melihat gelombang yang masuk ke radio

Lihat Foto

WIKIMEDIA COMMONS/Adrian.lifa

Ilustrasi fenomena awan pelangi. Gambar ini adalah fenomena langit di Verbier, Swiss.

KOMPAS.com - Gelombang elektromagnetik adalah jenis gelombang yang terdiri dari dua bidang, yaitu bidang listrik (elektro) dan bidang magnetik sehingga tidak memerlukan medium untuk merambat. Contoh gelombang elektromagnetik adalah cahaya.

Cahaya dari Matahari yang sangat jauh sampai ke Bumi dengan merambat secepat 300.000.000 meter per detik di luar angkasa yang hampa. Namun gelombang elektromagnetik tidak hanya cahaya matahari, untuk mengetahui apa saja jenisnya yuk kita simak penjelasan berikut ini!

Jenis gelombang elektromagnetik bisa dibedakan menurut spektrum gelombang elektromagnetik. Dilansir dari Encyclopedia Britannica, spektrum elektromagnetik adalah rentang radiasi elektromagnetik yang menunjukkan berbagai jenis gelombang elektromagnetik sesuai frekuensi dan panjang gelombangnya.

Baca juga: Contoh Soal Menghitung Gelombang Cahaya

Kompas.com/SILMI NURUL UTAMI Spektrum gelombang elektromagnetik

Gelombang radio adalah sinar elektromagnetik dengan frekuensi terkecil namun panjang gelombang terbesar (ingat bahwa frekuensi berbanding terbalik dengan panjang gelombang).

Gelombang radio digunakan untuk segala macam komunikasi, dimulai penyiaran radio, komunikasi antar kapal laut, hingga untuk mengirim sinyal darurat pada tim penyelamat seperti di film-film.

• Gelombang Mikro (Microwave)

Dilansir dari NASA, gelombang mikro adalah gelombang elektromagnetik yang digunakan untuk memasak dan juga mempelajari struktur galaksi terdekat oleh astronom.

Inframerah adalah gelombang elektromagnetik yang tidak hanya dipancarkan Matahari namun juga oleh makhluk hidup. Inframerah digunakan dalam teknologi pengelihatan termal, sistem keamaan, remote control, dan juga pemetaan debu antar bintang.

Baca juga: Menyelesaikan Soal Interferensi Cahaya

• Cahaya Tampak (Visible Light)

Cahaya tampak adalah gelombang elektromagnetik yang dapat terlihat oleh mata kita seperti merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu.

Cahaya yang memiliki panjang gelombang terbesar adalah merah dengan panjang gelombang 620 nm hingga 750 nm. Sedangkan cahaya yang memiliki panjang gelombang terkecil adalah ungu 380 nm hingga 450 nm.

Media propagasi gelombang radio dapat berupa jalur alami atau buatan. Jalur alami adalah permukaan bumi, atmosfer atau luar angkasa. Lingkungan seperti itu tidak dapat dikendalikan, yang sangat penting bagi organisasi komunikasi radio. Jalur propagasi gelombang radio sepanjang jalur alami memiliki bentuk:

(GAMBAR 12).

Gelombang radio (1) merambat di sekitar Bumi disebut terestrial. Pengaruh paling nyata pada propagasi gelombang radio di atmosfer diberikan oleh troposfer dan ionosfer. Perambatan gelombang troposfer (2) di troposfer terjadi karena hamburan dan refleksi dari ketidakhomogenan troposfer; gelombang radio (3) merambat dengan refleksi dari ionosfer, atau hamburan di dalamnya disebut ionosfer. Gelombang radio 4.5 digunakan untuk radio link Bumi-ke-angkasa, antariksa dan tidak memiliki nama khusus. Di ruang bebas, gelombang radio memiliki struktur transversal, mis. penyusunnya saling berhubungan medan listrik dan magnet yang saling tegak lurus dan terhadap arah rambat. Pada Gambar 13, vektor E mencirikan pada suatu titik waktu arah medan listrik gelombang, vektor medan magnet-H, vektor P-arah perambatan gelombang elektromagnetik. Lokasi vektor E di ruang angkasa mencirikan polarisasi gelombang radio. Tergantung pada perubahan arah vektor, polarisasi dapat linier, melingkar, atau elips. Dengan polarisasi linier, vektor E tetap sejajar dengan dirinya sendiri selama propagasi, berubah secara berkala dalam besar dan arah. Hukum matematika perubahan vektor, asalkan dalam sistem koordinat persegi panjang itu berubah pada bidang yang melalui sumbu Z, dapat ditulis: Ez=Emcos(?t-kz) (1) atau dalam bentuk kompleks: Ez=Em* (e**j )*cos(?t-kz) (2), di mana?=2πƒ-κ frekuensi melingkar, k=2π/λ – frekuensi spasial atau faktor gelombang. Dalam kasus umum, nilai k memiliki arti vektor dan mencirikan arah rambat gelombang. Hukum perubahan vektor H ditulis dengan cara yang sama karena fakta bahwa hanya dalam kondisi ini gelombang radio dapat merambat. Dalam kasus perambatan gelombang terpolarisasi linier di dekat antarmuka 2 media, polarisasi vertikal dibedakan jika vektor E terletak pada bidang datang gelombang dan horizontal jika vektor E sejajar dengan antarmuka. Konsep polarisasi adalah relatif; dalam kasus umum, gelombang terpolarisasi sewenang-wenang sehubungan dengan antarmuka dipertimbangkan. Dalam hal ini, vektor E didekomposisi menjadi dua komponen, salah satunya akan sesuai dengan polarisasi vertikal, dan yang kedua untuk horizontal. Dengan polarisasi melingkar, vektor E, yang besarnya tetap, berputar sedemikian rupa sehingga ujungnya menggambarkan lingkaran. Dengan polarisasi elips, vektor E berubah terhadap waktu dalam arah dan besaran sehingga ujungnya menggambarkan elips.

Polarisasi gelombang radio ditentukan oleh jenis antena pemancar dan sifat fisik media di mana gelombang radio merambat. Hanya di luar angkasa gelombang radio merambat seperti di ruang bebas. Jika tidak, kondisi propagasi ditentukan oleh sifat listrik Bumi dan atmosfer, serta oleh medan. Permukaan bumi memiliki dampak yang signifikan terhadap perambatan gelombang radio terestrial. Sifat dasarnya dicirikan terutama oleh dua parameter: permitivitas dielektrik? dan konduktivitas? Apakah permukaan bumi homogen secara mendalam dicirikan oleh keteguhan parameter? dan? di seluruh rentang gelombang radio yang lebih panjang dari satu meter. Pada dm dan gelombang yang lebih pendek? berkurang, kan? meningkat dengan meningkatnya frekuensi. Nilai terbesar? dan? memiliki media cair, sedangkan tanah kering, es, salju, vegetasi memiliki nilai yang relatif kecil? dan?. Oleh karena itu, tergantung pada frekuensi gelombang radio, sifat-sifat permukaan bumi berubah. Misalnya, untuk rentang cm, air laut dianggap sebagai dielektrik, dan tanah basah dapat dianggap sebagai dielektrik untuk meter dan panjang gelombang yang lebih pendek. Parameter dan menentukan derajat penyerapan energi gelombang radio selama perambatan di atas permukaan bumi Secara kuantitatif, kehilangan energi digambarkan dengan koefisien penyerapan 6πγ/√(ε). (3)

Kerugian fisik disebabkan oleh transisi energi gelombang radio menjadi energi panas dari pergerakan molekul medium propagasi. Ketika gelombang radio merambat di air laut dan tanah basah pada frekuensi rendah, koefisien penyerapan meningkat dengan meningkatnya frekuensi, dan pada frekuensi tinggi berhenti berubah, seperti halnya dalam dielektrik. jika em Jika gelombang jatuh di permukaan bumi yang halus, maka sebagian dipantulkan dari antarmuka antara media dan sebagian melewati kedalaman media kedua. Oleh karena itu, ada gelombang datang dan gelombang pantul di atmosfer, dan gelombang dibiaskan di medium kedua. Ketika gelombang dipantulkan, polarisasinya dapat berubah, dan bagian gelombang yang dibiaskan diserap oleh medium. Pantulan gelombang radio dari permukaan datar yang datar mematuhi hukum optik geometris. Jika permukaan bumi tidak datar, maka gelombang radio dipantulkan ke berbagai arah, termasuk ke arah yang berlawanan. Sinyal yang tersebar mungkin memiliki, selain komponen polarisasi yang sama seperti gelombang datang, komponen polarisasi ortogonal. Permukaan dianggap rata jika ketinggian maksimum kekasaran hн memenuhi syarat: hнλ/(8cos) (4). , de? - sudut datang gelombang radio. Untuk saluran VHF, di mana komunikasi dilakukan hanya pada jarak garis pandang, menaikkan antena di atas permukaan bumi memungkinkan Anda untuk menambah panjang sambungan. Untuk SW dan LW, peningkatan panjang tautan radio disediakan oleh difraksi gelombang radio, mis. menghindari rintangan di jalan mereka. Pengaruh troposfer pada perambatan gelombang radio, serta dalam kasus perambatan gelombang radio terestrial, terutama ditentukan oleh sifat perubahan permitivitas dan konduktivitas medium, yang pada gilirannya tergantung pada sifat fisikokimia gas yang memasuki troposfer. Komposisi gas relatif troposfer tetap konstan di seluruh ketinggian, hanya kandungan uap air yang berubah, yang tergantung pada kondisi meteorologis dan menurun seiring ketinggian. Ketika merambat di troposfer, gelombang radio dengan rentang panjang gelombang yang lebih pendek dan lebih pendek kehilangan energi karena penyerapan oleh tetesan air dan hamburan di dalamnya. Ketika gelombang radio melewati setiap tetes air, arus polarisasi diinduksi, yang menyebabkan hilangnya energi. Dalam hal ini, setiap tetes memancarkan kembali mereka. gelombang, dan merata ke segala arah, yang mengarah pada disipasi kekuatan gelombang radio. Gelombang mm mengalami penyerapan tambahan dalam uap air dan molekul oksigen. Selama distribusi gelombang radio di troposfer, kelengkungan lintasan gelombang diamati, dan tingkat kelengkungan dan arah gelombang tergantung pada keadaan troposfer. Fenomena kelengkungan lintasan ini, yang disebut pembiasan, dijelaskan oleh perubahan konstanta dielektrik? dan indeks bias troposfer dengan ketinggian. Mari kita bayangkan troposfer sebagai lapisan bola tipis dengan indeks bias yang konstan di lapisan dan berbeda di lapisan yang berbeda. Ketika gelombang radio melewati batas lapisan, itu akan dibiaskan. Jika indeks bias menurun dengan ketinggian, maka sudut bias meningkat, yaitu. dn/dh 0, maka terjadi pembiasan troposfer negatif dan jalur gelombang radio melengkung ke atas dari tanah. Dengan refraksi troposfer positif, ada 3 kasus khusus: 1) refraksi normal 2) refraksi kritis 3) superrefraksi Refraksi troposfer normal terjadi di troposfer normal, yang parameternya (P, t, tinggi kelembaban) sesuai dengan nilai rata-rata tertentu. Lintasan sebaran gelombang radio dalam hal ini melengkung ke arah permukaan bumi, yang menyebabkan bertambahnya jangkauan radio link. Derajat pembelokan gelombang radio tergantung pada panjang gelombang dan keadaan troposfer. Dalam kondisi tertentu, kelengkungan sedemikian rupa sehingga gelombang radio merambat sejajar dengan tanah pada ketinggian konstan. Jenis pembiasan ini disebut kritis. Dengan penurunan tajam dalam indeks bias dengan ketinggian, refleksi internal total gelombang radio dari troposfer terjadi, dan kembali ke bumi. Fenomena ini disebut superrefraksi dan diamati pada pita VHF.

Gambar 16

Ketika daerah superrefraksi menempati jarak yang cukup jauh di atas permukaan bumi, VHF dapat merambat pada jarak yang sangat jauh. Dalam hal ini, gelombang radio merambat dengan pergantian 2 fenomena berturut-turut: pembiasan di troposfer dan pemantulan dari bumi. Fenomena ini disebut propagasi gelombang radio dalam kondisi pandu gelombang troposfer. Perambatan pandu gelombang seperti itu dimungkinkan untuk gelombang cm dan dm. Ketinggian pandu gelombang troposfer bisa mencapai beberapa puluh meter. Di troposfer, kondisi lain diciptakan yang memastikan propagasi gelombang radio jarak jauh. Pada ketinggian 1-3 km, lapisan inversi diamati; lapisan dengan perubahan tajam dalam indeks bias, yang dapat memantulkan gelombang radio. Ketebalan lapisan inversi dapat bervariasi dari beberapa meter hingga seratus meter. Dalam hal ini, koefisien refleksi memiliki nilai yang cukup hanya untuk sinar paling lembut dengan ketebalan lapisan kecil dibandingkan dengan panjang gelombang, yang menyiratkan bahwa intensitas pantulan yang cukup diamati pada panjang gelombang meter. Gelombang panjang dipantulkan lebih lemah. Dipantulkan dari lapisan inversi tinggi, gelombang radio dapat merambat hingga jarak 200-400 km. Namun, fenomena ini, seperti pandu gelombang troposfer untuk membuat tautan radio yang beroperasi secara teratur, dibatasi oleh ketidakteraturan manifestasi. Lebih realistis adalah penggunaan propagasi troposfer jauh untuk hamburan VHF pada ketidakhomogenan troposfer. Ketidakteraturan troposfer adalah daerah di mana konstanta dielektrik berbeda dari nilai rata-rata untuk troposfer sekitarnya. Penyimpangan menciptakan radiasi sekunder, yang bersifat multipath. Maksimum reradiasi berorientasi pada rambatan awal gelombang dan hanya sebagian yang mengarah ke samping. Panjang tautan radio dalam kasus hamburan troposfer mencapai 300-500 km. Tautan radio semacam itu banyak digunakan saat ini di mana stasiun relai perantara tidak dapat dipasang (di atas selat, di utara dan daerah berpenduduk jarang). Tautan radio ini memberikan keandalan yang baik untuk transmisi pesan telepon dan telegraf. Pengaruh ionosfer pada perambatan gelombang radio ditentukan oleh dua faktor utama - adanya ketidakhomogenan dan konsentrasi elektron yang relatif tinggi. Ketidakhomogenan ionosfer adalah beberapa area di mana kerapatan elektron berbeda dari nilai rata-rata pada ketinggian tertentu. Ukuran ketidakhomogenan bisa dari beberapa meter hingga beberapa kilometer. Di wilayah D, terjadi penyimpangan kecil hingga puluhan meter, di lapisan E hingga 200-300 m, dan di lapisan F hingga beberapa kilometer. Meskipun ketidakhomogenan ionosfer terus berubah, namun mereka digunakan oleh komunikasi radio pada gelombang meter pada jarak 1-2 ribu km. Kehadiran elektron dan ion di ionosfer menentukan nilai konstanta dielektrik, di mana redaman gelombang ionosfer bergantung. Konstanta dielektrik gas terionisasi selalu 2 (5), di mana f adalah frekuensi operasi, Ne adalah kerapatan elektron. Dapat dilihat dari rumus (5) bahwa pada nilai kerapatan elektron tertentu, permitivitas dapat menjadi sama dengan 0. Frekuensi f 0 di mana =0 disebut frekuensi alami gas terionisasi. Dalam hal ini, rumus (5) berbentuk:

(6). Untuk f (7). Dapat dilihat dari rumus (7) bahwa setiap frekuensi memiliki kecepatan fasanya masing-masing. Kecepatan ini > kecepatan cahaya di ruang bebas. Dengan demikian, dispersi gelombang memanifestasikan dirinya dalam propagasi simultan dari beberapa gelombang monokromatik dari frekuensi yang berbeda, yang hampir selalu terjadi. Komponen spektral sinyal radio dalam media dispersif merambat dengan kecepatan fase yang berbeda, yang menyebabkan distorsi sinyal. Kecepatan grup adalah kecepatan propagasi maksimum dari amplop sinyal. Untuk gas terionisasi, kecepatan grup Ugr perambatan gelombang dalam medium dispersif ditentukan oleh ekspresi:

(delapan). kecepatan grup dan fase dihubungkan oleh hubungan: Ugr*Uf=с 2 (9) .о. Dalam gas terionisasi, sinyal radio merambat pada kecepatan kurang dari kecepatan cahaya. Jelas, ketika merambat di ionosfer, sinyal broadband, yang mencakup pulsa pendek, akan mengalami distorsi terbesar.

Pulsa 1, setelah melewati ionosfer, memperoleh bentuk 2. Saat merambat melalui ionosfer, pulsa dengan durasi beberapa detik mengalami distorsi karena dispersi. Dan pulsa telegraf jangka panjang praktis tidak terdistorsi karena dispersi. Ketika gelombang radio merambat melalui ionosfer, lintasannya bengkok, pada konstanta dielektrik tertentu, kerapatan elektron, sudut datang gelombang, frekuensi operasinya, sinyal radio dapat dipantulkan dari ionosfer. Dalam hal ini, sudut datang harus sama dengan atau melebihi sudut kritis tertentu cr. Pemantulan gelombang radio juga dimungkinkan selama kejadian normal di ionosfer dan terjadi pada ketinggian di mana frekuensi operasi sama dengan frekuensi alami gas terionisasi. Semakin tinggi kerapatan elektron, semakin tinggi frekuensi kondisi refleksi terpenuhi. Frekuensi maksimum di mana gelombang radio tercermin dalam kasus insiden vertikal di ionosfer disebut frekuensi kritis f CR. Jika frekuensi operasi lebih besar dari frekuensi kritis, maka tidak ada refleksi yang terjadi selama kejadian normal di ionosfer dan gelombang keluar ke luar angkasa. Selama semburan matahari, badai magnet ionosfer terjadi yang menurunkan komunikasi VHF dan HF. Itu. parameter troposfer dan ionosfer berfluktuasi seiring waktu. Hal ini menyebabkan perubahan acak dalam amplitudo dan fase sinyal radio dan menyebabkannya terdistorsi. Fluktuasi amplitudo sinyal disebut kabur.

Perambatan gelombang sedang (MW)

SW memiliki =100-1000 m dan dapat disebarkan oleh gelombang terestrial dan ionosfer. Gelombang radio terestrial (RT) dari rentang MW mengalami penyerapan yang signifikan di permukaan semikonduktor Bumi, yang membatasi perambatannya hingga jarak 500-700 km. Gelombang radio ionosfer dari kisaran MW dapat merambat pada jarak yang lebih jauh, tetapi ini terjadi pada malam hari. Pada siang hari, propagasi SW praktis hanya terjadi oleh gelombang tanah, karena. gelombang ionosfer diserap di lapisan D dan cepat meluruh. Pada malam hari, lapisan D menghilang dan SW menyebar melalui refleksi dari lapisan E ionosfer. Itu. di kisaran SW pada jarak tertentu dari pemancar, kedatangan simultan dari tanah dan gelombang ionosfer (WW) dimungkinkan.

Karena kenyataan bahwa panjang jalur IW berubah sesuai dengan hukum acak, dengan perubahan kerapatan elektron ionosfer, perbedaan fase gelombang yang tiba di titik penerimaan tertentu B berubah. Perubahan kekuatan medan seperti itu, mis. sinyal disebut near field fading.

Tipe lain dari fading juga dimungkinkan, yang disebut far-field fading. Ini muncul dalam kasus kedatangan di beberapa titik C (Gbr. 18) dari IW oleh satu (kurva 3) dan dua (kurva 2) refleksi dari ionosfer. Perubahan perbedaan fase dari kedua gelombang ini juga menyebabkan fluktuasi kekuatan email. bidang. Fading lebih dalam dan lebih sering, lebih pendek. Durasi rata-rata fading dalam rentang MW bervariasi dari 1 detik hingga 10 detik.

Deep fading dalam kisaran MW membuat sangat sulit untuk menerima informasi yang dikirimkan melalui link radio. Untuk memerangi memudar di sisi transmisi tautan radio, antena khusus digunakan, di mana radiasi maksimum ditekan ke permukaan bumi. Dalam hal ini, zona dekat memudar bergerak menjauh dari pemancar, dan memudar jauh tidak akan terjadi sama sekali, karena gelombang datang oleh dua refleksi akan sangat dilemahkan. Di penerima radio, kontrol penguatan otomatis (AGC) digunakan untuk memerangi pemudaran, yang memastikan bahwa level sinyal konstan pada output dipertahankan meskipun rata-rata. fluktuasi tegangan pada input. Penurunan tingkat ionisasi di bulan-bulan musim dingin memungkinkan untuk meningkatkan panjang tautan radio di pita SW di musim dingin.

SV menemukan berbagai aplikasi untuk membangun komunikasi radio dalam jarak yang relatif pendek (hingga 1000 km). Stasiun penyiaran beroperasi di NE. Pada perangkat terpasang, CB digunakan untuk komunikasi radio dan navigasi radio.

Perambatan gelombang pendek (HF)

KV termasuk RV dengan \u003d (10-100) m. Mereka dapat merambat baik dalam bentuk gelombang tanah (SW) dan gelombang ionosfer (IW). Karena daya serap yang kuat di dalam bumi. permukaan dan kondisi difraksi yang buruk, pita HF HF terestrial merambat pada jarak hingga 100 km. Di atas laut, polutan mengalami penyerapan yang lebih sedikit, sehingga jangkauan komunikasi radio HF meningkat hingga beberapa ratus kilometer. Jika antena pemancar dan penerima dinaikkan di atas permukaan bumi, penyerapan polutan berkurang, dan jangkauan tautan radio akan mencapai hingga 1000 km. Hal ini terjadi, misalnya, dalam komunikasi radio antara pesawat terbang atau antara pesawat terbang dan darat. Perambatan HF oleh gelombang ionosfer terjadi oleh beberapa refleksi berturut-turut dari lapisan F ionosfer dan permukaan bumi. HF tidak mengalami penyerapan yang nyata saat melintasi lapisan E dan D, yang memungkinkan mereka untuk merambat pada jarak yang sangat jauh. Ini membutuhkan pemancar radio dengan daya yang relatif rendah, yang merupakan fitur berharga dari pita HF. Fitur lain dari kisaran ini adalah kemungkinan menciptakan radiasi terarah RV, yang memungkinkan untuk mengurangi radiasi di sepanjang permukaan bumi dan, akibatnya, mengurangi kehilangan energi.

Untuk komunikasi oleh gelombang ionosfer dalam pita HF, dua kondisi harus dipenuhi: 1.) gelombang harus dipantulkan dari ionosfer (I); 2) mereka tidak boleh sangat diserap di lapisan I.

Kondisi ini mempengaruhi, pertama-tama, pilihan frekuensi operasi.

Untuk memantulkan gelombang, kerapatan elektron radiasi harus mencukupi. Frekuensi operasi f di mana gelombang dipantulkan dari ionosfer pada kerapatan elektron tertentu N O dan sudut datang 0 adalah:

(10)

Dari kondisi ini, frekuensi maksimum yang berlaku (MUF) dipilih, yang merupakan batas atas rentang operasi. Batas bawah rentang operasi ditentukan oleh tingkat penyerapan HF di I. Dalam rentang HF, penyerapan menurun dengan meningkatnya frekuensi. Frekuensi berlaku terendah (LFC) ditentukan dari kondisi memperoleh di beberapa titik dalam ruang yang cukup untuk menerima kekuatan medan EM pada daya pemancar yang diberikan. Densitas elektronik I. berubah pada siang hari, sehingga pada siang hari jangkauan operasi gelombang adalah 10–25 m, dan pada malam hari 35–100 m. Kebutuhan akan pilihan panjang gelombang yang tepat memperumit pengaturan komunikasi radio.

Untuk tautan radio HF, fitur lain adalah karakteristik - keberadaan yang disebut zona hening. Zone of silence (ZM) adalah area annular di sekitar pemancar, di mana tidak mungkin untuk menerima gelombang radio. Kehadiran ZM dijelaskan oleh fakta bahwa gelombang radio terestrial 1 cepat meluruh, dan IW 2 tiba pada titik tertentu di permukaan bumi pada jarak yang cukup jauh dari pemancar radio, karena untuk IW yang jatuh pada sudut kecil pada I., kondisi refleksi (10) tidak terpenuhi, dan mereka (Gbr. 19) pergi ke luar angkasa. Batas zona diam tergantung pada panjang gelombang operasi dan tingkat kerapatan elektron. Pada siang hari, saat berkomunikasi pada gelombang 10-25m, ZM mencapai 1000 km, dan pada malam hari, saat berkomunikasi pada gelombang 35-100m, lebar ZM berkurang hingga beberapa ratus km. Dengan peningkatan daya pemancar, ZM juga menurun.

Selama propagasi HF, serta dalam rentang gelombang menengah, fenomena perubahan acak dalam waktu level sinyal diamati, mis. kabur. Ada cepat dan lambat memudar.

GAMBAR 20

Fading cepat adalah konsekuensi dari propagasi multipath RF (Gbr. 20a). Pertama-tama, penyebab fading adalah sampainya di titik penerima gelombang radio yang telah mengalami satu atau dua pantulan dari I. Gelombang radio 2 dan 3 menempuh jalur yang berbeda, sehingga fasenya tidak sama. Selain itu, perubahan kerapatan elektron radiasi menyebabkan perubahan panjang lintasan setiap gelombang. Perubahan tersebut terjadi terus menerus, oleh karena itu, fluktuasi tegangan e-mail. bidang dalam kisaran HF sering dan dalam. Pudarnya sinyal radio juga disebabkan oleh hamburan gelombang radio oleh ketidakhomogenan radiasi (Gbr. 20b) dan interferensi gelombang hamburan. IW-pada rentang HF di bawah pengaruh medan m bumi pecah menjadi dua komponen - biasa dan luar biasa, merambat dengan kecepatan fase yang berbeda (Gbr. 20c). Interferensi komponen gelombang yang terbelah secara magnetis juga menyebabkan fading. Selama refleksi dari gelombang, rotasi bidang polarisasi gelombang juga diamati. Jika antena penerima menerima gelombang dengan polarisasi yang sama, maka perubahan acak dalam polarisasi RV-na akan menyebabkan fluktuasi level sinyal yang masuk. Semua penyebab sinyal memudar ini biasanya beroperasi secara bersamaan. Perubahan penyerapan RV di I. juga menyebabkan memudar, dalam hal waktu manifestasi mereka lebih lambat.

Untuk memerangi fading, antena directional digunakan, mereka mengatur penerimaan gelombang radio pada antena spasi, tk. jarak sekitar 10 memastikan penerimaan yang andal. Keragaman antena dalam polarisasi efektif, yaitu penerimaan gelombang radio pada dua antena yang memiliki polarisasi yang saling tegak lurus. Di bawah kondisi propagasi yang menguntungkan, HF dapat berkeliling dunia satu kali atau lebih.

Kemudian di titik penerima, selain sinyal utama, dengan beberapa penundaan (0.1s), sinyal yang sama mungkin muncul. Fenomena ini, yang disebut radio echo, menurunkan kualitas penerimaan radio. HF telah menemukan aplikasi yang luas dan sangat beragam, terutama dalam organisasi komunikasi jarak jauh untuk navigasi dan penyiaran radio, untuk tujuan radar untuk deteksi objek di atas cakrawala.

distribusi VHF

VHF mencakup rentang gelombang yang relatif besar =10-0,001m. Rentang VHF dibagi menjadi sub-rentang gelombang meter (MV), desimeter (CM), sentimeter (CM) dan milimeter (MM). Masing-masing sub-band memiliki karakteristik distribusinya sendiri, namun, ada ketentuan umum yang umum untuk seluruh rentang VHF. Kondisi propagasi VHF ditentukan terutama oleh sifat-sifat rute. VHF berdifraksi lemah di sekitar permukaan cembung Bumi dan ketidakteraturan besar di atasnya, dan karena alasan ini mereka menyebar ke jarak yang hanya sedikit melebihi jangkauan garis pandang. Untuk meningkatkan jangkauan komunikasi VHF dan mengurangi pengaruh ketidakteraturan di sekitar antena, jalur radio cenderung dinaikkan di atas permukaan bumi setinggi mungkin. Kisaran tautan radio dalam hal ini, dengan mempertimbangkan pembiasan atmosfer, ditentukan oleh rumus

, (11)

di mana h 1, h 2 - ketinggian antena dalam meter, D - jangkauan tautan radio dalam km. Jika panjang tautan radio VHF jauh lebih kecil dari jangkauan garis pandang maksimum yang mungkin, maka kebulatan Bumi, pembiasan di troposfer tidak mempengaruhi propagasi RV. Tautan radio semacam itu dicirikan oleh stabilitas dan invarians tingkat sinyal radio yang lebih besar dari waktu ke waktu, jika pemancar dan penerima tidak bergerak. Jika setidaknya salah satu pelanggan tautan radio VHF adalah objek yang bergerak, maka tingkat sinyal radio berubah seiring waktu karena perubahan sudut pengamatan ketika objek bergerak dan lekukan (?) zona radiasi stasioner antena pemancar.

Jika panjang tautan radio VHF melebihi garis pandang, maka kualitas kerjanya dipengaruhi oleh kebulatan Bumi, fenomena pembiasan, serta kondisi meteorologi. Kebulatan Bumi memiliki efek pelemahan yang nyata, dan pembiasan troposfer meningkatkan sebagian besar kondisi penerimaan. Dengan refraksi troposfer normal, panjang tautan radio VHF dapat melebihi batas garis pandang sebesar 15. UNTUK link radio terestrial dengan antena dataran rendah, jangkauan propagasi VHF maksimum tidak melebihi beberapa km. Dengan antena yang dinaikkan ke ketinggian sekitar 20-25m, jangkauan maksimumnya adalah 40-60 km. Untuk pesawat yang terbang pada ketinggian sedang adalah 300-400 km. Saat menyebarkan VHF di medan yang kasar, rintangan melemahkan sinyal jika menghalangi garis pandang antara antena transceiver.

Pada saat yang sama, pada rute VHF dalam kondisi pegunungan, fenomena peningkatan propagasi RV diamati. Misalnya, pada rute sepanjang 100-150 km, melewati pegunungan setinggi 1-2 km, fenomenanya penguatan oleh rintangan. Fenomena ini terdiri dari fakta bahwa intensitas medan EM gelombang radio pada jarak tertentu di luar penghalang lebih besar daripada dalam kasus perambatan tanpa hambatan. Ini dijelaskan oleh fakta bahwa puncak gunung berfungsi sebagai repeater pasif alami.

Medan yang menggairahkan puncak gunung terdiri dari gelombang langsung 1 dan gelombang pantul 2. Gelombang difraksi pada puncak yang tajam dan merambat ke daerah di belakang gunung. Gelombang 3 dan 4 tiba di lokasi antena penerima A2, yang jumlahnya secara signifikan melebihi level sinyal pada titik ini di ruang selama propagasi RW tanpa hambatan. Fenomena amplifikasi oleh hambatan menguntungkan secara ekonomi dan memungkinkan Anda untuk mengatur tautan radio di pegunungan tanpa stasiun relai.

Perbanyakan VHF jarak jauh (hingga 200-1000 km) dimungkinkan dengan hamburan pada ketidakhomogenan troposfer, yang bertindak sebagai penghasil emisi sekunder. Medan yang tercipta di dekat permukaan bumi adalah hasil interferensi medan yang diradiasikan kembali oleh sejumlah besar ketidakhomogenan. Pada ketidakhomogenan troposfer, gelombang cm dan dm tersebar dengan baik. diap-nov. Gelombang dengan rentang meter dipancarkan kembali oleh ketidakhomogenan ionosfer.

Panjang maksimum link radio yang menggunakan gelombang ionosfer dari jangkauan meteran mencapai 2000-2300 km. Komunikasi radio semacam itu memiliki keuntungan besar dibandingkan jalur komunikasi gelombang pendek dalam kemungkinan operasi sepanjang waktu pada satu frekuensi tanpa gangguan komunikasi yang nyata.

Komunikasi jarak sangat jauh pada VHF dapat didasarkan pada penggunaan fenomena super-refraksi di troposfer. Jika daerah superrefraksi menempati volume yang signifikan di atas permukaan bumi, maka propagasi VHF jarak jauh dipastikan di bawah kondisi yang disebut pandu gelombang troposfer. Sambungan seperti itu memiliki kelemahan: 1) penerimaan gelombang radio dimungkinkan jika penerima dan pemancar berada dalam pandu gelombang; 2) tampilan pandu gelombang yang tidak teratur tidak dapat memberikan komunikasi yang stabil dalam jarak jauh.

Fenomena superrefraksi juga memiliki sisi negatif. Ini dapat menyebabkan interferensi timbal balik yang diciptakan oleh stasiun yang beroperasi dalam rentang cm, serta interferensi pada stasiun radar untuk mendeteksi objek di udara.

VHF banyak digunakan pada hubungan radio ruang angkasa, dibagi menjadi tipe Bumi-ke-ruang dan ruang-ke-ruang. Plasma antarplanet memiliki efek penyerapan atau hamburan yang lemah pada gelombang radio. Pada p/line Bumi-ke-angkasa, redaman sinyal sangat penting karena panjangnya jalur dan penyerapan di atmosfer Bumi. Untuk sistem komunikasi ruang angkasa, panjang gelombang dari 3 hingga 10 cm adalah optimal.

Dalam jalur komunikasi radio modern, VHF menempati tempat khusus, karena. memiliki sejumlah keunggulan dibandingkan dengan RV-us dari rentang lainnya:

1. Rentang VHF menempati spektrum frekuensi yang sangat luas, yang memungkinkan untuk menempatkan di dalamnya sejumlah besar peralatan radio yang beroperasi secara bersamaan tanpa interferensi timbal balik, serta untuk menggerakkan panjang gelombang operasinya.

2. Dalam rentang VHF, dimungkinkan untuk membuat tautan radio pita lebar, seperti saluran televisi atau tautan radio FM pita lebar.

3. Penggunaan VHF membuatnya relatif mudah untuk melakukan radiasi berarah tinggi dan menerima gelombang radio menggunakan antena yang relatif kecil.

4. Penerimaan radio pada VHF kurang terpengaruh oleh gangguan atmosfer dan industri.

5. Membatasi jangkauan propagasi VHF memastikan kerahasiaan relatif dari transmisi informasi.

MV dan UHF digunakan untuk mengirimkan gambar TV, untuk komunikasi radio antara pesawat dan dengan stasiun bumi. Gelombang lihat digunakan untuk jalur komunikasi tujuan umum; gelombang mm juga digunakan untuk komunikasi yang sama.

Rentang frekuensi radio dan penggunaannya untuk komunikasi radio

2.1 Dasar-dasar propagasi gelombang radio

Komunikasi radio menyediakan transmisi informasi jarak jauh menggunakan gelombang elektromagnetik (gelombang radio).

gelombang radio- ini adalah osilasi elektromagnetik yang merambat di ruang angkasa dengan kecepatan cahaya (300.000 km / s). Omong-omong, cahaya juga mengacu pada gelombang elektromagnetik, yang menentukan sifatnya yang sangat mirip (pemantulan, pembiasan, atenuasi, dll.).

Gelombang radio membawa energi yang dipancarkan oleh generator osilasi elektromagnetik melalui ruang angkasa. Dan mereka lahir ketika medan listrik berubah, misalnya, ketika arus listrik bolak-balik melewati konduktor atau ketika percikan melompat melalui ruang, mis. serangkaian pulsa arus cepat yang berurutan.

Beras. 2.1 Struktur gelombang elektromagnetik.

Radiasi elektromagnetik dicirikan oleh frekuensi, panjang gelombang dan kekuatan energi yang ditransfer. Frekuensi gelombang elektromagnetik menunjukkan berapa kali per detik arah arus listrik berubah di emitor dan, oleh karena itu, berapa kali per detik besarnya medan listrik dan magnet berubah pada setiap titik dalam ruang.

Frekuensi diukur dalam hertz (Hz) - unit dinamai ilmuwan besar Jerman Heinrich Rudolf Hertz. 1Hz adalah satu siklus per detik, 1 Megahertz (MHz) adalah satu juta siklus per detik. Mengetahui bahwa kecepatan gelombang elektromagnetik sama dengan kecepatan cahaya, dimungkinkan untuk menentukan jarak antara titik-titik dalam ruang di mana medan listrik (atau magnet) berada dalam fase yang sama. Jarak ini disebut panjang gelombang.

Panjang gelombang (dalam meter) dihitung dengan rumus:

, atau tentang

di mana f adalah frekuensi radiasi elektromagnetik dalam MHz.

Dapat dilihat dari rumus bahwa, misalnya, frekuensi 1 MHz sesuai dengan panjang gelombang sekitar 300 m. Dengan peningkatan frekuensi, panjang gelombang berkurang, dan dengan penurunan, itu meningkat.

Gelombang elektromagnetik bebas melewati udara atau luar angkasa (vakum). Tetapi jika kawat logam, antena atau badan konduktif lainnya ditemui di jalur gelombang, maka mereka memberikan energi mereka, sehingga menyebabkan arus listrik bolak-balik dalam konduktor ini. Tetapi tidak semua energi gelombang diserap oleh penghantar, sebagian dipantulkan dari permukaan. Omong-omong, penggunaan gelombang elektromagnetik di radar didasarkan pada ini.

Sifat lain yang berguna dari gelombang elektromagnetik (namun, seperti gelombang lainnya) adalah kemampuannya untuk membengkokkan tubuh dalam perjalanannya. Tetapi ini hanya mungkin jika dimensi benda lebih kecil dari panjang gelombang, atau sebanding dengannya. Misalnya, untuk mendeteksi pesawat, panjang gelombang radio locator harus kurang dari dimensi geometrisnya (kurang dari 10m). Jika tubuh lebih panjang dari panjang gelombang, ia dapat memantulkannya. Tapi itu mungkin tidak mencerminkan - ingat "Stealth".

Energi yang dibawa oleh gelombang elektromagnetik tergantung pada daya generator (emitor) dan jaraknya, yaitu. fluks energi per satuan luas berbanding lurus dengan daya radiasi dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak ke emitor. Ini berarti bahwa jangkauan komunikasi tergantung pada kekuatan pemancar, tetapi jauh lebih besar pada jarak ke sana.

Misalnya, fluks energi radiasi elektromagnetik dari Matahari ke permukaan bumi mencapai 1 kilowatt per meter persegi, dan fluks energi stasiun radio siaran gelombang menengah hanya seperseribu bahkan sepersejuta watt per meter persegi.

2.2 Alokasi spektrum radio

Gelombang radio (frekuensi radio) yang digunakan dalam teknik radio menempati spektrum dari 10.000 m (30 kHz) hingga 0,1 mm (3.000 GHz). Ini hanya bagian dari spektrum gelombang elektromagnetik yang luas. Gelombang radio (dalam panjang menurun) diikuti oleh sinar termal atau inframerah. Setelah mereka datang bagian sempit dari gelombang cahaya tampak, kemudian spektrum sinar ultraviolet, sinar-x dan sinar gamma - semua ini adalah osilasi elektromagnetik dengan sifat yang sama, hanya berbeda dalam panjang gelombang dan, oleh karena itu, dalam frekuensi.

Meskipun seluruh spektrum dibagi menjadi wilayah, batas-batas di antara mereka diuraikan secara kondisional. Daerah mengikuti terus menerus satu demi satu, melewati satu ke yang lain, dan dalam beberapa kasus tumpang tindih.

Tetapi rentang ini sangat luas dan, pada gilirannya, dibagi menjadi beberapa bagian, yang meliputi apa yang disebut rentang penyiaran dan televisi, rentang untuk komunikasi darat dan penerbangan, ruang dan maritim, untuk transmisi data dan obat-obatan, untuk navigasi radar dan radio, dll. Setiap layanan radio memiliki bagian jangkauan atau frekuensi tetapnya sendiri. Pada kenyataannya, untuk keperluan komunikasi radio, osilasi dalam rentang frekuensi dari 10 kHz hingga 100 GHz digunakan. Penggunaan satu atau beberapa interval frekuensi untuk komunikasi tergantung pada banyak faktor, khususnya, pada kondisi perambatan gelombang radio dari rentang yang berbeda, rentang komunikasi yang diperlukan, kelayakan kekuatan pemancar dalam interval frekuensi yang dipilih, dll.

Dengan perjanjian internasional, seluruh spektrum gelombang radio yang digunakan dalam komunikasi radio dibagi menjadi beberapa rentang (Tabel 1):

Tabel 1

Tidak. hal.	Nama rentang	Batas jangkauan
Ombak	Istilah usang	frekuensi	gelombang radio	frekuensi
1	DKMGMVDekaMega Meter		Frekuensi sangat rendah (ELF)	100.000-10.000km	3-30Hz
2	MGMVMMegmeter		Frekuensi ekstra rendah (VLF)	10.000-1.000 km	30-3.000Hz
3	GCMMVHektakilometer		Frekuensi infra rendah (INF)	1.000-100 km	0,3-3 kHz
4	MRMVMiriameter	MENAMBAHKAN	Frekuensi sangat rendah (VLF) VLF	100-10 km	3-30kHz
5	KMVKilometer	DV	Frekuensi rendah (LF) LF	10-1 km	30-300kHz
6	GCMWektameter	SW	Frekuensi tengah (MF) VF	1000-100m	0,3-3 MHz
7	DKMVDecameter	HF	Frekuensi tinggi (HF) HF	100-10m	3-30 MHz
8	MW Meter	VHF	Frekuensi Sangat Tinggi (VHF) VHF	10-1m	30-300 MHz
9	DCMVDesimeter	VHF	Frekuensi Ultra Tinggi (UHF) UHF	10-1 dm	0,3-3 GHz
10	SMVScentimeter	VHF	Frekuensi ultra tinggi (SHF) SHF	10-1 cm	3-30 GHz
11	MMVMmilimeter	VHF	Frekuensi tinggi ekstrim (EHF) EHF	10-1 mm	30-300 GHz
12	DCMMWDecimilli- meter Submili- meter	SUMM	Frekuensi hiper tinggi (HHF)	1-0,1 mm	0,3-3 THz
13	lampu			< 0,1 мм	> 3 THz

Beras. 2.2 Contoh alokasi spektrum antara layanan yang berbeda.

Gelombang radio dipancarkan melalui antena ke ruang angkasa dan merambat dalam bentuk energi medan elektromagnetik. Dan meskipun sifat gelombang radio adalah sama, kemampuan mereka untuk merambat sangat tergantung pada panjang gelombang.

Tanah untuk gelombang radio adalah penghantar listrik (walaupun tidak terlalu bagus). Melewati permukaan bumi, gelombang radio berangsur-angsur melemah. Ini disebabkan oleh fakta bahwa gelombang elektromagnetik membangkitkan arus listrik di permukaan bumi, yang sebagian energinya dihabiskan. Itu. energinya diserap oleh bumi, dan semakin banyak, semakin pendek panjang gelombangnya (semakin tinggi frekuensinya).

Selain itu, energi gelombang melemah juga karena radiasi menyebar ke segala arah ruang dan, oleh karena itu, semakin jauh penerima dari pemancar, semakin sedikit energi per satuan luas dan semakin sedikit memasuki antena.

Transmisi stasiun siaran gelombang panjang dapat diterima pada jarak hingga beberapa ribu kilometer, dan level sinyal berkurang dengan lancar, tanpa lompatan. Stasiun gelombang menengah terdengar dalam jarak seribu kilometer. Sedangkan untuk gelombang pendek, energinya berkurang tajam dengan jarak dari pemancar. Ini menjelaskan fakta bahwa pada awal perkembangan radio, gelombang dari 1 hingga 30 km terutama digunakan untuk komunikasi. Gelombang yang lebih pendek dari 100 meter umumnya dianggap tidak cocok untuk komunikasi jarak jauh.

Namun, studi lebih lanjut tentang gelombang pendek dan ultrashort menunjukkan bahwa mereka cepat meluruh ketika mereka melakukan perjalanan di dekat permukaan bumi. Ketika radiasi diarahkan ke atas, gelombang pendek kembali.

Kembali pada tahun 1902, matematikawan Inggris Oliver Heaviside dan insinyur listrik Amerika Arthur Edwin Kennelly hampir secara bersamaan meramalkan bahwa lapisan udara terionisasi ada di atas Bumi - cermin alami yang memantulkan gelombang elektromagnetik. Lapisan ini diberi nama ionosfir.

Ionosfer Bumi seharusnya memungkinkan untuk meningkatkan jangkauan propagasi gelombang radio hingga jarak yang melebihi garis pandang. Asumsi ini dibuktikan secara eksperimental pada tahun 1923. Pulsa RF ditransmisikan secara vertikal ke atas dan sinyal yang dikembalikan diterima. Pengukuran waktu antara pengiriman dan penerimaan pulsa memungkinkan untuk menentukan ketinggian dan jumlah lapisan refleksi.

2.3 Pengaruh atmosfer terhadap perambatan gelombang radio

Sifat perambatan gelombang radio tergantung pada panjang gelombang, kelengkungan bumi, tanah, komposisi atmosfer, waktu hari dan tahun, keadaan ionosfer, medan magnet bumi, kondisi meteorologi.

Pertimbangkan struktur atmosfer, yang memiliki dampak signifikan pada perambatan gelombang radio. Tergantung pada waktu hari dan tahun, kadar air dan kerapatan udara berubah.

Udara yang mengelilingi permukaan bumi membentuk atmosfer yang ketinggiannya kira-kira 1000-2000 km. Komposisi atmosfer bumi tidak seragam.

Beras. 2.3 Struktur atmosfer.

Lapisan atmosfer setinggi sekitar 100-130 km memiliki komposisi yang homogen. Di lapisan ini ada udara yang mengandung (berdasarkan volume) 78% nitrogen dan 21% oksigen. Lapisan atmosfer yang lebih rendah dengan ketebalan 10-15 km (Gbr. 2.3) disebut troposfer. Lapisan ini mengandung uap air, yang kandungannya berfluktuasi tajam dengan perubahan kondisi meteorologi.

Troposfer berangsur-angsur berubah menjadi stratosfir. Batasnya adalah ketinggian di mana penurunan suhu berhenti.

Pada ketinggian sekitar 60 km dan lebih tinggi di atas Bumi, di bawah pengaruh sinar matahari dan sinar kosmik, ionisasi udara terjadi di atmosfer: beberapa atom meluruh menjadi bebas. elektron dan ion. Di lapisan atas atmosfer, ionisasi dapat diabaikan, karena gas sangat jarang (ada sejumlah kecil molekul per satuan volume). Saat sinar matahari menembus ke lapisan atmosfer yang lebih padat, tingkat ionisasi meningkat. Saat kita mendekati Bumi, energi sinar matahari berkurang, dan tingkat ionisasi menurun lagi. Selain itu, di lapisan atmosfer yang lebih rendah, karena kepadatannya yang tinggi, muatan negatif tidak dapat bertahan lama; proses pemulihan molekul netral terjadi.

Ionisasi dalam atmosfer yang dijernihkan pada ketinggian 60-80 km dari Bumi dan di atasnya bertahan untuk waktu yang lama. Pada ketinggian ini, atmosfer sangat jarang, kerapatan elektron bebas dan ion sangat rendah sehingga tumbukan, dan karenanya pemulihan atom netral, relatif jarang terjadi.

Lapisan atas atmosfer disebut ionosfer. Udara terionisasi memiliki pengaruh yang signifikan terhadap perambatan gelombang radio.

Pada siang hari, empat lapisan reguler atau maksimum ionisasi terbentuk - lapisan D, E, F 1 dan F 2. Lapisan F2 memiliki ionisasi tertinggi (jumlah elektron bebas tertinggi per satuan volume).

Setelah matahari terbenam, radiasi pengion turun tajam. Ada pemulihan molekul dan atom netral, yang mengarah pada penurunan tingkat ionisasi. Lapisan benar-benar hilang di malam hari D dan F 2, ionisasi lapisan E berkurang secara signifikan, dan F 2 mempertahankan ionisasi dengan beberapa redaman.

Beras. 2.4 Ketergantungan propagasi gelombang radio pada frekuensi dan waktu.

Ketinggian lapisan ionosfer berubah sepanjang waktu tergantung pada intensitas sinar matahari. Pada siang hari, ketinggian lapisan terionisasi lebih sedikit, pada malam hari lebih tinggi. Di musim panas, di garis lintang kita, kerapatan elektron lapisan terionisasi lebih besar daripada di musim dingin (dengan pengecualian lapisan F 2). Derajat ionisasi juga tergantung pada tingkat aktivitas matahari, yang ditentukan oleh jumlah bintik matahari. Periode aktivitas matahari adalah sekitar 11 tahun.

Di garis lintang kutub, proses ionisasi tidak teratur diamati terkait dengan apa yang disebut gangguan ionosfer.

Ada beberapa cara di mana gelombang radio tiba di antena penerima. Seperti yang telah disebutkan, gelombang radio yang merambat di atas permukaan bumi dan menyelimutinya karena fenomena difraksi disebut gelombang permukaan atau bumi (arah 1, Gambar 2.5). Gelombang yang merambat pada arah 2 dan 3 disebut spasial. Mereka dibagi menjadi ionosfer dan troposfer. Yang terakhir diamati hanya di pita VHF. yg berkenaan dgn ionosfir disebut gelombang yang dipantulkan atau dihamburkan oleh ionosfer, troposfer gelombang yang dipantulkan atau dihamburkan oleh lapisan yang tidak homogen atau "butir" troposfer.

Beras. 2.5 Cara perambatan gelombang radio.

gelombang permukaan pangkal bagian depannya menyentuh bumi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2.6. Gelombang dengan sumber titik ini selalu memiliki polarisasi vertikal, karena komponen gelombang horizontal diserap oleh Bumi. Dengan jarak yang cukup dari sumbernya, dinyatakan dalam panjang gelombang, setiap segmen muka gelombang adalah gelombang bidang.

Permukaan Bumi menyerap sebagian energi gelombang permukaan yang merambat di sepanjang permukaannya, karena Bumi memiliki hambatan aktif.

Beras. 2.6 Perambatan gelombang permukaan.

Semakin pendek gelombang, mis. semakin tinggi frekuensinya, semakin banyak arus yang diinduksikan ke bumi dan semakin besar rugi-ruginya. Kehilangan di Bumi berkurang dengan meningkatnya konduktivitas tanah, karena gelombang yang menembus Bumi semakin sedikit, semakin tinggi konduktivitas tanah. Kerugian dielektrik juga terjadi di Bumi, yang juga meningkat dengan pemendekan gelombang.

Untuk frekuensi di atas 1 MHz, gelombang tanah sebenarnya sangat dilemahkan karena penyerapan oleh Bumi dan oleh karena itu tidak digunakan kecuali di area cakupan lokal. Pada frekuensi televisi, redamannya sangat besar sehingga gelombang permukaan dapat digunakan pada jarak tidak lebih dari 1-2 km dari pemancar.

Komunikasi jarak jauh dilakukan terutama oleh gelombang spasial.

Untuk mendapatkan pembiasan, yaitu kembalinya gelombang ke bumi, gelombang harus dipancarkan pada sudut tertentu terhadap permukaan bumi. Sudut radiasi terbesar di mana gelombang radio dengan frekuensi tertentu kembali ke bumi disebut sudut kritis untuk lapisan terionisasi tertentu (Gbr. 2.7).

Beras. 2.7 Pengaruh sudut radiasi pada perjalanan gelombang langit.

Setiap lapisan terionisasi memiliki sendiri frekuensi kritis dan sudut kritis.

pada gambar. 2.7 menunjukkan sinar yang mudah dibiaskan oleh lapisan E, karena balok masuk pada sudut di bawah sudut kritis lapisan ini. Balok 3 melewati area E, tetapi kembali ke Bumi dalam lapisan F 2 karena masuk pada sudut di bawah sudut lapisan kritis F 2. Balok 4 juga melewati lapisan E. Itu memasuki lapisan F 2 pada sudut kritisnya dan kembali ke Bumi. Balok 5 melewati kedua area dan hilang di luar angkasa.

Semua sinar yang ditunjukkan pada Gambar. 2.7 mengacu pada frekuensi yang sama. Jika frekuensi yang lebih rendah digunakan, sudut kritis yang lebih besar diperlukan untuk kedua wilayah; sebaliknya, jika frekuensi meningkat, kedua daerah memiliki sudut kritis yang lebih kecil. Jika kita terus meningkatkan frekuensi, maka akan tiba saatnya gelombang yang merambat dari pemancar paralel ke Bumi akan melebihi sudut kritis untuk area mana pun. Keadaan ini diperoleh pada frekuensi sekitar 30 MHz. Di atas frekuensi ini, komunikasi gelombang langit menjadi tidak dapat diandalkan.

Jadi, setiap frekuensi kritis memiliki sudut kritisnya sendiri, dan sebaliknya, setiap sudut kritis memiliki frekuensi kritisnya sendiri. Oleh karena itu, setiap gelombang langit yang frekuensinya sama dengan atau di bawah gelombang kritis akan kembali ke Bumi pada jarak tertentu dari pemancar.

pada gambar. 2,7 balok 2 jatuh pada lapisan E dengan sudut kritis. Catat di mana gelombang pantul mengenai Bumi (sinyal hilang jika sudut kritis terlampaui); gelombang spasial, setelah mencapai lapisan terionisasi, dipantulkan darinya dan kembali ke Bumi pada jarak yang sangat jauh dari pemancar. Pada jarak tertentu dari pemancar, tergantung pada kekuatan pemancar dan panjang gelombang, adalah mungkin untuk menerima gelombang permukaan. Dari tempat penerimaan gelombang permukaan berakhir, zona sunyi dan berakhir di mana gelombang spasial yang dipantulkan muncul. Mereka tidak memiliki batas yang tajam dari zona keheningan.

Beras. 2.8 Area penerimaan gelombang permukaan dan spasial.

Dengan meningkatnya frekuensi, nilai zona mati meningkat karena penurunan sudut kritis. Untuk berkomunikasi dengan koresponden pada jarak tertentu dari pemancar pada waktu dan musim tertentu, ada frekuensi maksimum yang diijinkan, yang dapat digunakan untuk komunikasi gelombang ruang. Setiap wilayah ionosfer memiliki frekuensi maksimum yang diizinkan untuk komunikasi.

Gelombang pendek dan, khususnya, gelombang sangat pendek di ionosfer kehilangan sebagian kecil energinya. Semakin tinggi frekuensinya, semakin pendek jalur yang dilalui elektron selama osilasinya, akibatnya jumlah tumbukan mereka dengan molekul berkurang, yaitu, hilangnya energi gelombang berkurang.

Pada lapisan terionisasi yang lebih rendah, kerugian lebih besar, karena tekanan yang lebih tinggi menunjukkan kerapatan gas yang lebih tinggi, dan dengan kerapatan gas yang lebih tinggi, kemungkinan tumbukan partikel meningkat.

Gelombang panjang dipantulkan dari lapisan bawah ionosfer, yang memiliki konsentrasi elektron terendah, pada setiap sudut elevasi, termasuk yang mendekati 90°. Tanah dengan kelembaban sedang hampir merupakan konduktor untuk gelombang panjang, sehingga mereka dipantulkan dengan baik dari Bumi. Refleksi ganda dari ionosfer dan Bumi menjelaskan perambatan gelombang panjang jarak jauh.

Perambatan gelombang panjang tidak tergantung pada musim dan kondisi meteorologi, pada periode aktivitas matahari dan gangguan ionosfer. Ketika dipantulkan dari ionosfer, gelombang panjang mengalami penyerapan yang besar. Itulah mengapa diperlukan pemancar berdaya tinggi untuk berkomunikasi jarak jauh.

gelombang sedang diserap secara nyata di ionosfer dan tanah dengan konduktivitas yang buruk dan sedang. Pada siang hari, hanya gelombang permukaan yang diamati, karena gelombang langit (lebih dari 300 m) hampir sepenuhnya diserap di ionosfer. Untuk refleksi internal total, gelombang menengah harus menempuh jalur tertentu di lapisan bawah ionosfer, yang meskipun memiliki kerapatan elektron rendah, memiliki kerapatan udara yang signifikan.

Pada malam hari, dengan hilangnya lapisan D, penyerapan di ionosfer berkurang, akibatnya komunikasi dapat dipertahankan pada gelombang langit pada jarak 1500-2000 km dengan daya pemancar sekitar 1 kW. Kondisi komunikasi di musim dingin agak lebih baik daripada di musim panas.

Keuntungan dari gelombang menengah adalah bahwa mereka tidak terpengaruh oleh gangguan ionosfer.

Menurut perjanjian internasional, sinyal marabahaya (sinyal SOS) ditransmisikan pada gelombang sekitar 600 m.

Sisi positif dari komunikasi gelombang langit pada gelombang pendek dan menengah adalah kemungkinan terjadinya komunikasi jarak jauh dengan daya pemancar yang rendah. Tetapi komunikasi gelombang ruang memiliki dan kekurangan yang signifikan.

Pertama-tama, ketidakstabilan komunikasi karena perubahan ketinggian lapisan atmosfer yang terionisasi pada siang dan tahun. Untuk menjaga komunikasi dengan titik yang sama per hari, Anda harus mengubah panjang gelombang 2-3 kali. Seringkali, karena perubahan keadaan atmosfer, komunikasi terputus selama beberapa waktu.

Kedua, kehadiran zona sunyi.

Gelombang lebih pendek dari 25 m disebut sebagai "gelombang hari", karena mereka menyebar dengan baik di siang hari. "Gelombang malam" termasuk gelombang yang lebih panjang dari 40 m. Gelombang ini merambat dengan baik di malam hari.

Kondisi perambatan gelombang radio pendek ditentukan oleh keadaan lapisan terionisasi Fg. Konsentrasi elektron lapisan ini sering terganggu karena radiasi matahari yang tidak merata, yang menyebabkan gangguan ionosfer dan badai magnet. Akibatnya, energi gelombang radio pendek diserap secara signifikan, yang mengganggu komunikasi radio, bahkan kadang-kadang membuatnya sama sekali tidak mungkin. Terutama sering gangguan ionosfer diamati pada garis lintang yang dekat dengan kutub. Oleh karena itu, komunikasi gelombang pendek tidak dapat diandalkan di sana.

Paling menonjol gangguan ionosfer memiliki periodisitas mereka sendiri: mereka berulang melalui 27 hari(waktu rotasi matahari pada porosnya).

Dalam rentang gelombang pendek, pengaruh interferensi industri, atmosfer dan mutual sangat terpengaruh.

Frekuensi komunikasi yang optimal pada gelombang pendek dipilih berdasarkan prakiraan radio, yang dibagi menjadi: jangka panjang dan jangka pendek. Prakiraan jangka panjang menunjukkan keadaan rata-rata yang diharapkan dari ionosfer untuk periode waktu tertentu (bulan, musim, tahun atau lebih), sedangkan prakiraan jangka pendek dibuat untuk satu hari, lima hari dan mencirikan kemungkinan penyimpangan ionosfer dari posisinya. keadaan rata-rata. Prakiraan dibuat dalam bentuk grafik sebagai hasil dari pemrosesan pengamatan sistematis ionosfer, aktivitas matahari, dan keadaan magnet bumi.

gelombang ultra pendek(VHF) tidak dipantulkan dari ionosfer, mereka melewatinya dengan bebas, yaitu gelombang ini tidak memiliki gelombang ionosfer spasial. Gelombang ultrashort permukaan, di mana komunikasi radio dimungkinkan, memiliki dua kelemahan signifikan: pertama, gelombang permukaan tidak mengelilingi permukaan bumi dan rintangan besar, dan kedua, sangat diserap di dalam tanah.

Gelombang ultrashort banyak digunakan di mana jarak pendek dari stasiun radio diperlukan (komunikasi biasanya terbatas pada line-of-sight). Dalam hal ini, komunikasi dilakukan oleh gelombang troposfer spasial. Biasanya terdiri dari dua komponen: sinar langsung dan sinar yang dipantulkan dari Bumi (Gbr. 2.9).

Beras. 2.9 Sinar langsung dan pantul dari gelombang langit.

Jika antena cukup dekat, kedua sinar biasanya mencapai antena penerima, tetapi intensitasnya berbeda. Sinar yang dipantulkan dari Bumi lebih lemah karena kerugian yang terjadi selama refleksi dari Bumi. Sinar langsung memiliki redaman yang hampir sama dengan gelombang di ruang bebas. Di antena penerima, sinyal total sama dengan jumlah vektor dari dua komponen ini.

Antena penerima dan pemancar biasanya memiliki ketinggian yang sama, sehingga panjang lintasan sinar pantul sedikit berbeda dari sinar langsung. Gelombang pantul memiliki pergeseran fasa 180°. Jadi, dengan mengabaikan kerugian di Bumi selama pemantulan, jika dua sinar menempuh jarak yang sama, jumlah vektornya sama dengan nol, akibatnya tidak akan ada sinyal di antena penerima.

Pada kenyataannya, pancaran pancaran menempuh jarak yang sedikit lebih jauh, sehingga perbedaan fasa pada antena penerima akan menjadi sekitar 180°. Perbedaan fase ditentukan oleh perbedaan jalur dalam hal panjang gelombang, bukan dalam satuan linier. Dengan kata lain, sinyal total yang diterima dalam kondisi ini terutama bergantung pada frekuensi yang digunakan. Misalnya, jika panjang gelombang operasi adalah 360 m dan perbedaan lintasan adalah 2 m, pergeseran fasa akan berbeda dari 180° hanya sebesar 2°. Akibatnya, hampir tidak ada sinyal di antena penerima. Jika panjang gelombangnya 4m, perbedaan lintasan 2m yang sama akan menyebabkan perbedaan fasa 180°, yang sepenuhnya mengkompensasi pergeseran fasa 180° pada pemantulan. Dalam hal ini, sinyal digandakan dalam tegangan.

Dari sini dapat disimpulkan bahwa pada frekuensi rendah penggunaan gelombang langit tidak menarik untuk komunikasi. Hanya pada frekuensi tinggi, di mana perbedaan jalur sepadan dengan panjang gelombang yang digunakan, gelombang langit banyak digunakan.

Jangkauan pemancar VHF meningkat secara signifikan ketika pesawat terhubung di udara dan dengan Bumi.

Ke keuntungan dari VHF harus mencakup kemungkinan menggunakan antena kecil. Selain itu, sejumlah besar stasiun radio dapat beroperasi secara bersamaan di pita VHF tanpa gangguan timbal balik. Di bagian rentang gelombang dari 10 hingga 1 m, dimungkinkan untuk menempatkan stasiun-stasiun operasi yang lebih simultan daripada di kisaran gabungan gelombang pendek, menengah dan panjang.

Saluran relai yang beroperasi pada VHF telah tersebar luas. Di antara dua titik komunikasi yang terletak pada jarak yang sangat jauh, beberapa transceiver VHF dipasang, terletak dalam garis pandang satu sama lain. Stasiun perantara beroperasi secara otomatis. Organisasi saluran relai memungkinkan untuk meningkatkan jangkauan komunikasi pada VHF dan untuk melakukan komunikasi multi-saluran (untuk melakukan beberapa transmisi telepon dan telegraf secara bersamaan).

Sekarang banyak perhatian diberikan pada penggunaan pita VHF untuk komunikasi radio jarak jauh.

Jalur komunikasi yang beroperasi di kisaran 20-80 MHz dan menggunakan fenomena hamburan ionosfer telah menerima aplikasi terbesar. Diyakini bahwa komunikasi radio melalui ionosfer hanya dimungkinkan pada frekuensi di bawah 30 MHz (panjang gelombang lebih dari 10 m), dan karena rentang ini terisi penuh dan peningkatan lebih lanjut dalam jumlah saluran di dalamnya tidak mungkin, minat pada propagasi tersebar gelombang radio cukup dimengerti.

Fenomena ini terdiri dari fakta bahwa sebagian energi radiasi gelombang mikro dihamburkan oleh ketidakhomogenan yang ada di ionosfer. Ketidakhomogenan ini diciptakan oleh aliran udara lapisan dengan suhu dan kelembaban yang berbeda, partikel bermuatan yang berkeliaran, produk ionisasi dari ekor meteorit, dan sumber lain yang masih sedikit dipelajari. Karena troposfer selalu tidak homogen, pembiasan gelombang radio yang tersebar ada secara sistematis.

Perambatan gelombang radio yang tersebar seperti hamburan lampu sorot di malam yang gelap. Semakin kuat berkas cahaya, semakin banyak cahaya yang tersebar.

Saat belajar jarak jauh gelombang ultrashort, fenomena peningkatan jangka pendek yang tajam dalam audibilitas sinyal diperhatikan. Semburan yang bersifat acak seperti itu berlangsung dari beberapa milidetik hingga beberapa detik. Namun, dalam praktiknya mereka diamati pada siang hari dengan interupsi jarang melebihi beberapa detik. Munculnya momen-momen audibilitas yang meningkat terutama disebabkan oleh pantulan gelombang radio dari lapisan meteorit yang terionisasi yang terbakar pada ketinggian sekitar 100 km. Diameter meteorit ini tidak melebihi beberapa milimeter, dan jejaknya membentang beberapa kilometer.

Dari jejak meteor gelombang radio dengan frekuensi 50-30 MHz (6-10 m) dipantulkan dengan baik.

Setiap hari, beberapa miliar meteorit ini terbang ke atmosfer bumi, meninggalkan jejak terionisasi dengan kerapatan ionisasi udara yang tinggi. Hal ini memungkinkan untuk memperoleh pengoperasian tautan radio jarak jauh yang andal saat menggunakan pemancar dengan daya yang relatif rendah. Bagian integral dari stasiun pada jalur tersebut adalah peralatan pencetakan langsung tambahan yang dilengkapi dengan elemen memori.

Karena setiap jejak meteor hanya berlangsung beberapa detik, transmisinya otomatis dalam waktu singkat.

Saat ini, komunikasi dan transmisi televisi melalui satelit Bumi buatan banyak digunakan.

Jadi, menurut mekanisme perambatan gelombang radio, jalur komunikasi radio dapat diklasifikasikan menjadi jalur menggunakan:

proses perambatan gelombang radio di sepanjang permukaan bumi dengan selubung di sekelilingnya (disebut duniawi atau gelombang permukaan).

proses propagasi gelombang radio dalam garis pandang ( lurus ombak);

refleksi gelombang radio dari ionosfer ( yg berkenaan dgn ionosfir ombak);

proses perambatan gelombang radio di troposfer ( troposfer ombak);

refleksi gelombang radio dari jejak meteor;

refleksi atau transmisi ulang dari satelit bumi buatan;

refleksi dari formasi plasma gas yang dibuat secara artifisial atau permukaan konduktif yang dibuat secara artifisial.

2.4 Fitur perambatan gelombang radio dari berbagai rentang

Kondisi perambatan gelombang radio di ruang antara pemancar dan penerima radio koresponden dipengaruhi oleh konduktivitas terbatas permukaan bumi dan sifat medium di atas bumi. Pengaruh ini berbeda untuk rentang gelombang (frekuensi) yang berbeda.

Myriameter dan kilometer ombak (MENAMBAHKAN dan DV) dapat menyebar baik sebagai terestrial dan sebagai ionosfer. Kehadiran gelombang tanah yang merambat lebih dari ratusan bahkan ribuan kilometer dijelaskan oleh fakta bahwa kekuatan medan gelombang ini berkurang agak lambat dengan jarak, karena penyerapan energinya oleh bumi atau permukaan air kecil. Semakin panjang gelombang dan semakin baik konduktivitas tanah, semakin jauh jarak komunikasi radio yang disediakan.

Untuk sebagian besar, tanah kering berpasir dan batuan menyerap energi elektromagnetik. Ketika merambat karena fenomena difraksi, mereka mengelilingi permukaan bumi yang cembung, rintangan yang ditemui di jalan: hutan, gunung, bukit, dll. Mulai dari jarak 300-400 km dari pemancar, gelombang ionosfer muncul, dipantulkan dari bagian bawah ionosfer (dari lapisan D atau E). Pada siang hari, karena adanya lapisan D, penyerapan energi elektromagnetik menjadi lebih signifikan. Pada malam hari, dengan hilangnya lapisan ini, jangkauan komunikasi meningkat. Dengan demikian, perjalanan gelombang panjang pada malam hari umumnya lebih baik dibandingkan pada siang hari. Komunikasi global pada VLF dan LW dilakukan oleh gelombang yang merambat dalam pandu gelombang berbentuk bola yang dibentuk oleh ionosfer dan permukaan bumi.

Keuntungan rentang SV-, DV-:

gelombang radio rentang VLF dan LW memiliki sifat menembus ke dalam kolom air, serta menyebar di beberapa struktur tanah;

karena gelombang merambat dalam pandu gelombang bola Bumi, komunikasi disediakan untuk ribuan kilometer;

jangkauan komunikasi sedikit bergantung pada gangguan ionosfer;

sifat difraksi yang baik dari gelombang radio dalam rentang ini memungkinkan untuk menyediakan komunikasi selama ratusan bahkan ribuan kilometer dengan gelombang bumi;

keteguhan parameter tautan radio memastikan tingkat sinyal yang stabil di titik penerima.

kekuranganSDV-,DV,- rentang:

radiasi efektif gelombang pada bagian jangkauan yang dipertimbangkan hanya dapat dicapai dengan bantuan perangkat antena yang sangat besar, yang dimensinya sepadan dengan panjang gelombang. Konstruksi dan restorasi perangkat antena ukuran ini dalam waktu yang terbatas (untuk keperluan militer) sulit;

karena dimensi antena yang benar-benar bekerja lebih kecil dari panjang gelombang, kompensasi untuk efisiensi yang berkurang dicapai dengan meningkatkan daya pemancar hingga ratusan kW atau lebih;

penciptaan sistem resonansi dalam kisaran ini dan pada kekuatan yang signifikan menentukan ukuran besar tahap keluaran: pemancar, kompleksitas penyetelan cepat ke frekuensi lain;

untuk catu daya stasiun radio di pita VLF dan LW), diperlukan pembangkit listrik besar;

kelemahan signifikan dari pita VLF dan LW adalah kapasitansi frekuensinya yang kecil;

tingkat gangguan industri dan atmosfer yang cukup tinggi;

ketergantungan tingkat sinyal di titik penerima pada waktu hari.

Lingkup aplikasi praktis gelombang radio dalam rentang VLF-, LW:

komunikasi dengan objek bawah air;

komunikasi pada jalur utama global dan komunikasi bawah tanah;

suar radio, serta komunikasi dalam penerbangan jarak jauh dan Angkatan Laut.

Gelombang hektometer(SV) dapat disebarkan oleh gelombang permukaan dan spasial. Selain itu, jangkauan komunikasi mereka oleh gelombang permukaan kurang (tidak melebihi 1000-1500 km), karena energi mereka diserap oleh tanah lebih banyak daripada gelombang panjang. Gelombang yang mencapai ionosfer diserap secara intensif oleh lapisan D, ketika itu ada, tetapi berpakaian bagus dengan lapisan E.

Untuk gelombang menengah, jangkauan komunikasi sangat tergantung dari waktu hari. Sore ombak sedang sangat kuat terserap di lapisan bawah ionosfer sehingga gelombang langit praktis tidak ada. lapisan malam D dan lapisan bawah E menghilang, sehingga penyerapan gelombang menengah berkurang; dan gelombang ruang mulai memainkan peran utama. Dengan demikian, fitur penting dari gelombang menengah adalah bahwa pada siang hari komunikasi pada mereka dipertahankan oleh gelombang permukaan, dan pada malam hari - oleh gelombang permukaan dan spasial secara bersamaan.

Keuntungan dari pita MW:

pada malam hari di musim panas dan sepanjang hari di musim dingin, jangkauan komunikasi yang disediakan oleh gelombang ionosfer mencapai ribuan kilometer;

perangkat antena gelombang menengah cukup efektif dan memiliki dimensi yang dapat diterima bahkan untuk komunikasi radio bergerak;

kapasitas frekuensi rentang ini lebih besar daripada rentang VLF dan LW;

sifat difraksi yang baik dari gelombang radio dalam kisaran ini;

daya pemancar kurang dari pita VLF dan LW;

ketergantungan rendah pada gangguan ionosfer dan badai magnet.

Kerugian dari rentang MW:

beban kerja pita MW dengan stasiun radio penyiaran yang kuat menciptakan kesulitan dalam penggunaan yang luas;

kapasitas frekuensi yang terbatas dari jangkauan membuat sulit untuk bermanuver dengan frekuensi;

jangkauan komunikasi di NE di siang hari di musim panas selalu terbatas, karena hanya mungkin dengan gelombang tanah;

daya pemancar yang cukup besar;

sulit untuk menggunakan perangkat antena yang sangat efisien, kompleksitas konstruksi dan restorasi dalam waktu singkat;

tingkat interferensi mutual dan atmosfer yang cukup tinggi.

Lingkup aplikasi praktis gelombang radio dalam rentang MW; stasiun radio gelombang menengah paling sering digunakan di wilayah Kutub Utara, sebagai cadangan dalam kasus hilangnya komunikasi radio gelombang pendek yang banyak digunakan karena gangguan ionosfer dan magnetik, serta dalam penerbangan jarak jauh dan Angkatan Laut.

Gelombang dekameter (KB) menempati posisi khusus. Mereka dapat merambat baik sebagai gelombang tanah dan sebagai gelombang ionosfer. Gelombang tanah pada daya pemancar yang relatif rendah, karakteristik stasiun radio bergerak, merambat pada jarak yang tidak melebihi beberapa puluh kilometer, karena mengalami penyerapan yang signifikan di tanah, yang meningkat dengan meningkatnya frekuensi.

Gelombang ionosfer karena refleksi tunggal atau ganda dari ionosfer dalam kondisi yang menguntungkan dapat merambat dalam jarak jauh. Properti utama mereka adalah bahwa mereka diserap dengan lemah oleh daerah ionosfer yang lebih rendah (lapisan D dan E) dan dipantulkan dengan baik oleh daerah atasnya (terutama oleh lapisan F2 . terletak pada ketinggian 300-500 km di atas permukaan tanah). Hal ini memungkinkan untuk menggunakan stasiun radio dengan daya yang relatif rendah untuk komunikasi langsung pada rentang jarak yang tidak terbatas.

Penurunan yang signifikan dalam kualitas komunikasi radio HF oleh gelombang langit terjadi karena sinyal memudar. Sifat fading terutama direduksi menjadi interferensi beberapa sinar yang tiba di tempat penerimaan, yang fasenya terus berubah karena perubahan keadaan ionosfer.

Alasan kedatangan beberapa balok di tempat penerimaan sinyal dapat berupa:

iradiasi ionosfer pada sudut di mana sinar mengalami

jumlah pantulan yang berbeda dari ionosfer dan Bumi, berkumpul di titik penerimaan;

fenomena pembiasan ganda di bawah pengaruh medan magnet bumi, yang menyebabkan dua sinar (biasa dan luar biasa), yang dipantulkan dari lapisan ionosfer yang berbeda, mencapai titik penerimaan yang sama;

ketidakhomogenan ionosfer, yang menyebabkan refleksi difus gelombang dari berbagai wilayahnya, yaitu. untuk refleksi balok dari satu set sinar elementer.

Fading juga dapat terjadi karena fluktuasi polarisasi gelombang pada refleksi dari ionosfer, yang menyebabkan perubahan rasio komponen vertikal dan horizontal medan listrik di lokasi penerima. Fading polarisasi diamati jauh lebih jarang daripada fade interferensi dan membentuk 10-15% dari jumlah totalnya.

Level sinyal pada titik penerima sebagai akibat dari fading dapat bervariasi pada rentang yang luas - puluhan dan bahkan ratusan kali. Interval waktu antara deep fading adalah variabel acak dan dapat bervariasi dari sepersepuluh detik hingga beberapa detik, dan terkadang lebih, dan transisi dari level tinggi ke rendah dapat mulus dan sangat mendadak. Perubahan level yang cepat sering kali tumpang tindih dengan yang lambat.

Kondisi untuk lewatnya gelombang pendek melalui ionosfer bervariasi dari tahun ke tahun, yang dikaitkan dengan perubahan aktivitas matahari yang hampir periodik, yaitu. dengan perubahan jumlah dan luas bintik matahari (Wolf number), yang merupakan sumber radiasi yang mengionisasi atmosfer. Periode pengulangan aktivitas matahari maksimum adalah 11,3±4 tahun. Selama tahun-tahun aktivitas matahari maksimum, frekuensi maksimum yang berlaku (MUF) meningkat, dan area rentang frekuensi operasi meluas.

pada gambar. 2.10 menunjukkan keluarga khas jadwal MUF harian dan Frekuensi Terkecil (LPF) untuk daya radiasi 1 kW.

Beras. 2.10 Arah kurva MUF dan LF.

Keluarga grafik harian ini sesuai dengan wilayah geografis tertentu. Dari sini dapat disimpulkan bahwa rentang frekuensi yang berlaku untuk komunikasi pada jarak tertentu mungkin sangat kecil. Pada saat yang sama, harus diperhitungkan bahwa prakiraan ionosfer mungkin memiliki kesalahan, oleh karena itu, ketika memilih frekuensi komunikasi maksimum, mereka berusaha untuk tidak melebihi garis yang disebut frekuensi operasi optimal (ORF), yang lewat di bawah garis MUF sebesar 20-30%. Tentu saja, lebar kerja bagian jangkauan dikurangi lebih jauh dari ini. Penurunan level sinyal ketika mendekati frekuensi maksimum yang berlaku dijelaskan oleh variabilitas parameter ionosfer.

Karena kenyataan bahwa keadaan ionosfer berubah, komunikasi oleh gelombang ionosfer memerlukan pilihan frekuensi yang tepat pada siang hari:

DAY menggunakan frekuensi 12-30 MHz,

PAGI dan MALAM 8-12 MHz, MALAM 3-8 MHz.

Terlihat juga dari grafik bahwa dengan penurunan panjang link radio maka jangkauan frekuensi yang berlaku menjadi berkurang (untuk jarak hingga 500 km pada malam hari, bisa hanya 1-2 MHz).

Kondisi komunikasi radio untuk saluran panjang lebih menguntungkan daripada saluran pendek, karena jumlahnya lebih sedikit, dan jangkauan frekuensi yang cocok untuk mereka jauh lebih luas.

Badai ionosfer dan magnet dapat berdampak signifikan pada keadaan komunikasi radio HF (terutama di daerah kutub); gangguan ionosfer dan medan magnet bumi di bawah pengaruh aliran partikel bermuatan yang meletus oleh Matahari. Aliran ini sering menghancurkan lapisan F2 ionosfer pemantul utama di wilayah lintang geomagnetik tinggi. Badai magnetik dapat memanifestasikan dirinya tidak hanya di daerah kutub, tetapi di seluruh dunia. Gangguan ionosfer memiliki periodisitas dan berhubungan dengan waktu rotasi Matahari pada porosnya, yaitu sebesar 27 hari.

Gelombang pendek ditandai dengan adanya zona diam (dead zone). Zona hening (Gbr. 2.8) terjadi selama komunikasi radio jarak jauh di daerah yang tidak terjangkau gelombang permukaan karena redamannya, dan gelombang langit dipantulkan dari ionosfer ke jarak yang lebih jauh. Ini terjadi saat menggunakan antena yang sangat terarah saat memancarkan pada sudut kecil ke cakrawala.

Keuntungan dari pita HF:

gelombang ionosfer dapat merambat jarak jauh karena refleksi tunggal atau ganda dari ionosfer dalam kondisi yang menguntungkan. Mereka diserap dengan lemah oleh bagian bawah ionosfer (lapisan D dan E) dan dipantulkan dengan baik oleh bagian atas (terutama lapisan F2);

kemampuan untuk menggunakan stasiun radio dengan daya yang relatif rendah untuk komunikasi langsung pada rentang jarak yang tidak terbatas;

kapasitas frekuensi pita HF jauh lebih besar daripada pita VLF, LW, MW, yang memungkinkan pengoperasian sejumlah besar stasiun radio secara bersamaan;

perangkat antena yang digunakan dalam rentang gelombang dekameter memiliki dimensi yang dapat diterima (bahkan untuk pemasangan pada objek bergerak) dan mungkin memiliki sifat arah yang jelas. Mereka memiliki waktu penerapan yang singkat, murah, dan mudah diperbaiki jika rusak.

Kekurangan pita HF:

komunikasi radio oleh gelombang ionosfer dapat dilakukan jika frekuensi yang diterapkan berada di bawah nilai maksimum (MUF) yang ditentukan untuk setiap panjang tautan radio dengan tingkat ionisasi lapisan pemantulan;

komunikasi hanya mungkin jika kekuatan pemancar dan penguatan antena yang digunakan, dengan penyerapan energi di ionosfer, memberikan kekuatan medan elektromagnetik yang diperlukan pada titik penerimaan. Kondisi ini membatasi batas bawah frekuensi yang dapat digunakan (LLF);

kapasitas frekuensi yang tidak mencukupi untuk penggunaan mode operasi pita lebar dan manuver frekuensi;

sejumlah besar stasiun radio yang beroperasi secara bersamaan dengan jangkauan komunikasi yang panjang menciptakan tingkat interferensi timbal balik yang besar;

jangkauan komunikasi yang besar memudahkan musuh untuk menggunakan gangguan yang disengaja;

kehadiran zona sunyi saat menyediakan komunikasi jarak jauh;

penurunan yang signifikan dalam kualitas komunikasi radio HF oleh gelombang ionosfer karena memudarnya sinyal yang timbul karena variabilitas struktur lapisan pemantulan ionosfer, gangguannya yang konstan, dan perambatan gelombang multipath.

Lingkup aplikasi praktis gelombang radio HF

Stasiun radio KB menemukan aplikasi praktis terluas untuk komunikasi dengan pelanggan jarak jauh.

Gelombang meter (VHF) mencakup sejumlah bagian dari rentang frekuensi dengan kapasitansi frekuensi yang sangat besar.

Secara alami, bagian-bagian ini sangat berbeda satu sama lain dalam hal sifat propagasi gelombang radio. Energi VHF sangat diserap oleh Bumi (dalam kasus umum, sebanding dengan kuadrat frekuensi), sehingga gelombang bumi meluruh lebih cepat. Untuk VHF, refleksi reguler dari ionosfer tidak biasa, oleh karena itu, komunikasi dihitung menggunakan gelombang tanah dan gelombang yang merambat di ruang bebas. Gelombang langit yang lebih pendek dari 6-7 m (43-50 MHz) biasanya melewati ionosfer tanpa dipantulkan darinya.

Perambatan VHF terjadi secara bujursangkar, jangkauan maksimum dibatasi oleh jangkauan line-of-sight. Itu dapat ditentukan dengan rumus:

di mana Dmax adalah jangkauan garis pandang, km;

h1 adalah ketinggian antena pemancar, m;

h2 adalah ketinggian antena penerima, m.

Namun karena pembiasan (refraksi), terjadi kelengkungan pada rambatan gelombang radio. Dalam hal ini, dalam rumus rentang, koefisien akan lebih akurat bukan 3,57, tetapi 4,1-4,5. Dari rumus ini dapat disimpulkan bahwa untuk meningkatkan jangkauan komunikasi pada VHF, perlu menaikkan antena pemancar dan penerima lebih tinggi.

Peningkatan daya pemancar tidak menyebabkan peningkatan proporsional dalam rentang komunikasi, oleh karena itu, stasiun radio berdaya rendah digunakan dalam rentang ini. Saat berkomunikasi karena hamburan troposfer dan ionosfer, pemancar dengan daya yang cukup besar diperlukan.

Sekilas, jangkauan komunikasi gelombang bumi pada VHF seharusnya sangat kecil. Namun, harus diingat bahwa dengan meningkatnya frekuensi, efisiensi perangkat antena meningkat, yang dengannya kehilangan energi di Bumi dikompensasi.

Jangkauan komunikasi oleh gelombang tanah tergantung pada panjang gelombang. Rentang terbesar dicapai pada gelombang meter, terutama pada gelombang yang berdekatan dengan pita HF.

Gelombang meter memiliki sifat difraksi, yaitu kemampuan untuk membungkuk di sekitar medan yang tidak rata. Peningkatan jangkauan komunikasi pada gelombang meter difasilitasi oleh fenomena troposfer pembiasan, yaitu fenomena pembiasan di troposfer, yang memastikan komunikasi pada rute tertutup.

Dalam rentang gelombang meter, perambatan gelombang radio jarak jauh sering diamati, yang disebabkan oleh beberapa alasan. Perambatan jauh dapat terjadi ketika awan terionisasi sporadis terbentuk ( lapisan sporadis fs). Diketahui bahwa lapisan ini dapat muncul kapan saja sepanjang tahun dan siang, tetapi untuk belahan bumi kita itu terjadi terutama pada akhir musim semi dan awal musim panas di siang hari. Fitur dari awan ini adalah konsentrasi ion yang sangat tinggi, terkadang cukup untuk memantulkan gelombang dari seluruh rentang VHF. Dalam hal ini, zona lokasi sumber radiasi relatif terhadap titik penerimaan paling sering pada jarak 2000-2500 km, dan kadang-kadang bahkan lebih dekat. Intensitas sinyal yang dipantulkan dari lapisan Fs bisa sangat tinggi bahkan pada daya sumber yang sangat rendah.

Alasan lain untuk perambatan gelombang meteran jarak jauh selama tahun-tahun aktivitas matahari maksimum mungkin adalah lapisan F2 biasa. Distribusi ini dimanifestasikan pada bulan-bulan musim dingin selama waktu titik refleksi yang diterangi, yaitu. ketika penyerapan energi gelombang di daerah bawah ionosfer minimal. Jangkauan komunikasi dalam hal ini dapat mencapai skala global.

Perambatan gelombang meter jarak jauh juga dapat terjadi selama ledakan nuklir ketinggian tinggi. Dalam hal ini, selain daerah bawah dari peningkatan ionisasi, muncul daerah atas (pada tingkat lapisan Fs). Gelombang meter menembus wilayah bawah, mengalami beberapa penyerapan, dipantulkan dari wilayah atas dan kembali ke Bumi. Jarak yang ditempuh dalam hal ini berkisar antara 100 hingga 2500 km. Kekuatan medan tercermin nyh gelombang tergantung pada frekuensi: frekuensi terendah mengalami penyerapan terbesar di wilayah ionisasi yang lebih rendah, dan yang tertinggi mengalami refleksi tidak lengkap dari wilayah atas.

Antarmuka antara gelombang KB dan meter berada pada panjang gelombang 10 m (30 MHz). Sifat propagasi gelombang radio tidak dapat berubah secara tiba-tiba, mis. harus ada daerah atau daerah frekuensi yang transisi. Bagian rentang frekuensi seperti itu adalah bagian dari 20-30 MHz. Selama tahun-tahun aktivitas matahari minimum (juga pada malam hari, terlepas dari fase aktivitasnya), frekuensi ini praktis tidak cocok untuk komunikasi jarak jauh oleh gelombang ionosfer, dan penggunaannya sangat terbatas. Pada saat yang sama, dalam kondisi ini, sifat perambatan gelombang di bagian ini menjadi sangat dekat dengan sifat gelombang meter. Bukan kebetulan bahwa bagian frekuensi ini digunakan untuk kepentingan komunikasi radio, yang dipandu oleh gelombang meter.

Keuntungan dari pita VHF:

dimensi antena yang kecil memungkinkan untuk mewujudkan radiasi arah yang jelas yang mengkompensasi redaman cepat energi gelombang radio;

kondisi propagasi sebagian besar tidak tergantung pada waktu hari dan tahun, serta aktivitas matahari;

jangkauan komunikasi yang terbatas memungkinkan Anda untuk berulang kali menggunakan frekuensi yang sama di area permukaan, jarak antara batas-batasnya tidak kurang dari jumlah jangkauan stasiun radio dengan frekuensi yang sama;

tingkat yang lebih rendah dari gangguan yang tidak disengaja (asal alami dan buatan) dan yang disengaja karena antena yang diarahkan secara sempit dan og jangkauan komunikasi terbatas;

kapasitas frekuensi yang sangat besar, memungkinkan penggunaan sinyal broadband yang kebal kebisingan untuk sejumlah besar stasiun yang beroperasi secara bersamaan;

saat menggunakan sinyal pita lebar untuk komunikasi radio, ketidakstabilan frekuensi tautan radio f=10 -4 sudah cukup;

kemampuan VHF untuk menembus ionosfer tanpa kehilangan energi yang signifikan memungkinkan untuk melakukan komunikasi radio ruang angkasa pada jarak yang diukur dalam jutaan kilometer;

saluran radio berkualitas tinggi;

karena kehilangan energi yang sangat rendah di ruang bebas, jangkauan komunikasi antara pesawat yang dilengkapi dengan stasiun radio berdaya relatif rendah dapat mencapai beberapa ratus kilometer;

properti perambatan gelombang meter jarak jauh;

daya pemancar rendah dan ketergantungan kecil dari jangkauan komunikasi pada daya.

Kekurangan dari pita VHF:

jarak pendek komunikasi radio gelombang darat, praktis dibatasi oleh garis pandang;

saat menggunakan antena yang diarahkan secara sempit, sulit untuk bekerja dengan beberapa koresponden;

saat menggunakan antena dengan orientasi melingkar, jangkauan komunikasi, perlindungan intelijen, dan kekebalan kebisingan berkurang.

Lingkup aplikasi praktis gelombang radio VHF Rentang digunakan secara bersamaan oleh sejumlah besar stasiun radio, terutama karena rentang interferensi timbal balik di antara mereka, sebagai suatu peraturan, kecil. Sifat propagasi gelombang tanah memastikan penggunaan gelombang ultrashort secara luas untuk komunikasi di link kontrol taktis, termasuk antara berbagai jenis objek bergerak. Komunikasi melalui jarak antarplanet.

Mengingat kelebihan dan kekurangan masing-masing rentang, kita dapat menyimpulkan bahwa rentang yang paling dapat diterima untuk stasiun radio berdaya rendah adalah gelombang dekameter (KB) dan meter (VHF).

2.5 Dampak ledakan nuklir pada keadaan komunikasi radio

Selama ledakan nuklir, radiasi gamma seketika, berinteraksi dengan atom-atom lingkungan, menciptakan aliran elektron cepat yang terbang dengan kecepatan tinggi terutama dalam arah radial dari pusat ledakan, dan ion positif yang praktis tetap di tempatnya. Jadi, dalam ruang untuk beberapa waktu terjadi pemisahan muatan positif dan negatif, yang mengarah pada munculnya medan listrik dan magnet. Bidang-bidang ini, karena durasinya yang singkat, disebut impuls elektromagnetik (AMY) dari ledakan nuklir. Durasi keberadaannya kira-kira 150-200 milidetik.

pulsa elektromagnetik (faktor kerusakan kelima dari ledakan nuklir) dengan tidak adanya tindakan perlindungan khusus, dapat merusak peralatan kontrol dan komunikasi, mengganggu pengoperasian perangkat listrik yang terhubung ke saluran eksternal yang diperpanjang.

Sistem komunikasi, pensinyalan, dan kontrol paling rentan terhadap pengaruh pulsa elektromagnetik dari ledakan nuklir. Sebagai akibat dari paparan EMP dari ledakan nuklir tanah atau udara, tegangan listrik diinduksi di antena stasiun radio, di bawah pengaruhnya kerusakan isolasi, transformator, pelelehan kabel, kegagalan arester, kerusakan tabung elektronik , perangkat semikonduktor, kapasitor, resistansi, dll. .

Telah ditetapkan bahwa ketika peralatan terkena EMR, tegangan terbesar diinduksi pada sirkuit input.Berkenaan dengan transistor, ketergantungan berikut diamati: semakin tinggi gain transistor, semakin rendah kekuatan dielektriknya.

Peralatan radio memiliki kekuatan dielektrik tegangan DC tidak lebih dari 2-4 kV. Mengingat bahwa pulsa elektromagnetik dari ledakan nuklir berumur pendek, kekuatan listrik pamungkas dari peralatan tanpa peralatan pelindung dapat dianggap lebih tinggi - sekitar 8-10 kV.

Di meja. 1 menunjukkan perkiraan jarak (dalam km) di mana tegangan melebihi 10 dan 50 kV yang berbahaya bagi peralatan diinduksi di antena stasiun radio pada saat ledakan nuklir.

Tabel 1

Pada jarak yang lebih jauh, efek EMP mirip dengan efek sambaran petir yang tidak terlalu jauh dan tidak menyebabkan kerusakan pada peralatan.

Dampak pulsa elektromagnetik pada peralatan radio berkurang tajam jika tindakan perlindungan khusus diterapkan.

Cara paling efektif untuk melindungi peralatan radio-elektronik yang terletak di gedung adalah penggunaan layar konduktif (logam) elektrik, yang secara signifikan mengurangi besarnya tegangan yang diinduksi pada kabel dan kabel internal. Peralatan pelindung yang mirip dengan peralatan proteksi petir digunakan: arester dengan koil saluran dan pemblokiran, tautan peleburan, perangkat decoupling, sirkuit untuk memutuskan peralatan secara otomatis dari saluran.

Tindakan perlindungan yang baik juga merupakan landasan yang andal dari peralatan pada satu titik. Implementasi perangkat teknik radio di blok juga efektif, dengan perlindungan setiap blok dan seluruh perangkat secara keseluruhan. Ini memungkinkan untuk dengan cepat mengganti unit yang gagal dengan unit cadangan (pada peralatan yang paling kritis, unit digandakan dengan peralihan otomatis jika terjadi kerusakan pada yang utama). Dalam beberapa kasus, elemen selenium dan stabilisator dapat digunakan untuk melindungi dari EMP.

Selain itu, dapat diterapkan perangkat masuk pelindung, yang merupakan berbagai relai atau perangkat elektronik yang merespons kelebihan tegangan dalam rangkaian. Ketika pulsa tegangan tiba, diinduksi dalam saluran oleh pulsa elektromagnetik, mereka mematikan daya dari perangkat atau hanya memutus sirkuit kerja.

Saat memilih perangkat pelindung, harus diperhitungkan bahwa dampak EMP dicirikan oleh karakter massa, yaitu, pengoperasian simultan peralatan pelindung di semua sirkuit yang berada di area ledakan. Oleh karena itu, skema perlindungan yang diterapkan harus secara otomatis memulihkan sirkuit segera setelah pemutusan pulsa elektromagnetik.

Ketahanan peralatan terhadap efek tegangan yang timbul pada saluran selama ledakan nuklir sebagian besar tergantung pada operasi saluran yang benar dan pemantauan yang cermat terhadap kemampuan servis peralatan pelindung.

Ke persyaratan operasi penting termasuk pemeriksaan kekuatan listrik secara berkala dan tepat waktu dari insulasi saluran dan sirkuit input peralatan, deteksi tepat waktu dan penghapusan kabel arde yang muncul, pemantauan kemampuan servis arester, sekering, dll.

ledakan nuklir ketinggian tinggi disertai dengan pembentukan daerah peningkatan ionisasi. Dalam ledakan di ketinggian hingga sekitar 20 km, wilayah terionisasi pertama-tama dibatasi oleh ukuran wilayah bercahaya, dan kemudian oleh awan ledakan. Pada ketinggian 20–60 km, ukuran daerah terionisasi agak lebih besar dari ukuran awan ledakan, terutama pada batas atas kisaran ketinggian ini.

Selama ledakan nuklir di ketinggian, dua daerah peningkatan ionisasi muncul di atmosfer.

Daerah pertama terbentuk di area ledakan karena zat amunisi yang terionisasi dan ionisasi udara oleh gelombang kejut. Dimensi kawasan ini pada arah mendatar mencapai puluhan dan ratusan meter.

Daerah kedua peningkatan ionisasi terjadi di bawah pusat ledakan pada lapisan atmosfer pada ketinggian 60-90 km sebagai akibat dari penyerapan penetrasi radiasi oleh udara. Jarak di mana radiasi penetrasi menghasilkan ionisasi dalam arah horizontal adalah ratusan bahkan ribuan kilometer.

Area peningkatan ionisasi yang terjadi selama ledakan nuklir ketinggian tinggi menyerap gelombang radio dan mengubah arah perambatannya, yang menyebabkan gangguan signifikan dalam pengoperasian fasilitas radio. Dalam hal ini, ada gangguan dalam komunikasi radio, dan dalam beberapa kasus terputus sama sekali.

Sifat efek merusak dari pulsa elektromagnetik ledakan nuklir ketinggian tinggi pada dasarnya mirip dengan sifat efek merusak ledakan tanah dan udara EMP.

Tindakan perlindungan terhadap efek merusak dari pulsa elektromagnetik ledakan ketinggian sama dengan terhadap EMP dari ledakan tanah dan udara.

2.5.1 Perlindungan terhadap pengion dan radiasi elektromagnetik

ledakan nuklir ketinggian tinggi (HNA)

Interferensi RS dapat terjadi karena ledakan senjata nuklir, disertai dengan pancaran pulsa elektromagnetik kuat berdurasi pendek (10-8 detik) dan perubahan sifat listrik atmosfer.

EMP (radio flash) terjadi:

Pertama-tama , sebagai akibat dari ekspansi asimetris awan pelepasan listrik yang terbentuk di bawah pengaruh radiasi pengion dari ledakan;

Kedua , karena ekspansi yang cepat dari gas yang sangat konduktif (plasma) yang terbentuk dari produk ledakan.

Setelah ledakan, bola api dibuat di luar angkasa, yang merupakan bola yang sangat terionisasi. Bola ini berkembang pesat (dengan kecepatan sekitar 100-120 km/jam) di atas permukaan bumi, berubah menjadi bola dengan konfigurasi palsu, ketebalan bola mencapai 16-20 km. Konsentrasi elektron dalam bola dapat mencapai 105-106 elektr./cm3, yaitu 100-1000 kali lebih tinggi dari konsentrasi elektron normal di lapisan ionosfer D.

Ledakan nuklir ketinggian tinggi (HNA) pada ketinggian lebih dari 30 km secara signifikan mempengaruhi karakteristik listrik atmosfer di ruang besar untuk waktu yang lama, dan, oleh karena itu, memiliki pengaruh kuat pada perambatan gelombang radio.

Selain itu, pulsa elektromagnetik kuat yang terjadi selama HNW menginduksi tegangan tinggi (hingga 10.000-50.000 V) dan arus hingga beberapa ribu ampere di jalur komunikasi kabel.

Kekuatan EMP begitu besar sehingga energinya cukup untuk menembus ke dalam bumi hingga 30 m dan menginduksi EMF dalam radius hingga 50-200 km dari pusat ledakan.

Namun, efek utama dari HNS adalah bahwa sejumlah besar energi yang dilepaskan selama ledakan, serta fluks intens neutron, sinar-X, ultraviolet dan sinar gamma, mengarah pada pembentukan daerah yang sangat terionisasi di atmosfer dan peningkatan dalam kerapatan elektron di ionosfer, yang pada gilirannya menyebabkan penyerapan gelombang radio dan terganggunya stabilitas pengoperasian sistem kontrol.

2.5.2 Tanda-tanda karakteristik VJV

VYaV di area tertentu atau di dekatnya disertai dengan penghentian instan penerimaan stasiun jauh di pita gelombang HF.

Pada saat pemutusan komunikasi, bunyi klik pendek diamati di telepon, dan kemudian hanya suara penerima dan derak lemah seperti guntur yang terdengar.

Beberapa menit setelah pemutusan komunikasi pada HF, interferensi dari stasiun yang jauh dalam rentang meteran gelombang pada VHF meningkat tajam.

Jangkauan radar dan akurasi koordinat pengukuran berkurang.

Dasar perlindungan alat elektronik adalah penggunaan yang benar dari rentang frekuensi dan semua faktor yang muncul sebagai akibat dari penggunaan HNV

2.5.3 Definisi dasar:

gelombang radio yang dipantulkan (gelombang pantul ) adalah gelombang radio yang merambat setelah refleksi dari antarmuka antara dua media atau dari ketidakhomogenan media;

gelombang radio langsung (gelombang langsung ) adalah gelombang radio yang merambat langsung dari sumber ke tempat penerimaan;

gelombang radio darat (gelombang tanah ) - gelombang radio yang merambat di dekat permukaan bumi dan termasuk gelombang langsung, gelombang yang dipantulkan dari bumi, dan gelombang permukaan;

gelombang langit (gelombang langit ) adalah gelombang radio yang merambat sebagai hasil pemantulan dari ionosfer atau hamburan di atasnya;

penyerapan gelombang radio (penyerapan ) adalah penurunan energi gelombang radio karena konversi parsialnya menjadi energi panas sebagai akibat interaksi dengan medium;

propagasi gelombang radio multipath (propagasi multipath ) - perambatan gelombang radio dari pemancar ke antena penerima di sepanjang beberapa lintasan;

ketinggian refleksi lapisan efektif (ketinggian efektif ) adalah ketinggian hipotetis pantulan gelombang radio dari lapisan terionisasi, yang bergantung pada distribusi kerapatan elektron di atas tinggi dan panjang gelombang radio, ditentukan melalui waktu antara transmisi dan penerimaan gelombang ionosfer yang dipantulkan dalam pembunyian vertikal, dengan asumsi bahwa kecepatan rambat gelombang radio di sepanjang jalur sama dengan kecepatan cahaya dalam ruang hampa;

lompatan ionosfer (melompat ) adalah lintasan perambatan gelombang radio dari satu titik di permukaan bumi ke titik lain di permukaan bumi, yang lintasannya disertai dengan satu pantulan dari ionosfer;

frekuensi maksimum yang dapat digunakan (MUHR) adalah frekuensi pancaran radio tertinggi di mana perambatan gelombang radio ionosfer terjadi antara titik-titik tertentu pada waktu tertentu dalam kondisi tertentu, ini adalah frekuensi yang masih dipantulkan dari ionosfer;

frekuensi operasi yang optimal (ORF) adalah frekuensi pancaran radio di bawah IF, di mana komunikasi radio yang stabil dapat dilakukan dalam kondisi geofisika tertentu. Sebagai aturan, ORF lebih rendah dari MUF sebesar 15%;

terdengar ionosfer vertikal (terdengar vertikal ) - suara ionosfer menggunakan sinyal radio yang dipancarkan secara vertikal ke atas relatif terhadap permukaan bumi, asalkan titik emisi dan penerimaan digabungkan;

gangguan ionosfer - gangguan dalam distribusi ionisasi di lapisan atmosfer, yang melebihi perubahan biasa dalam karakteristik ionisasi rata-rata untuk kondisi geografis tertentu;

badai ionosfer - gangguan ionosfer berkepanjangan dengan intensitas tinggi.

PENGANTAR

Sebagai aturan, istilah "gelombang radio" mengacu pada gelombang elektromagnetik yang termasuk dalam rentang frekuensi tertentu yang digunakan dalam teknik radio. Dengan keputusan khusus International Telecommunication Union (ITU) dan International Electrotechnical Commission (IEC), merupakan kebiasaan untuk membedakan antara rentang frekuensi radio berikut dan panjang gelombang radio yang sesuai:

frekuensi sangat rendah (VLF) - dari 3 hingga 30 kHz, atau gelombang myriameter (panjang gelombang dari 100 hingga 10 km);

frekuensi rendah (LF) - dari 30 hingga 300 kHz, atau gelombang kilometer (panjang gelombang dari 10 hingga 1 km);

frekuensi menengah (MF) - dari 300 kHz hingga 3 MHz, atau gelombang hektometrik (panjang gelombang dari 1 km hingga 100 m);

frekuensi tinggi (HF) - dari 3 hingga 30 MHz, atau gelombang dekameter (panjang gelombang dari 100 hingga 10 m);

frekuensi sangat tinggi (VHF) - dari 30 hingga 300 MHz, atau gelombang meter (panjang gelombang dari 10 hingga 1 m);

frekuensi ultra-tinggi (UHF) - dari 300 MHz hingga 3 GHz, atau gelombang desimeter (panjang gelombang dari 1 m hingga 10 cm);

frekuensi ultra-tinggi (SHF) - dari 3 hingga 30 GHz, atau gelombang sentimeter (panjang gelombang dari 10 hingga 1 cm);

frekuensi sangat tinggi (EHF) - dari 30 hingga 300 GHz, atau gelombang milimeter (panjang gelombang dari 1 cm hingga 1 mm).

Rekayasa radio secara historis berkembang dengan tren yang stabil menuju pengembangan rentang frekuensi yang semakin tinggi. Ini terutama karena kebutuhan untuk menciptakan sistem antena yang sangat efisien yang memusatkan energi dalam sudut padat yang sempit. Faktanya adalah bahwa antena dengan pola radiasi sempit harus memiliki dimensi melintang yang secara signifikan melebihi panjang gelombang operasi. Kondisi seperti itu mudah dipenuhi dalam meter, dan terlebih lagi dalam kisaran sentimeter, sementara antena yang sangat terarah untuk gelombang myriameter akan memiliki dimensi yang sama sekali tidak dapat diterima.

Faktor kedua yang menentukan sifat berharga dari rentang frekuensi tinggi adalah kenyataan bahwa di sini dimungkinkan untuk mewujudkan sejumlah besar saluran radio dengan pita frekuensi yang tidak saling berpotongan. Hal ini memungkinkan, di satu sisi, untuk secara luas menggunakan prinsip pembagian frekuensi saluran, dan di sisi lain, untuk menggunakan sistem modulasi broadband, seperti modulasi frekuensi. Dalam kondisi tertentu, sistem modulasi tersebut mampu memberikan kekebalan kebisingan yang tinggi dari saluran radio.

Dalam praktik penyiaran dan televisi, klasifikasi pita gelombang radio yang agak disederhanakan juga telah dikembangkan. Menurutnya, gelombang myriameter disebut gelombang superlong (VLW), gelombang kilometer disebut gelombang panjang (LW); hektometrik - gelombang sedang (MW), dekameter - gelombang pendek (HF), dan lebih banyak dan lebih banyak osilasi frekuensi tinggi dengan panjang gelombang lebih pendek dari 10 m diklasifikasikan sebagai gelombang ultrashort (VHF).

1. PROPAGASI GELOMBANG RADIO SECARA GRATIS

RUANG ANGKASA

Sistem transmisi informasi terdiri dari tiga bagian utama: pemancar, penerima, dan tautan perantara - saluran penghubung. Tautan perantara adalah media - ruang di mana gelombang radio merambat. Ketika gelombang radio merambat di sepanjang jalur alami, yaitu, dalam kondisi di mana permukaan bumi, atmosfer, luar angkasa berfungsi sebagai medium, medium adalah penghubung sistem radio yang praktis tidak dapat dikendalikan.

Ketika gelombang radio merambat dalam suatu medium, amplitudo medan gelombang berubah, kecepatan dan arah rambat berubah, bidang polarisasi berputar, dan sinyal yang ditransmisikan terdistorsi. Dalam hal ini, ketika merancang jalur komunikasi radio, perlu:

menentukan gelombang operasi yang optimal di bawah kondisi propagasi yang diberikan;

menentukan kecepatan dan arah kedatangan sinyal yang sebenarnya;

memperhitungkan kemungkinan distorsi dari sinyal yang ditransmisikan dan menentukan langkah-langkah untuk menghilangkannya.

Untuk mengatasi masalah tersebut, perlu diketahui sifat kelistrikan permukaan dan atmosfer bumi, serta proses fisik yang terjadi selama perambatan gelombang radio.

Permukaan bumi memiliki dampak yang signifikan terhadap propagasi gelombang radio:

di permukaan semikonduktor Bumi, gelombang radio diserap;

ketika mereka jatuh di permukaan bumi, mereka dipantulkan;

bentuk bulat dari permukaan bumi mencegah propagasi gelombang radio bujursangkar.

Gelombang radio yang merambat di dekat permukaan bumi disebut gelombang radio darat(1 pada Gambar.1.1). Mengingat propagasi gelombang tanah, atmosfer dianggap sebagai media lossless dengan permitivitas relatif sama dengan satu. Pengaruh atmosfer diperhitungkan secara terpisah, membuat koreksi yang diperlukan.

Di atmosfer yang mengelilingi Bumi, ada tiga wilayah yang mempengaruhi perambatan gelombang radio: troposfer, stratosfer, dan ionosfer. Batas-batas antara daerah-daerah ini tidak dinyatakan secara tegas dan bergantung pada waktu dan lokasi geografis.

Troposfer disebut lapisan permukaan atmosfer, memanjang hingga ketinggian 7-18 km. Di troposfer, suhu udara menurun dengan ketinggian. Troposfer bersifat heterogen baik pada arah vertikal maupun sepanjang permukaan bumi. Parameter listriknya berubah ketika kondisi meteorologi berubah. Di troposfer terdapat kelengkungan lintasan gelombang radio terestrial 1 yang disebut pembiasan. distribusi gelombang radio troposfer 2 dimungkinkan karena hamburan dan pantulannya dari ketidakhomogenan troposfer. Gelombang radio dalam rentang milimeter dan sentimeter diserap di troposfer.

Stratosfir memanjang dari tropopause hingga ketinggian 50-60 km. Stratosfer berbeda dari troposfer dalam kepadatan udara yang jauh lebih rendah dan dalam hukum distribusi suhu di sepanjang ketinggian: hingga ketinggian 30–35 km, suhunya konstan, dan kemudian naik tajam hingga ketinggian 60 km . Stratosfer memiliki pengaruh yang sama pada propagasi gelombang radio seperti troposfer, tetapi memanifestasikan dirinya pada tingkat yang lebih rendah karena kepadatan udara yang rendah.

ionosfir disebut wilayah atmosfer pada ketinggian 60-10.000 km di atas permukaan bumi. Pada ketinggian ini, kepadatan udara sangat rendah dan udara terionisasi, yaitu, ada sejumlah besar elektron bebas. Kehadiran elektron bebas secara signifikan mempengaruhi sifat listrik ionosfer dan memungkinkan gelombang radio yang lebih panjang dari 10 m untuk dipantulkan dari ionosfer.Gelombang radio yang merambat dengan refleksi dari ionosfer atau hamburan di dalamnya disebut gelombang ionosfer 3. Sifat-sifat permukaan bumi dan troposfer memiliki pengaruh yang kecil terhadap kondisi perambatan gelombang ionosfer.

Kondisi perambatan gelombang radio 4,5 dalam komunikasi radio ruang angkasa memiliki beberapa ciri khusus, dan untuk gelombang radio

Beras. 1.2. Pola antena oleh

kekuatan:

1 – emitor isotropik; 2 - terarah

4 terutama dipengaruhi oleh atmosfer bumi.

1.1. Formula untuk siaran yang sempurna

Ruang bebas dapat dianggap sebagai medium homogen yang tidak menyerap dengan =1. Pada kenyataannya, media semacam itu tidak ada, tetapi ekspresi yang menggambarkan kondisi perambatan gelombang radio dalam kasus yang paling sederhana ini adalah fundamental. Perambatan gelombang radio dalam kasus yang lebih kompleks dicirikan oleh ekspresi yang sama dengan pengenalan faktor ke dalamnya yang memperhitungkan pengaruh kondisi propagasi tertentu.

Untuk merancang berbagai sistem radio, perlu ditentukan kuat medan listrik gelombang radio di lokasi penerima atau daya di input perangkat penerima.

Untuk ruang bebas, rapat energi P (W/m 2 ) pada jarak r (m) dari sumber titik yang memancarkan gelombang radio secara seragam ke segala arah, terkait dengan daya yang dipancarkan oleh sumber ini Rizl (W) dengan ketergantungan berikut:

di mana P adalah modulus vektor Poynting.

Dalam praktiknya, antena memancarkan energi ke arah yang berbeda secara tidak merata. Untuk memperhitungkan tingkat ketidakseragaman radiasi, koefisien arah antena diperkenalkan.

Direktivitas antena D menunjukkan berapa kali kerapatan daya berubah pada jarak tertentu dari emitor dengan emitor terarah dibandingkan dengan emitor omnidirectional (isotropik).

Saat menggunakan radiator terarah, terjadi redistribusi daya spasial, akibatnya kerapatan daya meningkat di beberapa arah, dan menurun di arah lain dibandingkan dengan kasus penggunaan radiator isotropik. Penggunaan antena directional memungkinkan untuk mendapatkan D kali lebih besar kepadatan daya di titik penerima atau untuk mengurangi daya pemancar D kali.

Nilai D adalah fungsi dari sudut pandang: di bidang horizontal dan di q vertikal (Gbr. 1.2). Biasanya, antena menciptakan radiasi maksimum hanya dalam arah tertentu (ξ0 0), di mana D memperoleh nilai maksimum Dmax =D(ξ0 0). Ketergantungan D pada sudut dan disebut pola antena dalam daya, dan rasio F 2 (,)= D(ξ )/D maks

Pola radiasi yang dinormalisasi dalam hal daya (Gbr. 1.2).

Kepadatan daya pada jarak r dari antena pemancar terarah

Amplitudo kuat medan listrik gelombang radio di ruang bebas berhubungan dengan rapat energi gelombang ini (melalui hambatan ruang bebas Z0)

E 2 m c dalam \u003d 2Z 0 P \u003d 240p P,

dimana nilai amplitudo kuat medan listrik di ruang bebas ditentukan Em cv (V / m) pada jarak tertentu r (m) dari emitor:

(1.1)

Daya pada input penerima, dicocokkan dengan antena yang terletak pada jarak r dari emitor,

Area efektif antena penerima, yang mencirikan area muka gelombang dari mana antena mengekstrak energi.

Lebih mudah untuk menentukan daya pr.sv secara langsung melalui daya Prad dan nilai Drad dari antena yang memancar:

Ungkapan ini disebut formula transmisi radio yang ideal.

Redaman daya selama perambatan gelombang radio di ruang bebas, yang didefinisikan sebagai rasio Ppr.sv / Pizl, disebut kehilangan transmisi di ruang bebas. Dengan antena pemancar dan penerima non-directional, rasio ini B 0 (dB) dihitung dengan rumus:

di mana P - daya, W; r - jarak, km; - frekuensi, MHz.

Penggunaan antena directional setara dengan peningkatan daya terpancar dengan faktor.

Ingatlah bahwa polarisasi gelombang radio ditentukan oleh orientasi vektor kekuatan medan listrik gelombang radio di ruang angkasa, dan arah vektor menentukan arah polarisasi.Bergantung pada perubahan arah vektor  polarisasi dapat linier, bundar dan berbentuk bulat panjang. Jenis polarisasi gelombang radio di ruang bebas ditentukan oleh jenis pemancar (antena). Misalnya, antena vibrator memancarkan gelombang terpolarisasi linier di ruang bebas.

Untuk mendapatkan gelombang dengan polarisasi melingkar, cukup memiliki dua vibrator linier sebagai antena pemancar, yang dipindahkan dalam ruang sebesar 90 ° satu relatif terhadap yang lain, dan memberi mereka arus dengan amplitudo yang sama dengan pergeseran fase 90 °. Gelombang radio dengan polarisasi melingkar dipancarkan, misalnya, oleh antena heliks dan pintu putar. Jenis polarisasi ini banyak digunakan di televisi dan radar.

Gelombang terpolarisasi elips dapat dibuat, misalnya, menggunakan antena, dalam bentuk dua vibrator bersilangan, yang lengannya diberi arus dengan amplitudo berbeda.

Untuk penerimaan yang efektif, sifat polarisasi medan gelombang yang diterima dan sifat polarisasi antena penerima harus sesuai. Rumus (1.2) dan (1.3) valid jika sifat dan arah polarisasi medan listrik dan antena penerima bertepatan. Jika tidak ada kecocokan, daya pada antena penerima berkurang dan rumus di atas diperbaiki. Misalnya, untuk penerimaan gelombang yang paling efisien dengan polarisasi linier, vibrator dari antena penerima harus diorientasikan sejajar dengan vektor.  . Jika arah vektor  tegak lurus terhadap sumbu vibrator penerima, maka tidak akan ada penerimaan.

1.2. Area ruang yang penting untuk propagasi gelombang radio Metode zona Fresnel

Pembentukan medan di dekat antena penerima B (Gbr. 1.3, a) dipengaruhi oleh berbagai daerah ruang bebas yang dilalui gelombang radio dari emitor A. Emitor menciptakan gelombang bola, setiap elemen di depannya lagi-lagi merupakan sumber gelombang bola. Permukaan gelombang baru ditemukan sebagai selubung gelombang sferis sekunder. Medan pada jarak tertentu dari emitor ditentukan oleh aksi total sumber sekunder. Kontribusi utama untuk jumlah ini berasal dari sumber terletak di dekat garis lurus AB. Tindakan radiator sekunder yang berdekatan yang terletak pada jarak yang cukup jauh dari garis lurus ini saling dikompensasi.

Area penting untuk propagasi gelombang radio, mereka menyebut bagian ruang di mana fraksi utama energi merambat. Ketidakhomogenan medium (misalnya, hambatan di jalur gelombang) mempengaruhi karakteristik medan pada titik penerimaan, jika mereka ditutupi oleh area yang signifikan selama propagasi. Daerah ini memiliki konfigurasi ellipsoid revolusi dengan fokus di titik A dan B (Gbr. 1.3, b). Jari-jari penampang ellipsoid pada jarak dari titik A dan jarak r0 dari titik B ditentukan oleh persamaan:

rn+ rn=r0+ r0+n (l/2)

dan dapat dihitung dari persamaan,

dimana adalah bilangan bulat.

Daerah berbentuk lingkaran yang dibangun di atas bidang S, tegak lurus garis AB, dengan jari-jari Rn disebut Zona Fresnel angka n (Gbr. 1.3, c).

Jika layar dengan lubang bundar ditempatkan pada jalur rambat gelombang (bidang layar tegak lurus terhadap garis AB), maka ketika jari-jari lubang berubah (atau layar bergerak sepanjang jalur), kuat medan di titik B akan berubah secara berkala (Gbr. 1.4).

Beras. 1.4. Perubahan kekuatan medan lebih dari

layar lubang bundar

perubahan radius lubang R

(– radius zona Fresnel pertama)

Kuat medan akan maksimal jika jari-jari lubang di layar sama dengan jari-jari zona Fresnel pertama dan jari-jari zona Fresnel dengan angka ganjil berikutnya. Dengan ukuran lubang yang besar (lebih besar dari jari-jari zona Fresnel keenam), amplitudo kekuatan medan cenderung Em St (Gbr. 1.4), oleh karena itu, jari-jari penampang daerah yang signifikan selama propagasi adalah dianggap sama dengan radius zona Fresnel dengan angka 6-10. Namun, untuk indikasi perhitungan, ukuran wilayah signifikan sering kali dapat diambil sama dengan jari-jari zona Fresnel pertama.

1.3. Pertanyaan untuk pemeriksaan diri

1. Apa klasifikasi pita gelombang radio? Berikan klasifikasi ini.

2. Mengapa ada kecenderungan perkembangan semakin banyak rentang frekuensi tinggi gelombang radio?

3. Bagaimana urutan perancangan radio link?

4. Faktor apa saja yang mempengaruhi jenis jalur perambatan gelombang radio?

5. Tuliskan rumus untuk siaran yang ideal. Jelaskan itu.

6. Apa saja jenis polarisasi gelombang radio?

7. Mengapa perlu memperhitungkan sifat polarisasi gelombang yang diterima dan sifat polarisasi antena penerima untuk penerimaan yang efektif?

8. Bagian ruang manakah yang disebut sebagai daerah yang penting untuk perambatan gelombang radio?

9. Apa tujuan diperkenalkannya konsep zona Fresnel?

10. Gambar dan jelaskan grafik ketergantungan kuat medan di belakang layar buram pada jari-jari lubang di layar ini.

2. PENGARUH PERMUKAAN BUMI TERHADAP PROPAGASI GELOMBANG RADIO

2.1. Penyerapan gelombang radio oleh berbagai jenis permukaan bumi

Titik akhir tautan radio dalam banyak kasus terletak di dekat permukaan bumi. Kehadiran permukaan bumi yang semi-konduktif menyebabkan penyerapan dan refleksi gelombang radio, kadang-kadang dengan perubahan polarisasi gelombang. Secara kuantitatif, fenomena ini bergantung pada parameter listrik permukaan bumi: permitivitas dielektrik dan konduktivitas (Tabel 2.1). Nilai dan ditentukan secara eksperimental oleh penyerapan gelombang radio oleh permukaan bumi dan refleksi darinya dan tergantung pada struktur permukaan bumi, kelembabannya, pelapisan, suhu, dan juga pada frekuensi operasi.

Tabel 2.1 menunjukkan bahwa dengan meningkatnya frekuensi (penurunan panjang gelombang) laut dan air tawar berkurang. Penurunan ini disebabkan oleh fakta bahwa molekul air bersifat polar dan, dengan meningkatnya frekuensi, mereka tidak memiliki waktu untuk mengarahkan diri ke arah medan listrik.

Tanah adalah dielektrik yang kompleks, terdiri dari komponen padat - tanah kering dan komponen cair - larutan garam dalam air. Nilai dan komponen cair secara signifikan lebih besar daripada komponen padat, dan parameter listrik tanah ditentukan terutama oleh sifat komponen cair.

Kondisi perambatan gelombang radio dalam suatu medium dicirikan oleh: tangen kerugian dalam medium yang secara numerik sama dengan rasio rapat arus konduksi dan perpindahan

Jika, maka arus perpindahan mendominasi dalam medium dan mendekati sifat dielektriknya. Jika, maka, arus konduksi berlaku dalam medium dan sifat-sifatnya mendekati sifat-sifat konduktor. Kesetaraan rapat arus konduksi dan arus perpindahan terjadi pada panjang gelombang batas tertentu lgr. Ya, untuk air laut

Oleh karena itu, untuk gelombang radio dalam rentang sentimeter, air laut dapat dianggap sebagai dielektrik. Untuk tanah basah

Tabel 2.1

Nilai konstanta dielektrik dan konduktivitas untuk jenis permukaan bumi yang paling umum

Jenis permukaan atau penutup tanah

Panjang gelombang, m

Air laut (t = 20 0 )

Air tawar dari sungai, danau

Tanah basah (t = 20°C)

Tanah kering (t = 20°C)

Es (t = -10 ° )

Salju (t = -10 ° )

tanah beku

Lanjutan tabel. 2.1

Tanah basah untuk meter dan panjang gelombang yang lebih pendek dapat dianggap sebagai dielektrik. Akibatnya, untuk gelombang sentimeter, semua jenis permukaan bumi memiliki sifat yang mendekati sifat dielektrik ideal.

Ketika gelombang radio merambat dalam media semikonduktor, amplitudo medan berkurang dengan jarak sesuai dengan hukum eksponensial, dan fase berubah secara linier. Nilai sesaat dari kekuatan medan gelombang yang merambat dalam media semikonduktor dalam arah salah satu sumbu koordinat dicatat

dimana Em s ditentukan dari (1.1).

Nilai mencirikan kehilangan energi dalam medium dan disebut faktor redaman. Secara fisis, rugi-rugi tersebut disebabkan oleh transisi energi gelombang elektromagnetik menjadi energi termal pergerakan molekul. Nilai b (koefisien fase) mencirikan perubahan fase gelombang. Besaran-besaran tersebut dapat dituliskan dalam bentuk berikut:

Kecepatan gerakan fase tertentu dalam arah rambat gelombang nf, disebut kecepatan fase, berhubungan dengan nilai :

Sikap

ditelepon Indeks bias lingkungan.

Panjang gelombang dalam medium

Penyerapan gelombang radio dalam medium diperkirakan dengan koefisien integral dan dinyatakan dalam desibel:

Penyerapan linier dinyatakan dalam desibel per meter:

Jarak di mana Em diperlemah dengan faktor 10 6 (sebesar 120 dB) selama perambatan gelombang radio di tanah lembab dan air laut diberikan pada Tabel 2.2.

Tabel 2.2

Jarak di mana redaman terjadi

Jarak di mana nilai Em dilemahkan sebesar 120 dB, m

tanah basah

Air laut

Akibatnya, untuk komunikasi radio melalui ketebalan permukaan bumi atau laut (misalnya, untuk komunikasi dengan kapal selam yang tenggelam), hanya gelombang panjang dan ultra-panjang yang berlaku.

2.2. Pemantulan gelombang radio bidang di permukaan bumi yang sehalus udara

Gelombang elektromagnetik, yang datang pada antarmuka halus antara dua media (Gbr. 2.1), sebagian dipantulkan dari batas ini (dan sudut datang sama dengan sudut pantul) dan sebagian melewati kedalaman media kedua. Oleh karena itu, di medium pertama ada gelombang datang dan gelombang pantul, dan di medium kedua ada gelombang yang dibiaskan.

Tergantung pada arah vektor relatif terhadap permukaan bumi, dua jenis polarisasi dibedakan - vertikal dan horizontal. Dengan polarisasi vertikal, vektor kuat medan listrik terletak pada bidang datang gelombang, yaitu pada bidang tegak lurus bidang pemisah dan melewati arah rambat gelombang datang (Gbr. 2.1, a). Dengan horisontal

Beras. 2.1. Untuk penentuan koefisien refleksi

polarisasi, vektor kekuatan medan listrik sejajar dengan bidang antarmuka (Gambar 2.1, b).

Reflektansi Fresnel adalah rasio amplitudo kompleks dari kekuatan medan dari gelombang datang dan gelombang pantul, yang didefinisikan pada antarmuka datar yang idealnya mulus. Untuk gelombang terpolarisasi vertikal dan horizontal yang datang dari ruang bebas ke semikonduktor, nilai koefisien dan dihitung dengan rumus:

di mana insiden adalah sudut datang gelombang pada antarmuka antara media; F adalah fasenya.

Dalam beberapa kasus, perlu diketahui kuat medan atau kekuatan gelombang yang melewati medium kedua. Untuk ini, konsep yang digunakan koefisien transmisi F: . Koefisien transmisi dapat dinyatakan dalam koefisien refleksi Dengan polarisasi vertikal

dengan polarisasi horizontal

2.3. Pemantulan gelombang radio dari permukaan kasar

Tutupan lahan alami jarang benar-benar rata. Pengaruh terbesar diberikan oleh ketidakteraturan dalam refleksi gelombang radio ultrashort dan terutama sentimeter dan milimeter. Oleh karena itu, dalam praktiknya penting untuk dapat menentukan karakteristik medan yang dipantulkan dari permukaan yang tidak rata. Tidak seperti permukaan halus, permukaan kasar menciptakan sinyal pantul tidak hanya ke arah sudut pantul yang sama dengan sudut datang, tetapi juga ke arah lain, termasuk arah sebaliknya. Oleh karena itu, adanya ketidakteraturan menyebabkan penurunan koefisien refleksi efektif dalam arah berkas spekular.

Faktor utama dalam pembentukan medan pantul adalah hubungan fase yang ditentukan oleh perbedaan lintasan gelombang dari sumber radiasi ke elemen permukaan. Sinyal yang tersebar mungkin memiliki, selain komponen polarisasi yang sama dengan gelombang datang, komponen polarisasi ortogonal. Perhitungan kekuatan medan gelombang hambur dilakukan dalam kasus ketidakteraturan besar dengan metode Kirchhoff, dan dalam kasus ketidakteraturan kecil - dengan metode gangguan.

Pembentukan gelombang pantul terutama dipengaruhi oleh luas permukaan yang dibatasi oleh zona Fresnel ke-1. Untuk kejadian gelombang normal di permukaan, zona Fresnel pertama adalah lingkaran dengan jari-jari (lihat (1.5)); untuk kejadian miring, itu adalah elips, sumbu utama yang diperpanjang dalam arah rambat gelombang. Dimensi semi-sumbu minor dan mayor dari elips zona Fresnel ke-1 masing-masing sama dengan:

di mana dan adalah jarak dari ujung rute ke titik refleksi geometris; - sudut datang gelombang (Gbr. 2.2, b).

Gambar 2.3. Garis jarak pandang

tanpa dan dengan pembiasan

2.4. Klasifikasi kasus perambatan gelombang radio terestrial

Saat menghitung kekuatan medan gelombang radio terestrial, atmosfer diambil sebagai media lossless dengan =1, dan koreksi yang diperlukan yang memperhitungkan pengaruh atmosfer juga diperkenalkan.

Pengaruh permukaan bumi pada kondisi perambatan gelombang radio dapat direduksi menjadi dua kasus: pertama - antena pemancar atau penerima dinaikkan tinggi (pada skala panjang gelombang) di atas permukaan bumi, yang kedua - pemancar dan penerima. antena penerima berada di dekat Bumi.

Dalam kasus pertama, tipikal untuk gelombang radio ultrapendek dan sebagian pendek, metode untuk menghitung kekuatan medan bergantung pada panjang tautan radio dibandingkan dengan jarak "garis pandang" (Gbr. 2.3), dihitung dengan rumus

di mana = 6,37 10 6 m adalah jari-jari Bumi; dan - ketinggian antena, m.

Dengan panjang tautan radio< <0,2>0,8 perhitungan kekuatan medan dilakukan dengan mempertimbangkan difraksi gelombang radio.

Dalam kasus kedua, terutama berkaitan dengan gelombang menengah dan panjang, dengan panjang tautan radio tidak lebih dari: 300-400 km (untuk , 200-20.000 m); 50-100 km (untuk , 50-200 m); 10 km (untuk , 10-50 m) permukaan bumi dianggap datar. Pada tautan radio dengan panjang yang lebih besar, perhitungan kekuatan medan dilakukan dengan mempertimbangkan difraksi.

2.5. Bidang emitor yang diangkat di atas permukaan bumi yang datar

Dalam hal ini, gelombang mencapai permukaan bumi pada jarak yang cukup jauh (pada skala panjang gelombang) dari emitor, dan bagian muka gelombang di dekat permukaan bumi dapat dianggap datar. Pada tautan radio jarak pendek< 0,2 o поле в месте приема является результатом ин­терференции полей прямой волны и волны, отраженной от плоской земной поверхности (рис.2.4), причем напряженность электри­ческого поля отраженной волны определя­ется при помощи коэффициентов отражения Френеля. Прямая волна распространяется по пути АВ, отраженная по пути АСВ, а линия АО есть направление максимального излучения передающей антенны. Результи­рующее поле определяется rumus interferensi

dimana ditentukan dari (1.1),

Sudut 1 dan 2 ditandai pada gambar. 2.4. Akar trinomial dalam rumus ini disebut faktor interferensi.

Koefisien refleksi dari permukaan bumi w.g ditentukan untuk polarisasi yang sesuai menurut rumus (2.7), (2.8). Untuk antena berarah lemah, karena fakta bahwa dalam berbagai sudut D(θ2)/D(θ1) 1, rumus interferensi disederhanakan:

Kehadiran permukaan bumi mengubah distribusi medan emitor pada bidang vertikal. Pola radiasi sistem emitor-Bumi diindentasi oleh banyak lobus, dan pola radiasi emitor itu sendiri F(θ) mewakili selubung lobus ini. Gambar 2.5 menunjukkan pola radiasi yang dihasilkan dari sistem vibrator vertikal - Bumi (a) dan vibrator horizontal - Bumi (b), ketika emitor dinaikkan ke ketinggian di atas tanah, diambil sebagai dielektrik yang ideal.

Untuk kasus perambatan gelombang radio yang praktis penting oleh sinar penggembalaan (θ cenderung 90 0), rumus (2.12) dapat disederhanakan lebih lanjut. Mempertimbangkan bahwa dalam hal ini |Gv.g| 1, Fv.g (Gbr. 2.1), kuat medan Em (V/m) tergantung pada

Beras. 2.5. Pola arah antena yang diangkat di atas permukaan bumi

jarak r (m), panjang gelombang (m), ketinggian antena (m) dan daya P (W) ditentukan oleh rumus yang diusulkan BA Vvedensky:

Jika sebuah

maka perhitungan menurut rumus di atas memberikan kesesuaian yang baik dengan hasil pengukuran.

2.6. Bidang emitor yang terletak di dekat bumi datar

permukaan

Aksi permukaan konduktor ideal pada vibrator vertikal dapat digantikan oleh aksi vibrator fiktif dengan panjang yang sama, yang terletak simetris terhadap vibrator utama relatif terhadap permukaan (Gbr. 2.6). Kemudian medan listrik di zona jauh langsung di permukaan ditentukan oleh rumus

di mana adalah panjang efektif vibrator nyata.

Pola radiasi antena semacam itu memiliki radiasi maksimum di sepanjang permukaan. Menurut kondisi batas, vektor diarahkan secara normal ke permukaan, dan, akibatnya, vektor perambatan energi diarahkan sejajar dengan permukaan. Kondisi yang mendekati yang dipertimbangkan diamati dalam praktik ketika gelombang panjang merambat di atas permukaan laut.

Ketika sumber gelombang radio adalah vibrator horizontal yang terletak di atas permukaan konduksi sempurna pada ketinggian yang jauh lebih kecil daripada panjang gelombang, arus pada bayangan cermin vibrator memiliki arah yang berlawanan dengan arus di vibrator itu sendiri. Medan yang dibuat oleh vibrator di dekat permukaan ini saling meniadakan, dan medan yang dihasilkan ternyata nol. Dengan konduktivitas permukaan bumi yang tidak ideal, kompensasi penuh tidak terjadi, namun medan vibrator horizontal jauh lebih lemah daripada medan vibrator vertikal, sehingga penggunaan vibrator vertikal sangat diminati.

Jika permukaan di dekat tempat pemancar vertikal (Gbr. 2.6, b) bukanlah konduktor yang ideal, maka sebagian energi gelombang radio yang merambat dari antena menembus jauh ke dalam permukaan bumi. Akibatnya, selain komponen P1g yang diarahkan sepanjang permukaan, ada komponen P1v yang diarahkan tegak lurus ke permukaan bumi, sebagai akibatnya vektor total P1 tidak diarahkan sejajar dengan permukaan bumi, dan, akibatnya, medan listrik vektor kekuatan 1 diarahkan ke permukaan bumi dengan sudut yang tidak sama dengan 90°, dan selain komponen vertikal kuat medan listrik, terdapat komponen horizontal E1r. Berdasarkan perkiraan

kondisi batas Leontovich - Shchukin (menetapkan hubungan antara vektor dan medan elektromagnetik dari media pertama pada permukaan media kedua yang berkonduksi dengan baik, di mana hambatan gelombang kompleks dari media kedua) dapatkan rasio antara vertikal dan komponen horizontal dari amplitudo kompleks kekuatan medan listrik di dekat permukaan bumi:

Komponen dan medan digeser dalam fase, sebagai akibatnya memiliki polarisasi elips. Kondisi batas yang ketat memberikan hubungan antara amplitudo kompleks komponen medan di udara dan di tanah:

Jalur homogen. Untuk menghitung Em1v langsung di permukaan, ketika emitor adalah vibrator yang terletak di dekat permukaan semi-konduktif, terapkan rumus yang diturunkan secara bersamaan M.V. Shuleikin dan B. Van der Pol:

Beras. 2.7. Untuk perhitungan difraksi gelombang radio - skema

perambatan gelombang di atas permukaan bola dunia

dimana ditentukan oleh (1.1); |W| adalah pengali atenuasi, yang merupakan fungsi dari parameter,

Untuk nilai > 25

|W| satu/ . (2.17)

Jalur heterogen. Kuat medan pada lintasan yang tidak homogen yang terdiri dari dua bagian yang parameter kelistrikannya sangat berbeda, misalnya, ketika bergerak dari laut ke darat, ditentukan oleh (2.15), di mana faktor redaman |W| dihitung sebagai rata-rata geometrik dari faktor atenuasi dari dua jalur homogen fiktif: Saat menghitung, parameter dan diambil, saat menghitung, parameter dan.

Refraksi pantai. Kecepatan fase gelombang radio yang merambat di dekat permukaan bumi bergantung pada
parameter listrik. Ketika gelombang radio melewati dari laut ke darat (dekat garis pantai), terjadi perubahan arah rambat gelombang, yang disebut refraksi pantai. Hal ini menimbulkan kesalahan dalam menentukan arah datangnya gelombang radio, yang sangat penting untuk pengoperasian sistem navigasi radio.

2.7. Difraksi gelombang radio di sekitar permukaan bumi yang bulat

Pembulatan rintangan yang dihadapi oleh gelombang radio di sepanjang jalur perambatannya disebut difraksi. Ketika panjang radio link dan tinggi antena sedemikian rupa sehingga area yang penting untuk perambatan gelombang radio (zona Fresnel pertama) sebagian atau seluruhnya tertutup oleh konveksitas permukaan bumi, maka bagian yang tidak tertutup dari gelombang pertama Zona fresnel atau zona angka-angka berikut, yang mewakili kombinasi sumber gelombang bola, menciptakan radiasi tidak hanya ke arah gerakan awal gelombang, tetapi juga di belakang konveksitas permukaan bumi.

Jarak yang mendekati batas garis pandang, ketika zona Fresnel 1 hanya tertutup sebagian, disebut penumbra(Gbr. 2.7). Jarak di mana zona Fresnel 1 sepenuhnya tertutup disebut daerah bayangan.

Pada daerah bayangan, perhitungan kuat medan Em (mV/m) dilakukan sesuai dengan rumus yang diajukan oleh B .TETAPI. fokom:

di mana Em sv ditentukan oleh rumus (1.1); G adalah faktor redaman, yang merupakan produk dari tiga fungsi, G = U(x)V()V (), di mana U(x) adalah fungsi jarak dari pemancar, r (m); V() V() - fungsi ketinggian antena pengirim dan penerima, atau, jika fungsi dinyatakan dalam desibel, maka G (dB) sama dengan

Grafik yang tersedia dalam literatur digunakan untuk menentukan fungsi U(x) dan V(y).

Perhitungan menurut grafik ini dilakukan terutama untuk pita VHF, di mana antena yang digunakan ditinggikan di atas permukaan bumi. Perhitungan kuat medan dalam rentang gelombang panjang, menengah dan bahkan pendek, ketika antena terletak di dekat permukaan bumi, disederhanakan, karena V() = V() = 1.

2.8. Pertanyaan untuk pemeriksaan diri

1. Tuliskan ekspresi untuk menentukan garis singgung dari sudut yang hilang, berikan penjelasan yang diperlukan.

2. Dalam rentang gelombang radio berapa kerapatan fluks perpindahan di permukaan bumi melebihi kerapatan arus konduksi?

3. Pada arus konduksi dan perpindahan berapa panjang gelombang pembatas ditentukan?

4. Sebutkan ciri-ciri parameter gelombang radio dalam medium semikonduktor.

5. Jelaskan mengapa hanya gelombang panjang dan gelombang ekstra panjang yang berlaku untuk komunikasi radio dengan kapal selam yang tenggelam?

6. Koefisien apa yang menentukan intensitas gelombang pantul dan gelombang bias? Untuk jenis polarisasi apakah koefisien ini ditentukan?

7. Jelaskan ciri-ciri pemantulan gelombang radio dari permukaan yang kasar.

8. Dalam kondisi apa permukaan yang kasar dapat dianggap halus?

9. Berikan klasifikasi kasus perambatan gelombang radio terestrial dan jelaskan.

10. Tuliskan rumus interferensi dan sebutkan syarat penerapannya.

11. Tuliskan rumus Vvedensky. Dalam kondisi apa kekuatan medan dapat dihitung menggunakan rumus ini.

12. Jelaskan ciri-ciri medan emitor yang terletak di dekat permukaan bumi datar.

13. Apa saja komponen medan vibrator vertikal yang terletak di dekat permukaan semi konduktif bumi?

14. Tuliskan dan jelaskan rumus Shuleikin-Van der Pol.

15. Tunjukkan fitur perhitungan kekuatan medan di atas jalur yang tidak homogen ketika emitor terletak di dekat permukaan bumi yang datar.

16. Dalam rentang gelombang berapa kesalahan dalam menentukan koordinat emitor, yang disebabkan oleh refraksi pantai, berpengaruh secara signifikan?

17. Bagaimana difraksi gelombang radio di sekitar permukaan bumi yang bulat diperhitungkan saat menghitung kuat medan?

3. TROPOSFER DAN PENGARUHNYA TERHADAP PROPAGASI GELOMBANG RADIO

3.1 Komposisi dan struktur troposfer

Troposfer- ini adalah lapisan atmosfer yang paling dekat dengan permukaan bumi, memanjang hingga ketinggian 8-10 km di garis lintang kutub dan hingga 16-18 km di daerah tropis. Troposfer mengandung hingga 4/5 massa gas yang membentuk atmosfer, dan hampir seluruh jumlah uap air.

Secara elektrik, troposfer adalah media yang sangat heterogen, akibatnya lintasan gelombang radio dibengkokkan di dalamnya, dan, akibatnya, arah datangnya gelombang dan kekuatan medan berubah pada jarak tertentu.

Untuk memperhitungkan pengaruh troposfer terhadap perambatan gelombang radio, perlu diketahui pola perubahan dan, yang ditentukan oleh sifat fisikokimia gas yang masuk ke troposfer. Komposisi gas relatif troposfer tetap konstan di seluruh ketinggian, hanya kandungan uap air yang berubah, yang tergantung pada kondisi meteorologis dan menurun seiring ketinggian.

troposfer normal disebut troposfer hipotetis, sifat-sifat yang mencerminkan keadaan rata-rata troposfer nyata. Troposfer normal dicirikan oleh sifat-sifat berikut: tekanan di permukaan bumi (p = 0,1013 MPa), suhu (T = 288 K) dan kelembaban relatif (S = 60%). Dengan peningkatan ketinggian untuk setiap 100 m, tekanan berkurang 1,2 kPa, suhu - 0,55 K. Ketinggian 11 km dianggap sebagai batas troposfer normal.

3.2 Konstanta dielektrik dan indeks bias troposfer

Permitivitas relatif troposfer (udara) hanya dapat dianggap sama dengan satu. Pada kenyataannya, nilainya agak lebih besar dari satu dan tergantung pada tekanan p (Pa) suhu T (K) dan kelembaban mutlak e (Pa)

Suku kedua pada (3.1) menyatakan perubahan akibat perpindahan muatan listrik dalam molekul gas non-polar yang membentuk udara di bawah pengaruh medan eksternal dan orientasi molekul uap air polar.

Indeks bias troposfer

dan terkait dengan besarnya troposfer dengan ekspresi

Di permukaan bumi, nilai n, tergantung pada kondisi iklim, adalah 1.00026-1.00046. Untuk perhitungan, lebih mudah menggunakan besaran yang disebut penurunan indeks bias troposfer, N=(n-l) 10 6 , untuk Bumi N = 260460.

Untuk troposfer normal, perubahan ketinggian di atas permukaan bumi h (m) mematuhi hukum eksponensial

di mana z = 5,78 - penyimpangan dari kesatuan di dekat permukaan bumi; - gradien vertikal pada h = 0.

Ketergantungan eksponensial pada ketinggian diamati ketika rata-rata sejumlah besar pengamatan, sementara kurva spesifik individu menyimpang sampai batas tertentu dari hukum ini. Penyimpangan sangat besar di musim panas di ketinggian hingga 2-3 km, di mana lapisan awan yang intens dan inversi suhu dan kelembaban yang sering diamati. Hampir selalu ada fluktuasi yang relatif kecil terhadap ketergantungan eksponensial yang disebabkan oleh pergerakan udara yang turbulen.

Fluktuasi ini dianggap sebagai ketidakhomogenan troposfer. Ukuran ketidakhomogenan kecil ditentukan oleh beberapa meter atau beberapa puluh meter, dan penyimpangan dari nilai rata-rata N adalah DN = l 2. Ketidakhomogenan kecil terus berubah, muncul dan menghilang. Nilai rata-rata N mengalami perubahan musiman dan harian, dan perubahan ini maksimum di dekat permukaan bumi dan turun hampir nol pada ketinggian 7-8 km. Nilai maksimum N di dekat permukaan bumi diamati pada bulan Juli, minimum - pada bulan Januari.

Variasi musiman dalam nilai N permukaan disertai dengan perubahan yang sesuai pada g. Nilai gradien g dan perubahannya sangat besar di lapisan permukaan dan berkurang dengan ketinggian. Nilai dan g bergantung pada lokasi geografis jalur dan bervariasi di sepanjang jalur itu sendiri.

Di lapisan udara permukaan, untuk menyederhanakan perhitungan, dimungkinkan untuk memperkirakan hukum perubahan eksponensial dengan ketinggian - linier

Gradien vertikal efektif dielektrik permeabilitas troposfer, mewakili gradien ketinggian yang konstan sehingga kuat medan pada titik penerima akan sama seperti pada kasus perubahan nyata pada lintasan.

Nilai rata-rata gradien diperoleh sebagai hasil pemrosesan statistik dari sejumlah besar pengukuran. Nilai mematuhi hukum distribusi normal dengan standar deviasi. Nilai rata-rata (1/m) dan standar deviasi (1/m) untuk daerah iklim yang berbeda di musim panas, ketika nilai-nilai ini maksimum, bervariasi dalam batas berikut dari hingga 11 . Ada peta dengan isoline dari nilai bulanan rata-rata dari indeks bias yang berkurang di permukaan laut.

Konstanta dielektrik troposfer dapat ditentukan dengan mengukur suhu, tekanan dan kelembaban udara menggunakan instrumen yang dipasang pada pesawat atau balon.

3.3. Pembiasan gelombang radio di troposfer

pembiasan disebut kelengkungan lintasan gelombang radio ketika merambat dalam media yang tidak homogen. Fenomena pembiasan di troposfer dijelaskan oleh perubahan konstanta dielektrik dan, karenanya, indeks bias n dengan ketinggian.

Jari-jari kelengkungan lintasan gelombang radio di troposfer (mengabaikan kelengkungan permukaan bumi) dapat ditentukan dengan rumus:

di mana adalah sudut datang gelombang pada antarmuka pembiasan;

dn/dh adalah gradien indeks bias.

Tanda minus dari gradien indeks bias berarti bahwa jari-jari kelengkungan adalah positif, dan lintasan gelombang cembung ke atas karena indeks bias menurun dengan ketinggian.

Menimbang bahwa n l, dan untuk kasus yang paling menarik dari sinar lembut sin 1, kami memiliki:

Dari (3.3) berikut bahwa jari-jari kelengkungan lintasan gelombang radio di troposfer ditentukan bukan oleh nilai absolut indeks bias, tetapi oleh laju perubahannya dengan ketinggian.

Ketika merambat di troposfer normal, yang dicirikan oleh gradien indeks bias yang konstan, lintasan gelombang radio yang merambat pada sudut kecil ke permukaan bumi berbentuk busur lingkaran dengan jari-jari R = 25.000 km.

Pembiasan yang terjadi pada troposfer normal disebut pembiasan troposfer normal.

Perhitungan pengaruh pembiasan troposfer dengan ketergantungan linier indeks N pada ketinggian disederhanakan, menggunakan jari-jari setara Earth Re. Mari kita asumsikan bahwa gelombang radio yang mengalami pembiasan tidak merambat sepanjang lintasan lengkung dalam media yang tidak homogen, seperti dalam kondisi nyata, tetapi di sepanjang lintasan bujursangkar dalam media homogen di atas beberapa permukaan imajiner, jari-jari kelengkungan Re tidak sama dengan jari-jari Bumi: Ro = 6370 km (Gbr. 3.1).

Selain itu, diasumsikan bahwa dalam kasus nyata dan ekivalen, lintasan gelombang radio lewat pada ketinggian yang sama di atas permukaan pada jarak yang sama dari emitor. Maka jari-jari ekivalen bola dunia diberikan oleh

Untuk pembiasan normal dN/dh -40 1/km dan Re = 8500 km.

Kasus-kasus utama penerapan konsep jari-jari setara Bumi adalah sebagai berikut.

Jarak garis pandang, dengan memperhitungkan pembiasan, ditentukan oleh rumus

Dalam kondisi refraksi normal

di mana jarak dalam meter; adalah tinggi antena dalam meter.

Dengan pembiasan normal, jarak garis pandang meningkat sebesar 15%.

Di bawah pengaruh berbagai kondisi meteorologi di troposfer, perubahan indeks bias dengan ketinggian dapat terjadi, yang berbeda secara signifikan dari kondisi yang menentukan terjadinya refraksi normal. Sesuai dengan ini, pembiasan bisa negatif, tidak ada atau positif (Gbr. 3.2).

Dengan pembiasan negatif, N tidak berkurang, seperti biasa, dengan tinggi, tetapi, sebaliknya, meningkat, yaitu, dN/dh>0. Pada saat yang sama R<0>

Jika N tetap konstan saat ketinggian berubah, maka tidak ada pembiasan.

Dalam prakteknya, kasus yang paling umum adalah ketika N berkurang dengan tinggi, yaitu dN/dh<0.>dikurangi(jari-jari kelengkungan lintasan gelombang radio lebih besar daripada dengan pembiasan normal), normal, ditingkatkan(jari-jari kelengkungan lintasan gelombang radio kurang dari dengan refraksi normal), kritis(jari-jari kelengkungan lintasan gelombang radio sama dengan jari-jari bola bumi) dan superrefraksi(jari-jari kelengkungan lintasan gelombang radio kurang dari jari-jari bola dunia).

Beras. 3.2. Jenis-jenis pembiasan gelombang radio di troposfer:

1 - pembiasan negatif; 2 – refraksi positif; 3 – refraksi kritis; 4 - superrefraksi

Dengan superrefraksi, gelombang radio yang dipancarkan pada sudut elevasi rendah mengalami refleksi internal total di lapisan bawah troposfer dan kembali ke permukaan bumi. Dengan refleksi berturut-turut dari permukaan bumi, gelombang radio dapat merambat melalui jarak yang cukup jauh di luar "garis pandang".

3.4. Penyerapan gelombang radio di troposfer

Gelombang radio panjang, sedang dan pendek tidak mengalami penyerapan di troposfer.

Untuk gelombang yang lebih pendek dari 10 cm, redaman energi frekuensi radio di troposfer mulai meningkat secara nyata. Hal ini disebabkan oleh penyerapan dan hamburan oleh formasi tetesan atau hidrometeor (terutama dalam hujan, kabut; hujan es, salju kurang terpengaruh), serta oleh partikel padat (debu, asap, dll.). Penyerapan disebabkan oleh kerugian termal dalam air atau partikel debu, dan kerugian hamburan disebabkan oleh redistribusi energi di ruang angkasa.

Jika gelombang merambat di troposfer, lintasan r dan jarak jatuh pada zona presipitasi, maka kuat medan di belakang zona presipitasi Em oc ditentukan dengan rumus:

di mana Em adalah kekuatan medan di ruang bebas pada jarak r dari emitor (1.1);

oc - koefisien atenuasi, dB/m.

Ketergantungan koefisien redaman oc pada panjang gelombang selama perambatan gelombang sentimeter dan milimeter dalam hujan dan kabut ditunjukkan pada (Gbr. 3.3).

Gelombang radio sentimeter tersebar oleh tetesan hujan dan kabut, yang mengarah pada munculnya sinyal radar yang dipantulkan. Sinyal yang dipantulkan dari hujan dan awan menempati area yang luas di layar stasiun radar, yang mengganggu operasi normal stasiun ini. Untuk meredam pantulan dari hujan, stasiun radar menggunakan gelombang radio dengan polarisasi melingkar.

Beras. 3.4. Ketergantungan koefisien penyerapan oksigen dan uap air pada panjang gelombang

Gelombang radio yang lebih pendek dari 3 cm juga mengalami penyerapan molekul dalam oksigen dan uap air, yang diamati bahkan di atmosfer "bersih" dan disebabkan oleh pengeluaran energi untuk mengeksitasi atom. Koefisien atenuasi dapat ditentukan dengan menggunakan grafik pada (Gbr. 3.4), dan kuat medan Em pada suatu jarak dapat dihitung dengan menggunakan rumus:

Penyerapan paling intens diamati pada gelombang 0,25; 0,5; 1,35 cm - gelombang ini tidak cocok untuk bekerja. "Jendela transparansi" atmosfer berada di dekat gelombang dengan panjang 0,4 dan 0,8 cm - gelombang ini direkomendasikan untuk operasi dalam kisaran sentimeter.

3.5. Pertanyaan untuk pemeriksaan diri

1. Menjelaskan ciri-ciri komposisi dan struktur troposfer.

2. Apa itu troposfer normal?

3. Bagaimana permitivitas troposfer berhubungan dengan kondisi meteorologi?

4. Bagaimana sifat ketidakteraturan kecil di troposfer.

5. Bagaimana menjelaskan adanya fenomena pembiasan di troposfer.

6. Bagaimana jari-jari kelengkungan lintasan gelombang bergantung pada permitivitas?

7. Mengapa konsep jari-jari setara bumi diperkenalkan?

8. Kondisi apa yang diperlukan untuk terjadinya superrefraksi gelombang radio?

9. Jenis refraksi apa yang ada? Jelaskan ciri-ciri masing-masing jenis.

10. Karena faktor apa sajakah penyerapan gelombang radio di troposfer?

11. Apa yang dimaksud dengan "jendela transparansi" atmosfer?

4. IONOSFER DAN PENGARUHNYA TERHADAP PROPAGASI GELOMBANG RADIO

4.1. Ionisasi dan rekombinasi gas di ionosfer

Ionosfer adalah wilayah atmosfer yang terletak pada ketinggian 60-10.000 km, di mana gas terionisasi sebagian atau seluruhnya, yaitu mengandung sejumlah besar elektron bebas. Kehadiran elektron bebas di lapisan atas atmosfer menentukan parameter listrik gas terionisasi - konstanta dielektrik dan konduktivitasnya.

Jumlah elektron yang terkandung dalam satu satuan volume udara disebut kerapatan elektron ().

Ketinggian elektron dan ion ionosfer tidak konstan, yang menyebabkan pembiasan dan pemantulan gelombang radio di ionosfer.

Ketidakhomogenan volumetrik dari gas terionisasi menyebabkan hamburan gelombang radio. Fenomena ini menentukan kondisi propagasi gelombang radio di ionosfer dan dalam beberapa kasus dapat digunakan, sementara di lain mereka harus diperhitungkan saat mengoperasikan tautan radio. Dalam hal ini, menjadi perlu untuk mempelajari struktur ionosfer dan perubahannya yang teratur dan acak.

Ionosfer secara keseluruhan adalah quasi-netral, yaitu jumlah muatan positif dan negatif yang ada di dalamnya sama. Komposisi gas di wilayah atmosfer ini berbeda dari komposisi gas di dekat permukaan bumi: selain molekul oksigen dan nitrogen, ada atom-atom zat ini, dan gas tidak bercampur dan tersusun dalam lapisan sesuai dengan berat molekulnya.

Suhu gas, mulai dari ketinggian h = 80 km, meningkat secara bertahap, mencapai 2000-3000 K pada h = 500 600 km. Peningkatan suhu dengan ketinggian di ionosfer dijelaskan oleh fakta bahwa udara di sini dipanaskan langsung oleh radiasi matahari.

Sumber utama ionisasi atmosfer bumi adalah gelombang elektromagnetik radiasi matahari dengan panjang lebih pendek dari 0,1 mikron - bagian bawah kisaran ultraviolet dan sinar-X lunak, serta aliran partikel bermuatan yang dipancarkan oleh Matahari. Ultraviolet dan sinar-X menghasilkan ionisasi hanya di bagian dunia yang diterangi dan lebih intens di daerah khatulistiwa. Partikel bermuatan bergerak sepanjang garis spiral ke arah garis medan magnet ke kutub magnet dunia dan menghasilkan ionisasi terutama di daerah kutub. Dipercayai bahwa efek pengion dari fluks partikel tidak lebih dari 50% dari efek pengion dari radiasi ultraviolet Matahari.

Selain Matahari, sumber radiasi pengion adalah bintang-bintang, terutama yang memiliki suhu tinggi (sekitar 20.000 ° C) dan menghasilkan radiasi ultraviolet yang intens. Tetapi karena jarak yang sangat jauh dari bintang-bintang, efek pengion dari radiasi mereka kira-kira 0,001 bagian dari efek pengion Matahari. Ionisasi juga diciptakan oleh meteor yang menyerang atmosfer bumi dengan kecepatan 11-73 km/s. Selain meningkatkan tingkat ionisasi rata-rata, meteor menciptakan ionisasi lokal: kolom gas terionisasi terbentuk di belakang meteor, yang dengan cepat mengembang dan menghilang, yang ada di atmosfer dari satu hingga beberapa detik. Jejak meteor terionisasi semacam itu terbentuk pada ketinggian 80-120 km di atas permukaan bumi.

Bersamaan dengan munculnya elektron baru di ionosfer, beberapa elektron yang ada menghilang, bergabung dengan molekul positif dan netral. Dalam hal ini, molekul netral dan ion negatif terbentuk.

Proses penyatuan kembali partikel bermuatan dan pembentukan molekul netral disebut rekombinasi.

Setelah penghentian sumber ionisasi, kerapatan elektron menurun sesuai dengan hukum hiperbolik. Oleh karena itu, dengan terbenamnya matahari, ionisasi di lapisan bawah ionosfer tidak hilang secara instan, tetapi di lapisan atas tetap ada sepanjang malam.

4.2. Struktur ionosfer

Gambaran umum distribusi kerapatan elektron sepanjang ketinggian h di atas permukaan bumi ditunjukkan pada (Gbr. 4.1). Pada ketinggian 250-400 km, terjadi ionisasi utama maksimum. Wilayah ionosfer di bawah maksimum ionisasi utama biasa disebut ionosfer dalam, dan wilayah ionosfer di atas maksimum utama - ionosfer luar. Yang paling banyak dipelajari adalah ionosfer bagian dalam. Di ionosfer bagian dalam, ada beberapa maxima konsentrasi elektron yang dinyatakan secara samar, yang secara kondisional disebut lapisan (daerah), yang biasanya dilambangkan dengan simbol D, E, F1, dan F2. Daerah ionosfer D, E, dan F1 memiliki keteguhan yang cukup tinggi, yang dimanifestasikan dalam kenyataan bahwa variasi harian kerapatan elektron dan ketinggian lokasinya hampir tidak berubah. Dengan timbulnya kegelapan, daerah D dan F1 menghilang karena rekombinasi yang cepat. Pada saat yang sama, konsentrasi elektron wilayah E tetap konstan sepanjang malam.

Di wilayah F2, konsentrasi elektron dan ketinggian lokasi maksimum berubah secara signifikan dari hari ke hari. Pada saat yang sama, ionisasi berbeda di musim panas dan musim dingin. Di musim dingin (di belahan bumi utara), konsentrasi elektron di wilayah ini meningkat. Variasi harian kerapatan elektron di wilayah F2 juga tergantung pada garis lintang geomagnetik (jarak dalam derajat busur dari ekuator magnetik bumi ke titik pengamatan).

Ionosfer juga tidak homogen dalam arah horizontal. Gradien kerapatan elektron horizontal maksimum diamati selama matahari terbenam dan matahari terbit, tetapi jauh lebih kecil daripada gradien vertikal.

Seiring dengan daerah ionosfer yang dianggap teratur, kadang-kadang pada ketinggian 95-125 km, yang disebut lapisan sporadis E (lapisan) terbentuk, di mana konsentrasi elektron beberapa kali lebih tinggi daripada konsentrasi wilayah E. Lapisan di garis lintang tengah lebih sering terbentuk pada siang hari di bulan-bulan musim panas. Di daerah kutub, lapisan ini terjadi terutama pada malam hari.

Karena radiasi matahari adalah sumber utama ionisasi atmosfer Bumi, aktivitas Matahari bergantung pada dan proses ionisasi. Terlihat bahwa aktivitas Matahari berubah dengan frekuensi 11 tahun. Kriteria aktivitas matahari adalah jumlah relatif bintik matahari, yang mencirikan luas permukaan Matahari, yang memiliki suhu tertinggi. Saat ini, metode telah dikembangkan untuk memprediksi jumlah bintik matahari selama bertahun-tahun ke depan dan lebih akurat untuk tahun-tahun mendatang. Memprediksi jumlah bintik matahari penting karena fakta bahwa kerapatan elektron ionosfer berkorelasi dengan jumlah bintik matahari rata-rata bulanan. Densitas elektron maksimum meningkat 1,4-3 kali selama transisi dari aktivitas matahari minimum ke maksimum.

Struktur lapisan teratur ionosfer terganggu dari waktu ke waktu, dan gangguan ini disebabkan oleh perubahan aktivitas Matahari, yang sering diamati terutama selama tahun-tahun aktivitas matahari maksimum. Flare yang terjadi di Matahari dari waktu ke waktu merupakan penyebab meletusnya aliran partikel bermuatan yang memasuki atmosfer bumi dan mengganggu rezim normal ionisasi ionosfer. Struktur ionosfer juga terganggu di bawah pengaruh proses yang terjadi di kerak bumi dan lapisan atmosfer yang lebih rendah, misalnya, selama letusan gunung berapi.

Beras. 4.1. Distribusi elektronik

kepadatan di atas ketinggian atmosfer

Perubahan ionisasi disertai dengan perubahan medan magnet bumi dan fenomena ini disebut ionosfer - magnetik badai. Selama badai ionosfer-magnetik, kerapatan elektron menurun di wilayah lapisan F. Pelanggaran jenis ini dapat berlangsung dari beberapa jam hingga dua hari dan terjadi terutama di wilayah kutub.

Dari waktu ke waktu, kilatan radiasi ultraviolet yang intens terjadi di Matahari, menyebabkan peningkatan ionisasi ionosfer bawah di lapisan D. Fenomena ini dapat berlangsung dari beberapa menit hingga beberapa jam dan hanya terjadi di sisi bumi yang diterangi.

Penelitian telah menunjukkan bahwa selain perubahan teratur dan tidak teratur dalam nilai rata-rata kerapatan elektron di ionosfer, ada fluktuasi kerapatan elektron yang terus-menerus. Kondensasi dan penguraian kerapatan ionisasi terus menerus terjadi di ionosfer, tidak beraturan baik dalam waktu maupun dari titik ke titik. Selain itu, di bawah pengaruh angin, seluruh struktur ionosfer yang tidak homogen bergerak. Alasan pembentukan ketidakhomogenan di ionosfer adalah pergerakan turbulen udara dan ketidakhomogenan ionisasi.

Heterogenitas adalah beberapa area dengan kerapatan elektron yang berbeda dari nilai rata-rata kerapatan elektron pada ketinggian ionosfer tertentu. Dimensi ketidakhomogenan pada ketinggian 60-80 km di lapisan D hingga beberapa puluh meter, pada ketinggian lapisan E - 200-300 m, dan pada lapisan F ukuran ketidakhomogenan mencapai beberapa kilometer , dan mereka memiliki bentuk memanjang dan memanjang sepanjang garis gaya medan magnet konstan .

Penyimpangan kerapatan elektron ketidakhomogenan dari nilai rata-rata kerapatan elektron pada ketinggian tertentu adalah (0,1 - 1)%; kecepatan gerakan kacau adalah 1-2 m/s.

4.3. Permitivitas dielektrik dan konduktivitas gas terionisasi (plasma)

Permitivitas relatif dari gas terionisasi berbeda dari satu karena fakta bahwa di bawah aksi medan listrik dari gelombang yang ditransmisikan, elektron menerima pergeseran relatif terhadap posisi kesetimbangan dan gas terpolarisasi. Selain elektron, ionosfer mengandung ion dan molekul netral yang melakukan gerakan termal acak. Bertabrakan dengan partikel berat, elektron mentransfer energi yang diterima dari gelombang elektromagnetik kepada mereka. Selama tumbukan, energi ini diubah menjadi energi gerakan termal partikel berat, yang mengarah pada penyerapan gelombang radio dalam gas terionisasi.

Permitivitas dan konduktivitas spesifik dari gas terionisasi ditentukan oleh ekspresi

di mana massa elektron (9,109 10 -31 kg); e - muatan elektron (1,60 10 -19 C); - jumlah tumbukan elektron dengan partikel berat, yang terjadi dalam 1 detik, ditentukan oleh gerakan termal partikel; Ne - kerapatan elektron, cm -3.

Untuk frekuensi tinggi, ketika 2 >> 2 , nilai 2 dapat diabaikan dibandingkan dengan 2 . Kemudian ekspresi untuk c, dengan mempertimbangkan substitusi nilai numerik e di dalamnya, dapat ditulis:

Menggunakan frekuensi gelombang elektromagnetik (kHz), akan lebih mudah untuk menulis rumus untuk e dalam bentuk berikut:

Ini adalah rumus dasar perhitungan untuk menentukan permitivitas relatif gas terionisasi. Jelas, pada kerapatan elektron yang signifikan, permitivitas gas dapat menjadi sama dengan nol.

Frekuensi di mana kondisi e = 0 terpenuhi,

ditelepon frekuensi alami gas terionisasi atau frekuensi Langmuir dan merupakan parameter gas terionisasi, yang sesuai untuk memperkirakan kondisi propagasi gelombang radio.

Ekspresi (4.3) dapat ditulis ulang secara berbeda, menggunakan konsep frekuensi alami gas terionisasi:

Pada< относительная диэлектриче­ская проницаемость e оказывается меньше нуля. Это значит, что коэффициент прелом­ления является мнимой величиной. В такой среде электромагнитные колебания не распространяются и быстро затухают.

4.4. Kecepatan rambat gelombang radio dalam keadaan terionisasi

gas (plasma)

Konstanta dielektrik gas terionisasi kurang dari satu dan tergantung pada frekuensi osilasi, oleh karena itu, kecepatan rambat gelombang radio dalam gas terionisasi tergantung pada frekuensi operasi. Lingkungan di mana kecepatan rambat gelombang radio bergantung pada frekuensi disebut membubarkan. Dalam media dispersif, fase dan kecepatan kelompok perambatan gelombang radio dibedakan. Kecepatan muka gelombang disebut kecepatan fase. Kecepatan fase untuk media yang mendekati sifat mereka ke dielektrik ditentukan oleh (2.6). Oleh karena itu, untuk gas terionisasi, tanpa memperhitungkan kerugian, menurut ekspresi (4.5)

(4.6)

Kecepatan fase gelombang dalam gas terionisasi lebih besar dari kecepatan cahaya di ruang bebas. Namun, kecepatan propagasi sinyal tidak boleh lebih besar dari kecepatan cahaya di ruang bebas. Sinyal dengan durasi terbatas, yang mengandung beberapa periode osilasi lengkap (sekelompok gelombang), merambat dengan kecepatan grup. Komponen harmonik sinyal dalam media dispersif merambat dengan kecepatan fase yang berbeda, yang menyebabkan distorsi sinyal.

Di bawah kecepatan grup memahami kecepatan propagasi amplop sinyal maksimum. Kecepatan grup terkait dengan kecepatan fase oleh hubungan untuk gas terionisasi

Ketika frekuensi operasi mendekati frekuensi alami gas terionisasi (à), kecepatan grup menurun (à0), dan kecepatan fase meningkat tajam ().

4.5. Penyerapan gelombang radio dalam gas terionisasi (plasma)

Koefisien atenuasi gelombang radio dalam gas terionisasi ditentukan oleh (2.2) dengan mengganti nilai e dari (4.1) dan g dari (4.2) ke dalamnya.

Penyerapan gelombang radio dikaitkan dengan tumbukan elektron dengan molekul dan ion dan transisi energi elektromagnetik menjadi energi panas dari pergerakan partikel berat. Dalam proses ini, rasio antara periode osilasi elektromagnetik (T=1/) dan waktu rata-rata antara dua tumbukan elektron dengan molekul atau ion adalah penting. Pada frekuensi rendah di T> energi gelombang elektromagnetik ditransfer dari elektron ke partikel berat dalam porsi kecil, pada T< соударения происходят редко в масштабе периода радиоволны. В том и другом случаях поглощение мало. При T на­ступает явление резонанса между частотой колебаний электрона под действием электромагнитного поля и тепловым движением частиц, причем поглощение существенно возрастает. Поэтому частотная зависимость коэффициента поглощения описывается кривой (рис. 4.2), имеющей максимум в области частоты, близкой к величине, т. е. наблюдается явление резонанса. В нижних слоях ионосферы 10 7 1/с и условие = / выполняется для волн длиной около 200 м. Поэтому в диапазоне коротких волн происходит уменьшение поглощения с повышением частоты, а в диапазоне волн длиннее 200 м поглощение увеличивается с повышением частоты.

Beras. 4.3. Skema refleksi gelombang radio dari ionosfer

4.6. Pembiasan dan pemantulan gelombang radio di ionosfer

Sebuah kerapatan elektron terlihat di atmosfer mulai dari ketinggian sekitar 60 km. Selanjutnya, kerapatan elektron ionosfer bervariasi dengan ketinggian di atas permukaan bumi, dan, akibatnya, sifat listrik ionosfer tidak seragam tingginya.

Ketika gelombang radio merambat dalam media yang tidak homogen, lintasannya melengkung. Pada kerapatan elektron yang cukup tinggi, kelengkungan lintasan gelombang bisa begitu kuat sehingga gelombang kembali ke permukaan bumi pada jarak tertentu dari tempat radiasi, yaitu, gelombang radio dipantulkan di ionosfer.

Pemantulan gelombang radio yang dikirim dari permukaan bumi ke ionosfer tidak terjadi pada batas gas terionisasi udara, tetapi pada ketebalan gas terionisasi. Refleksi hanya dapat terjadi di wilayah ionosfer di mana permitivitas menurun dengan ketinggian, dan, akibatnya, kerapatan elektron meningkat dengan ketinggian, yaitu, di bawah kerapatan elektron maksimum lapisan ionosfer.

Kondisi pemantulan menghubungkan sudut datang gelombang pada batas bawah ionosfer dengan permitivitas dalam ketebalan ionosfer itu sendiri pada ketinggian di mana gelombang dipantulkan (Gbr. 4.3):

Semakin besar nilai N e, semakin kecil kemungkinan sudut refleksi. Sudut di mana refleksi masih mungkin dalam kondisi tertentu disebut sudut kritis.

Dari ekspresi (4.8) dimungkinkan untuk menentukan frekuensi operasi di mana gelombang dipantulkan dari ionosfer dalam kasus kerapatan elektron dan sudut datang yang diberikan:

Jika gelombang biasanya datang di ionosfer, maka

Dengan kejadian normal gelombang, refleksi terjadi pada ketinggian di mana frekuensi operasi sama dengan frekuensi alami gas terionisasi dan, oleh karena itu, e = 0. Dalam insiden miring, gelombang radio frekuensi yang lebih tinggi dapat dipantulkan pada ketinggian ini. Disebut hukum sekan, yang terdiri dari fakta bahwa, dengan insiden miring, gelombang dipantulkan dengan frekuensi detik kali lebih tinggi daripada frekuensi gelombang yang dipantulkan ketika gelombang datang secara vertikal pada lapisan dengan kerapatan elektron tertentu:

Semakin tinggi kerapatan elektron, semakin tinggi frekuensi kondisi refleksi terpenuhi.

Frekuensi maksimum di mana gelombang dipantulkan dalam kasus kejadian vertikal pada lapisan ionosfer disebut kritis

frekuensi; refleksi terjadi di dekat maksimum ionisasi lapisan:

Bulat Bumi membatasi sudut maksimum q (Gbr. 4.3)

dan, akibatnya, frekuensi maksimum gelombang radio yang dapat dipantulkan dari ionosfer pada kerapatan elektron tertentu.

4.7. Pengaruh medan magnet konstan pada parameter listrik gas terionisasi (plasma)

Gas terionisasi dari ionosfer berada dalam medan magnet konstan, dengan kekuatan = 40 A/m.

Di hadapan medan magnet konstan, kondisi pergerakan elektron berubah, akibatnya parameter listrik gas terionisasi juga berubah.

Konstanta dielektrik gas terionisasi dalam kasus propagasi longitudinal, ketika gelombang merambat ke arah garis gaya medan magnet konstan, tanpa memperhitungkan kerugian (= 0), ditentukan oleh rumus

Gelombang terpolarisasi linier pecah menjadi dua komponen yang terpolarisasi dalam lingkaran dan merambat pada kecepatan yang berbeda, yang dicirikan oleh tanda yang berbeda pada (4.13).

Dengan perambatan gelombang radio longitudinal, bidang polarisasi berputar - vektor berputar pada bidang yang tegak lurus terhadap arah perambatan gelombang dengan sudut

(4.14)

di mana r adalah jalur yang ditempuh oleh gelombang di ionosfer.

Fenomena ini disebut efek faraday.

Di tempat yang berbeda kasus perambatan transversal, bila arah rambat gelombang tegak lurus terhadap arah garis gaya medan magnet konstan, gelombang pecah menjadi komponen biasa dan komponen luar biasa.

Untuk biasa komponen

dan propagasi terjadi dengan cara yang sama seperti tanpa adanya medan magnet konstan.

Untuk luar biasa komponen

Setelah melewati jarak tertentu di ionosfer dengan adanya medan magnet konstan, sumbu utama elips polarisasi gelombang berputar melalui sudut yang ditentukan oleh (4.14). Komponen biasa dan luar biasa tercermin pada ketinggian yang berbeda di ionosfer. Untuk mencerminkan komponen yang luar biasa, kerapatan elektron yang lebih rendah diperlukan. Frekuensi kritis dari komponen luar biasa lebih tinggi dari yang biasa:

yang digunakan dalam praktek komunikasi radio.

Penyelidikan eksperimental ionosfer dilakukan terutama dengan bantuan metode radio, yaitu dengan mempelajari kondisi untuk lewatnya dan refleksi gelombang radio di ionosfer.

4.8. Pertanyaan untuk pemeriksaan diri

1. Tentukan sumber ionisasi gas di ionosfer. Sumber mana yang utama?

2. Proses apa yang disebut rekombinasi?

3. Jelaskan ciri-ciri struktural ionosfer.

4. Tuliskan ekspresi untuk menentukan konstanta dielektrik dari gas terionisasi, jelaskan.

5. Mengapa elektron memiliki pengaruh yang jauh lebih besar pada perambatan gelombang radio daripada ion?

6. Bagaimana konduktivitas gas terionisasi berubah jika kerapatan elektron berlipat ganda?

7. Berapa frekuensi yang disebut frekuensi alami gas terionisasi?

8. Apakah proses gelombang mungkin terjadi dalam medium di mana permitivitas relatif kurang dari nol?

9. Media apa yang disebut dispersif?

10. Tunjukkan bahwa gas terionisasi adalah medium pendispersi.

11. Bagaimana bentuk grafik ketergantungan frekuensi koefisien serap gelombang radio di ionosfer?

12. Sebutkan ciri-ciri pembiasan dan pemantulan gelombang radio di ionosfer.

13. Gelombang menempuh jarak tertentu dalam gas terionisasi dalam arah garis gaya medan magnet konstan. Perubahan apa yang terjadi pada struktur medan gelombang?

14. Komponen medan listrik apa yang dapat ada dalam gas terionisasi jika arah rambat gelombang normal terhadap arah garis gaya medan magnet konstan?

5. FITUR PROPAGASI GELOMBANG RADIO DI BERBEDA BANDS

5.1 Fitur perambatan gelombang superpanjang dan panjang

Rentang gelombang ultra-panjang (VLW) termasuk gelombang dengan panjang

10.000 hingga 100.000 m (= 30 3 kHz), dan untuk gelombang panjang (LW) - gelombang dari 1000 hingga 10.000 m (= 300 30 kHz).

Arus konduksi untuk rentang LW dan DW secara signifikan mendominasi arus perpindahan untuk semua jenis permukaan bumi. Oleh karena itu, selama perambatan gelombang permukaan, hanya sedikit penetrasi energinya ke kedalaman Bumi yang terjadi. Bulat Bumi, yang berfungsi sebagai penghalang untuk perambatan gelombang radio bujursangkar, tetap sepadan dengan panjang gelombang hingga jarak 1000-2000 km, yang berkontribusi pada pembulatan bola yang baik oleh gelombang panjang karena difraksi. Kehilangan dan pembulatan permukaan bumi yang tidak signifikan memungkinkan DW dan LW merambat sebagai gelombang tanah hingga jarak hingga 3000 km. Dalam hal ini, untuk jarak 500-600 km, kuat medan listrik dapat ditentukan dengan (2.15), dan untuk jarak yang jauh, perhitungan dilakukan menurut hukum difraksi.

Mulai dari jarak 300-400 km, selain gelombang tanah, ada gelombang yang dipantulkan dari ionosfer. Dengan bertambahnya jarak, kekuatan medan listrik gelombang yang dipantulkan dari ionosfer meningkat, dan pada jarak 700-1000 km, medan bumi dan gelombang ionosfer menjadi kira-kira sama. Superposisi kedua gelombang ini memberikan pola interferensi medan.

Pada jarak lebih dari 3000 km, DW dan LWW hanya merambat melalui gelombang ionosfer. Untuk memantulkan gelombang panjang, kerapatan elektron yang rendah cukup, sehingga pada siang hari gelombang ini dapat dipantulkan pada batas bawah lapisan D, dan pada malam hari - pada batas bawah lapisan E. Konduktivitas di wilayah ini ionosfer untuk DW cukup signifikan (tetapi ribuan kali lebih kecil dari konduktivitas permukaan bumi yang kering) dan arus konduksi ternyata memiliki urutan yang sama dengan arus perpindahan. Akibatnya, wilayah ionosfer yang lebih rendah untuk DW memiliki sifat semikonduktor.

Pada DW dan khususnya pada LWW, kerapatan elektron lapisan D dan E berubah tajam sepanjang panjang gelombang. Oleh karena itu, refleksi di sini terjadi seperti pada antarmuka udara-semikonduktor, tanpa penetrasi gelombang radio ke dalam ketebalan gas terionisasi. Ini adalah alasan lemahnya penyerapan DW dan LWW di ionosfer.

Jarak dari permukaan bumi ke batas bawah ionosfer adalah 60-100 km, yaitu orde yang sama dengan panjang gelombang (LW dan LW), sehingga gelombang merambat di antara dua bola konsentris semi-konduktif yang berjarak dekat, satu di antaranya adalah Bumi, dan yang lainnya adalah ionosfer. Kondisi propagasi dalam hal ini kira-kira sama seperti pada pandu gelombang dielektrik (Gbr. 5.1).

Seperti halnya pandu gelombang apa pun, orang dapat mencatat gelombang optimal adalah gelombang yang merambat dengan redaman terkecil, dan gelombang kritis. Untuk pandu gelombang yang dibentuk oleh Bumi dan ionosfer, gelombang dengan panjang 25–35 km adalah optimal, dan gelombang dengan panjang 100 km sangat penting. Seperti hukum perambatan gelombang radio dalam pandu gelombang konvensional, dalam pandu gelombang ionosfer berbentuk bola, kecepatan fase gelombang radio melebihi kecepatan cahaya di ruang bebas. Pada frekuensi di atas 10 kHz, perbedaan antara kecepatan fase dan kecepatan cahaya adalah kecil, kira-kira () - 1 = (15) 10 -3 . Namun, kecepatan fase berubah dengan jarak dari pemancar. Selain itu, itu tergantung pada kerapatan elektron dan jumlah tumbukan elektron dengan molekul di wilayah ionosfer tempat gelombang radio dipantulkan. Hal ini menyebabkan ketidakstabilan fase gelombang, terutama pada pagi dan sore hari, ketika ketinggian pantulan gelombang panjang berubah, yang harus diperhitungkan saat mengoperasikan sistem navigasi radio gelombang panjang. Perhitungan kuat medan listrik Em (mV/m) untuk DW dan LW dilakukan sesuai dengan rumus empiris Austin:

di mana r adalah jarak di sepanjang lingkaran besar Bumi, km; q adalah sudut pusat yang sesuai dengan jarak ini; P - daya pemancar, kW; l - panjang gelombang, km.

Beras. 5.1. Distribusi DV dan ADD di

pandu gelombang Bumi - ionosfer

Beras. 5.2. Fading dekat dan jauh pada gelombang sedang:

1 - gelombang tanah; 2 – gelombang yang dipantulkan dari ionosfer satu kali; 3 - gelombang yang dipantulkan dari ionosfer dua kali

Rumus Austin berlaku untuk jarak hingga 16.000-18.000 km di atas laut dan darat, dan dalam kasus terakhir, mulai dari jarak 2000-3000 km.

Gelombang panjang dan terutama gelombang ultra panjang sedikit diserap ketika melewati ke darat atau laut. Dengan demikian, gelombang dengan panjang 20-30 km dapat menembus beberapa puluh meter ke dalam laut (lihat Tabel 2.1) dan, oleh karena itu, dapat digunakan untuk komunikasi dengan kapal selam yang tenggelam, serta untuk komunikasi radio bawah tanah.

Keuntungan utama DW adalah stabilitas yang lebih besar dari kekuatan medan listrik: kekuatan sinyal berubah sedikit di siang hari dan sepanjang tahun dan tidak tunduk pada perubahan acak. Kuat medan listrik yang diperlukan untuk penerimaan dapat dicapai pada jarak lebih dari 20.000 km, tetapi ini membutuhkan pemancar yang kuat dan antena yang besar.

Kerugian dari rentang LW dan VLF adalah ketidakmungkinan menggunakannya untuk mengirimkan suara percakapan atau musik berkualitas tinggi, dan terlebih lagi gambar, karena ini memerlukan pita frekuensi yang lebar. Saat ini, LW dan LWW terutama digunakan untuk komunikasi telegraf jarak jauh, serta untuk navigasi dan pengamatan badai petir.

Di pita LW dan LWB, kebisingan atmosfer adalah yang paling intens, yang sumbernya adalah badai petir. Selama pelepasan petir, terjadi pulsa arus kuat yang bersifat aperiodik atau osilasi teredam dan memiliki durasi.

0,1 3 ms. Impuls semacam itu menciptakan spektrum frekuensi kontinu dengan maksimum di wilayah 3-8 kHz, yang jatuh di wilayah frekuensi tinggi menurut hukum 1/ . Dalam hal interferensi disebabkan oleh badai petir yang terjadi di dekat titik penerima (badai petir lokal), kekuatan medan interferensi menurun berbanding terbalik dengan frekuensi. Namun, sumber gangguan utama adalah badai petir yang terjadi sepanjang tahun di wilayah khatulistiwa dunia - pusat aktivitas badai petir. Ketergantungan frekuensi intensitas interferensi yang ditimbulkan oleh pusat aktivitas badai petir berbeda dengan badai petir lokal, karena juga ditentukan oleh kondisi perambatan gelombang radio dari tempat interferensi ke titik penerimaan.

Gelombang radio dengan berbagai panjang yang terjadi selama pelepasan petir merambat mirip dengan gelombang dari rentang masing-masing. Deskripsi kuantitatif perubahan temporal dan geografis pada tingkat kebisingan atmosfer dibuat dengan metode statistik berdasarkan hasil pemrosesan data pengukuran jangka panjang. Untuk setiap musim dalam setahun dan untuk interval waktu enam jam dalam sehari, peta disusun dengan isoline dari nilai median kekuatan medan kebisingan atmosfer pada frekuensi 1 MHz. Data juga dikompilasi pada distribusi statistik nilai sesaat kekuatan medan interferensi atmosfer, dari mana kemungkinan terjadinya emisi interferensi besar ditentukan.

5.2. Fitur perambatan gelombang menengah

Rentang gelombang menengah (MW) termasuk gelombang radio l = 100 1000 m (= 0,34 3 MHz). Jangkauan CB digunakan untuk siaran radio, navigasi radio, telegrafi radio dan komunikasi radiotelepon; SW dapat disebarkan oleh gelombang tanah dan ionosfer.

Kekuatan medan listrik gelombang bumi ditentukan untuk jarak kecil menurut (2.15), dan untuk jarak jauh - menurut hukum difraksi. SW mengalami penyerapan yang signifikan di permukaan semikonduktor bumi, sehingga jangkauan rambat gelombang tanah dibatasi pada jarak 1000 km. Juga harus diperhitungkan bahwa ketidakrataan permukaan bumi mengurangi konduktivitas efektif tanah. Kira-kira untuk medan datar = (0,5 0,7) , untuk perbukitan = (0,15 0,2), untuk daerah permafrost.

SWs menyebar jarak jauh hanya pada malam hari dengan refleksi dari lapisan E ionosfer, kerapatan elektron yang cukup untuk ini. Pada siang hari, lapisan D terletak di jalur propagasi SW, yang sangat kuat menyerap energi gelombang ini. Oleh karena itu, pada daya pemancar yang umum digunakan, kuat medan listrik pada jarak yang jauh tidak cukup untuk penerimaan, dan pada siang hari perambatan SW praktis hanya terjadi oleh gelombang tanah.

Penyerapan dalam rentang SW meningkat dengan pemendekan panjang gelombang dan kekuatan medan listrik gelombang ionosfer lebih besar pada panjang gelombang yang lebih panjang. Penyerapan meningkat selama bulan-bulan musim panas dan menurun selama bulan-bulan musim dingin. Gangguan ionosfer tidak mempengaruhi propagasi SW, karena lapisan E sedikit terganggu selama badai magnet ionosfer.

Fading pada gelombang sedang diamati hanya pada malam hari, ketika pada jarak tertentu dari pemancar ada kemungkinan gelombang spasial dan permukaan dapat tiba di titik B (Gbr. 5.2), dan panjang jalur gelombang spasial berubah dengan perubahan kerapatan elektron ionosfer. Perubahan beda fase gelombang ini menyebabkan fluktuasi kuat medan listrik terhadap waktu, yang disebut hampir memudar. Pada jarak yang cukup jauh dari pemancar (titik C), gelombang dapat tiba dengan satu atau dua pantulan dari ionosfer. Perubahan beda fasa dari kedua gelombang ini juga menghasilkan osilasi dalam kekuatan medan, yang disebut jauh memudar. Tingkat fading rendah (periode fading adalah 1 - 2 menit).

Untuk memerangi pemudaran di ujung transmisi tautan radio, digunakan antena dengan pola radiasi yang ditekan ke permukaan bumi. Dengan pola radiasi seperti itu, zona dekat memudar bergerak menjauh dari pemancar, dan pada jarak yang jauh medan gelombang yang datang oleh dua refleksi melemah.

Kuat medan gelombang ionosfer pada jarak >300 km ditentukan dari grafik yang diperoleh sebagai hasil pemrosesan sejumlah besar pengamatan.

5.3. Fitur perambatan gelombang pendek

Jangkauan short poly (KB) meliputi gelombang dengan panjang 10 sampai 100 m (= 30 3 MHz). Gelombang dalam rentang KB dirambatkan oleh gelombang tanah hingga jarak tidak lebih dari 100 km karena penyerapan yang kuat di permukaan bumi dan kondisi difraksi yang buruk. Perhitungan kuat medan gelombang bumi harus dilakukan sesuai dengan (2.15).

Gelombang ionosfer KB merambat lebih dari ribuan kilometer. Dalam hal ini, antena pengarah dan pemancar dengan daya yang tidak terlalu tinggi dapat digunakan. Oleh karena itu, KB terutama digunakan untuk komunikasi dan penyiaran jarak jauh.

Perambatan HF oleh gelombang ionosfer terjadi dengan refleksi berturut-turut dari lapisan F (kadang-kadang lapisan E) dari ionosfer dan permukaan bumi. Dalam hal ini, gelombang melewati bagian bawah ionosfer - lapisan E dan D, di mana mereka mengalami penyerapan (Gbr. 5.3, a). Untuk komunikasi radio yang akan dilakukan pada HF, dua kondisi harus dipenuhi: gelombang harus dipantulkan dari ionosfer dan kekuatan medan elektromagnetik di tempat tertentu harus cukup untuk penerimaan, yaitu penyerapan gelombang di lapisan ionosfer tidak boleh terlalu besar. Kedua kondisi ini membatasi rentang frekuensi operasi yang dapat digunakan.

Untuk memantulkan gelombang, frekuensi operasi harus tidak terlalu tinggi, dan kerapatan elektron lapisan ionosfer cukup untuk memantulkan gelombang ini sesuai dengan (4.9). Dari kondisi ini, frekuensi maksimum yang berlaku (MUF) dipilih, yang merupakan batas atas rentang operasi.

Kondisi kedua membatasi jangkauan operasi dari bawah: semakin rendah frekuensi operasi (dalam jangkauan gelombang pendek), semakin kuat penyerapan gelombang di ionosfer (lihat Gambar 4.2). Frekuensi penggunaan terendah (LPF) ditentukan dari kondisi bahwa, untuk daya pemancar tertentu, kekuatan medan elektromagnetik harus cukup untuk penerimaan.

Kepadatan elektron ionosfer bervariasi pada siang hari dan sepanjang tahun. Ini berarti bahwa batas-batas rentang operasi juga berubah, yang mengarah pada kebutuhan untuk mengubah panjang gelombang operasi pada siang hari: pada siang hari mereka bekerja pada gelombang 10-25 m, dan pada malam hari pada gelombang 35-100 m. Kebutuhan akan pilihan panjang gelombang yang tepat untuk sesi komunikasi pada waktu yang berbeda memperumit desain stasiun dan pekerjaan operator.

Zona sunyi KB disebut area annular yang ada pada jarak tertentu dari stasiun pemancar, di mana tidak mungkin untuk menerima gelombang radio. Munculnya zona hening dijelaskan oleh fakta bahwa gelombang tanah melemahkan dan tidak mencapai area ini (titik B pada Gambar 5.3, a), dan untuk gelombang ionosfer yang datang pada sudut kecil di ionosfer, kondisi refleksi ( 4.9) tidak terpenuhi. Batas zona hening (BC) meluas dengan pemendekan panjang gelombang dan penurunan kerapatan elektron.

Beras. 5.4. Hamburan tanah jauh dari gelombang pendek

Fading di pita HF lebih dalam daripada di pita MW. Penyebab utama fading adalah interferensi berkas yang merambat oleh satu atau dua pantulan dari ionosfer (Gbr. 5.3, a). Selain itu, fading disebabkan oleh hamburan gelombang radio pada ketidakhomogenan ionosfer dan interferensi gelombang hamburan (Gbr. 5.3, b), serta interferensi komponen biasa dan luar biasa dari gelombang yang terbelah secara magnetis. (Gbr. 5.3, c). Pemrosesan pengukuran dalam interval waktu yang singkat (hingga 5 menit) menunjukkan bahwa fungsi distribusi amplitudo mendekati distribusi Rayleigh. Selama interval waktu pengamatan yang besar, distribusinya mendekati log-normal. Untuk mengatasi fading, digunakan penerimaan diversitas antena.

Sinyal yang diterima pada keragaman antena ditambahkan setelah deteksi. Keragaman polarisasi efektif - penerimaan pada dua antena yang memiliki polarisasi yang saling tegak lurus. Antena penerima dengan pola radiasi sempit, yang berorientasi untuk menerima hanya satu sinar, juga digunakan.

Di bawah kondisi propagasi yang menguntungkan, CV dapat berkeliling dunia sekali atau beberapa kali. Kemudian, selain sinyal utama, sinyal kedua dapat diterima, yang tertunda sekitar 0,1 detik dan disebut gema radio. Gema radio memiliki efek mengganggu pada garis meridional. Gelombang pendek selama perambatan mengalami hamburan tanah (Gbr. 5.4). Tidak semua energi gelombang datang pada permukaan bumi yang tidak rata (balok 1) dipantulkan secara spekular, sebagian dihamburkan ke berbagai arah (balok 2, 3, 4, 5). Dalam hal ini, sebagian energi, yang dipantulkan dari ionosfer, kembali ke tempat radiasi gelombang radio (balok 5). Gelombang hamburan balik dapat diterima pada titik emisi, yang menunjukkan kemungkinan gelombang radio dari frekuensi tertentu melewati jalur tersebut. Fenomena ini disebut efek Kabanov, digunakan untuk mengoreksi frekuensi operasi: sebelum memulai transmisi, sinyal dengan modulasi pulsa dikirim pada frekuensi operasi yang dipilih. Dengan waktu tunda dan distorsi pulsa back-scattered, pilihan yang benar dari frekuensi operasi dinilai.

Perhitungan KB jalur komunikasi dibagi menjadi dua tahap: penentuan variasi harian frekuensi maksimum yang dapat digunakan (MUF) dan frekuensi operasi optimal (ORF); penentuan kuat medan listrik di tempat penerimaan atau penentuan variasi harian frekuensi penggunaan terendah (LLF).

5.4. Fitur propagasi gelombang ultrashort di ruang permukaan

Properti Umum. Kisaran gelombang ultrashort (VHF) termasuk gelombang radio dengan panjang 10 m sampai 1 mm (= 30 MHz Z 10 5 MHz). Dalam batas frekuensi yang lebih rendah, rentang VHF berdekatan dengan HF. Batas ini ditentukan oleh fakta bahwa pada VHF, sebagai suatu peraturan, kondisi pantulan gelombang radio dari ionosfer (4.8) tidak dapat dipenuhi. Pada batas frekuensi atas, VHF berbatasan dengan gelombang inframerah panjang. Rentang VHF dibagi menjadi sub-rentang meter, desimeter, sentimeter, gelombang milimeter, yang masing-masing memiliki karakteristik propagasinya sendiri, tetapi ketentuan utamanya adalah karakteristik dari seluruh rentang VHF. Kondisi propagasi tergantung pada panjang jalur komunikasi dan spesifikasi rute.

Karena panjangnya yang pendek, VHF berdifraksi buruk di sekitar permukaan bola Bumi dan ketidakteraturan besar di permukaan bumi atau hambatan lainnya. Antena cenderung ditempatkan pada ketinggian yang cukup tinggi di atas permukaan bumi, karena, pertama, jarak line-of-sight meningkat (lihat (2.11), (3.5)) dan, kedua, efek perisai dari objek lokal yang terletak di dekat antena menurun. Dalam hal ini, sebagai aturan, kondisi terpenuhi di mana ketinggian antena jauh lebih besar daripada panjang gelombang dan perhitungan kekuatan medan dapat dilakukan dengan menggunakan rumus interferensi (2.12), (2.13). Jika kondisi ini tidak terpenuhi (stasiun portabel atau stasiun mobil yang beroperasi pada gelombang meter), perhitungan dilakukan menurut (2.15).

Dalam rentang VHF, permukaan bumi dapat dianggap sebagai dielektrik yang ideal, dan sifat konduktif permukaan bumi harus diperhitungkan hanya ketika gelombang meter merambat di atas permukaan laut. Oleh karena itu, perubahan sifat konduktif tanah (perubahan kadar airnya) praktis tidak berpengaruh pada perambatan gelombang ultrashort. Tetapi menurut (2.9), bahkan ketidakteraturan kecil di permukaan bumi secara signifikan mengubah kondisi refleksi VHF dari permukaan bumi.

Distribusi VHF dalam garis pandang. Refleksi dari permukaan bumi. Pada jarak yang jauh lebih kecil dari batas garis pandang (3,5), orang dapat mengabaikan pengaruh kebulatan bumi dan pengaruh pembiasan gelombang radio di troposfer. Fitur karakteristik propagasi VHF dalam hal ini adalah stabilitas dan invarians tingkat sinyal yang besar dari waktu ke waktu dengan pemancar dan penerima stasioner. Perhitungan kekuatan medan dapat dilakukan sesuai dengan rumus Vvedensky (2.14), jika kondisi penerapan rumus ini terpenuhi.

Pada tautan radio Bumi - pesawat terbang atau selama pengamatan radar pesawat, sinyal berfluktuasi karena perubahan sudut pengamatan saat pesawat bergerak dan ketidakteraturan pola radiasi emitor - sistem Bumi (lihat Gambar 2.8).

Pada jarak dalam 0.2< <0,8>

refleksi radar. Refleksi VHF dari permukaan bumi yang tidak rata sangat penting dalam teknologi radar. Pada dasarnya, mereka tersebar di alam, dan sebagian energi yang dipantulkan diarahkan ke sumbernya. Pantulan semacam itu paling sering disebut sebagai sinyal interferensi yang menyulitkan untuk mengenali target radar yang berguna. Namun, refleksi ground-to-source digunakan dalam pengamatan udara dari permukaan bumi, seperti altimetri.

Nilai acak dari amplitudo sinyal yang dipancarkan oleh radar yang bergerak (misalnya, dari pesawat terbang) dan dipantulkan oleh permukaan bumi mematuhi hukum Rayleigh. Hanya ketika dipantulkan dari air yang tenang dan dari daerah datar gurun terdapat komponen konstan dan hukum distribusi amplitudo sesuai dengan hukum Rayleigh umum. Fungsi korelasi sinyal dijelaskan oleh hukum eksponensial, dan skala korelasi bergantung pada ketinggian ketidakteraturan dan kecepatan sumber.

Propagasi VHF di medan kasar dan di kota-kota. Biasanya terdapat ketidakteraturan besar atau kecil di sepanjang jalur komunikasi VHF yang mempengaruhi perambatan gelombang radio. Dalam kasus umum, efek ini tidak dapat diperhitungkan. Untuk menghitung kuat medan listrik dalam setiap kasus tertentu, perlu untuk membangun profil jalur dan, tergantung pada sifat profil ini, melakukan perhitungan dengan satu atau lain metode. Mari kita pertimbangkan beberapa contoh profil jejak.

Lintasan melewati bukit-bukit kecil yang lembut. Dalam (Gbr. 5.5, a), profil jalur ditampilkan, di mana antena pemancar terletak di lereng bukit yang landai. Dalam hal ini, sinar langsung AB dan tiga sinar pantul, i, dapat datang ke antena penerima. Saat menghitung kuat medan listrik, kita harus memperhitungkan perbedaan fase sinar-sinar ini, karena perbedaan jalur dan kondisi pantulan yang berbeda pada titik-titik, u. Sebagai hasil dari mempertimbangkan gambar seperti itu, seseorang dapat memperoleh ekspresi untuk menghitung kekuatan medan, mirip dengan rumus interferensi, tetapi lebih kompleks. Gambar 5.5b menunjukkan profil dengan bukit di tengah jalan. Dalam kasus yang paling sederhana, hanya satu sinar datang ke titik B dan dipantulkan di titik C. Untuk menghitung jalur seperti itu, akan lebih mudah untuk memperkenalkan konsep ketinggian antena berkurang h 1pr dan H 2pr dan mengurangi masalah menjadi kasus terkenal dari perambatan gelombang radio di atas bidang fiktif yang bersinggungan dengan permukaan bumi pada titik refleksi.

Beras. 5.6. Propagasi VHF pada jalur dengan hambatan, jalur terbuka dan tertutup ( sebuah); ketergantungan pengganda

pelemahan V dari parameter z(b)

Beras. 5.7. Skema rute dengan "penguatan rintangan"

Jalur yang melewati bukit tinggi atau pegunungan. Untuk penentuan perkiraan kekuatan medan pada jalur dengan bukit atau pegunungan yang tinggi, seseorang dapat menggunakan teori difraksi gelombang elektromagnetik pada layar berbentuk baji buram. Jika halangan tidak menghalangi garis pandang antara antena, maka jalur tersebut disebut membuka; ketika rintangan naik di atas garis pandang, jalannya disebut tertutup(Gbr. 5.6, a).

Jika penghalang setidaknya sebagian tumpang tindih dengan zona Fresnel pertama (1,5), intensitas medan elektromagnetik di jalur berubah. Saat menggunakan antena yang sangat terarah, gelombang yang diradiasikan tidak jatuh pada bidang datar di permukaan bumi dan kekuatan medan di belakang penghalang ditentukan oleh rumus Em = Em c in V, di mana E m c in ditemukan menurut (1.1).

Faktor atenuasi V tergantung pada panjang gelombang dan "jarak" d, yang dianggap positif untuk jalur tertutup dan negatif untuk jalur terbuka. Gambar 5.6b menunjukkan ketergantungan faktor atenuasi V pada parameter z:

Sebuah fenomena yang disebut penguatan oleh rintangan. Fenomena ini terdiri dari fakta bahwa intensitas medan elektromagnetik gelombang radio pada jarak tertentu di luar rintangan lebih besar daripada pada jarak yang sama dari pemancar di jalur tanpa rintangan. Salah satu cara untuk menjelaskan amplifikasi oleh hambatan adalah bahwa puncak gunung berfungsi sebagai repeater pasif alami (Gambar 5.7). Medan yang menggairahkan puncak gunung terdiri dari dua gelombang - AC langsung dan ADC yang dipantulkan. Gelombang difraksi di puncak gunung yang tajam, seperti pada rintangan berbentuk baji, dan merambat ke daerah di belakang gunung. Dalam hal ini, dua balok NEB dan CB akan datang ke lokasi antena penerima B. Akibatnya, pada bagian-bagian dari pemancar rute - gunung dan gunung - penerima, propagasi berada dalam garis pandang. Dengan tidak adanya hambatan pada jarak 100-150 km, jauh melebihi batas garis pandang, hanya medan yang sangat lemah, karena difraksi pada permukaan bola Bumi dan pembiasan, yang mencapai lokasi penerima. Perhitungan dan eksperimen menunjukkan bahwa hambatan seperti itu - repeater dapat memberikan peningkatan kekuatan medan listrik sebesar 60-80 dB.

Penggunaan fenomena penguatan hambatan secara ekonomis menguntungkan, menghilangkan kebutuhan untuk memasang stasiun relai gunung tinggi.

Pada beberapa saluran radio-relay yang lewat di medan datar, penghalang penguat buatan dibangun dalam bentuk kisi-kisi atau sistem kabel, yang memberikan penguatan daya dan memungkinkan untuk mengurangi ketinggian tiang antena.

Distribusi VHF dalam kota besar. Sebuah kota besar dapat dilihat sebagai daerah yang sangat kasar. Banyak percobaan telah menunjukkan bahwa, rata-rata, kekuatan medan gelombang meter dan desimeter di kota kurang dari di daerah terbuka, sekitar 3-5 kali. Oleh karena itu, perkiraan kasar tingkat rata-rata kekuatan medan pada gelombang ini dapat dibuat menurut (2.14), dengan memasukkan faktor 0,2-0,4 ke dalamnya. Dalam rentang panjang gelombang sentimeter, redamannya bahkan lebih kuat.

Jika ada garis pandang langsung antara antena pengirim dan antena penerima, maka perhitungan dapat dilakukan sesuai dengan (2.14), dan ketinggian antena harus dihitung dari rata-rata ketinggian atap.

Di dalam ruangan, struktur lapangan bahkan lebih kompleks dan hampir mustahil untuk dihitung. Pengukuran kekuatan medan di dalam bangunan menunjukkan bahwa di kamar-kamar di lantai atas kekuatan medan adalah 10-40% dari kekuatan medan di atas atap, dan di lantai pertama - 3-7% dari nilai ini.

Propagasi VHF jarak jauh di bawah kondisi superrefraksi. Pada jarak yang melebihi jarak garis pandang, kekuatan medan gelombang radio menurun tajam. Pada jarak ini, propagasi terjadi karena difraksi gelombang radio di sekitar permukaan bola bumi, pembiasan gelombang radio di troposfer, dan hamburannya pada ketidakhomogenan di troposfer.

Peningkatan tajam dalam jangkauan propagasi VHF terjadi ketika daerah superrefraksi menempati jarak yang cukup jauh di atas permukaan bumi. Dalam hal ini, gelombang radio merambat melalui pergantian dua fenomena yang berurutan: pembiasan di atmosfer dan pemantulan dari permukaan bumi. Jenis perambatan gelombang ini disebut pandu gelombang atmosfer. Tetapi pada saat yang sama, hanya sebagian dari energi gelombang, yang digunakan untuk penerimaan, yang dipantulkan dari atmosfer, dan sisanya, yang dibiaskan, keluar melalui dinding atas pandu gelombang (Gbr. 5.8). Untuk pandu gelombang atmosfer dengan ketinggian tertentu, dengan analogi dengan pandu gelombang logam, ada panjang gelombang kritis tertentu. Gelombang lebih lama dari kritis meluruh dengan cepat dan tidak merambat. Panjang gelombang kritis l cr (m), terkait dengan ketinggian pandu gelombang h dalam (m), rasio

Ketinggian pandu gelombang atmosfer h dalam mencapai beberapa puluh meter, oleh karena itu, perambatan pandu gelombang hanya dimungkinkan untuk gelombang sentimeter dan desimeter.

Dalam kondisi saluran pandu gelombang, hanya sinar paling lembut yang dipantulkan dari dinding saluran, sedangkan sinar yang lebih curam menembus dinding. Jika pemancar dan penerima berada dalam pandu gelombang, maka penerimaan VHF dimungkinkan untuk jarak jauh. Jika tidak, jangkauan penerimaan bahkan dapat dikurangi dibandingkan dengan kondisi refraksi normal.

Waveguide atmosfer muncul tidak teratur, dan oleh karena itu tidak mungkin untuk memastikan komunikasi radio yang stabil jarak jauh menggunakan propagasi waveguide VHF. Namun fenomena ini dapat menyebabkan terciptanya interferensi timbal balik oleh stasiun-stasiun yang beroperasi dalam rentang gelombang sentimeter dan bahkan terpisah dalam jarak yang jauh. Selain itu, munculnya pandu gelombang atmosfer dapat mengganggu pengoperasian stasiun radar untuk mendeteksi pesawat. Misalnya, pesawat terbang yang terbang di atas pandu gelombang atmosfer mungkin tidak terdeteksi karena gelombang radio memantul dari dinding pandu gelombang.

Hamburan VHF pada ketidakhomogenan troposfer.Ketidakhomogenan troposfer adalah daerah di mana permitivitas berbeda dari nilai rata-rata untuk troposfer sekitarnya. Di bawah aksi medan gelombang yang ditransmisikan, arus polarisasi diinduksi di setiap ketidakhomogenan troposfer dan momen listrik dibuat. Akibatnya, ketidakhomogenan bertindak sebagai penghasil emisi sekunder. Radiasi sekunder dari sekumpulan inhomogenitas dapat dicirikan oleh pola radiasi tertentu dengan maksimum radiasi dalam arah gerak gelombang awal.

Beras. 5.9. Diagram tautan radio menggunakan hamburan troposfer

Medan yang tercipta di dekat permukaan bumi adalah hasil interferensi medan yang diradiasikan kembali oleh sejumlah besar ketidakhomogenan. Karena perubahan struktur dan lokasi ketidakhomogenan, medan berfluktuasi terus menerus dan merupakan fungsi waktu yang acak. Sifat distribusi nilai sesaat dari level sinyal tergantung pada level sinyal rata-rata. Semakin rendah levelnya, semakin dekat hukum distribusi dengan hukum Rayleigh. Pada level sinyal tinggi, nilai seketika dari amplitudonya didistribusikan sesuai dengan hukum Rayleigh umum, yang menunjukkan keberadaan di situs penerima, selain komponen sinyal yang berubah dengan cepat, dari komponen reguler yang bervariasi secara perlahan yang diperoleh dengan refleksi dari ketidakhomogenan lapisan troposfer.

Pengoperasian jalur komunikasi dengan menggunakan hamburan gelombang radio oleh ketidakteraturan di troposfer dapat dijelaskan sebagai berikut. Sebagai hasil dari perpotongan dalam ruang pola radiasi antena pemancar dan penerima, yang dibatasi oleh garis lurus AD-AC 1 dan BD-BC (Gbr. 5.9), volume atmosfer CDС 1 D 1 terbentuk, yang disebut volume hamburan. Dia terlibat dalam transmisi gelombang radio dari titik A ke titik B. Untuk meningkatkan kuat medan listrik di titik penerima, mereka cenderung mengurangi sudut antara arah gerakan awal gelombang dan arah ke titik penerima. (sudut q pada Gambar 5.9).

Ciri khas dari jalur komunikasi yang dipertimbangkan adalah pita sempitnya. Bandwidth maksimum yang dapat ditransmisikan tanpa distorsi ditentukan oleh waktu tunda berkas AC1 relatif terhadap berkas AC1B, yaitu lebar pola antena. Praktis dengan distorsi yang dapat diterima, dimungkinkan untuk mentransmisikan pita frekuensi 1-2 MHz.

Perhitungan daya pada input antena penerima pada jalur komunikasi menggunakan troposcatter, yang dikembangkan oleh para ilmuwan Soviet di bawah bimbingan B. A. Vvedensky dan M. A. Kolosov.

Untuk mengatasi fading, penerimaan dilakukan pada antena dengan jarak (dua atau empat). Sinyal yang diterima pada antena ini ditambahkan setelah deteksi.

Keragaman frekuensi juga digunakan, ketika informasi yang sama ditransmisikan secara bersamaan pada frekuensi 1 dan frekuensi 2 = 1 + D , dan D / = (2 5) 10 -3 . Fading pada kedua frekuensi ini tidak berkorelasi. Entah yang terkuat dari dua sinyal diterima, atau sinyal ditambahkan setelah deteksi.

Hamburan dan refleksi gelombang meter di ionosfer. Lapisan terionisasi dicirikan oleh ketidakhomogenan yang tinggi. Kehadiran ketidakhomogenan volumetrik lokal di ionosfer menyebabkan hamburan VHF, yang terjadi serupa dengan hamburan pada ketidakhomogenan troposfer.

Hamburan gelombang radio terjadi pada ketinggian 70-90 km, yang membatasi panjang maksimum tautan radio hingga jarak 2000-2300 km. Bagian utama dari energi insiden gelombang di ionosfer dihamburkan ke arah gerakan awal gelombang. Semakin besar sudut antara arah antena penerima dan arah gerakan gelombang awal, semakin rendah tingkat daya sinyal yang tersebar. Oleh karena itu, penerimaan hanya dimungkinkan pada jarak lebih dari 800-1000 km. Kekuatan medan dari sinyal yang tersebar berkurang dengan meningkatnya frekuensi operasi, dan gelombang dengan frekuensi 30-60 MHz dapat digunakan untuk komunikasi. Sinyal dengan jenis komunikasi radio ini pada gelombang meter dapat mengalami fading yang cepat dan dalam.

Penerimaan dua antena digunakan untuk memerangi pemudaran.

Keuntungan besar komunikasi radio dengan hamburan ionosfer gelombang meter dibandingkan dengan jalur komunikasi pada HF adalah kemungkinan operasi sepanjang waktu pada satu frekuensi operasi dan tidak adanya gangguan komunikasi. Jalur ini mencapai keandalan yang lebih besar dari komunikasi telegraf radio di wilayah subkutub. Namun, komunikasi pada gelombang meter memerlukan penggunaan pemancar dengan daya sekitar 10 kW dan antena dengan penguatan 20-30 dB.

5.5. Fitur perambatan gelombang ultrashort di luar angkasa

Jenis utama tautan radio luar angkasa. Tautan radio luar angkasa menyelesaikan tugas utama berikut:

komunikasi radio terestrial dan transmisi ulang program siaran dan televisi melalui repeater yang terletak di satelit buatan Bumi;

komunikasi radio pesawat ruang angkasa berawak dengan Bumi dan di antara mereka sendiri;

pemantauan radio penerbangan dan kontrol penerbangan pesawat ruang angkasa;

transmisi informasi radiotelemetris dari pesawat ruang angkasa (hasil pengukuran mode operasi peralatan, parameter penerbangan, data pengamatan ilmiah);

eksplorasi ruang angkasa, pengumpulan data meteorologi dan geodesi.

Komunikasi radio ruang angkasa juga mencakup perambatan gelombang radio di sepanjang jalur Bumi-planet, antara dua planet, antara dua koresponden yang terletak di planet tersebut.

Satelit Artificial Earth (AES) memiliki lintasan dengan tiga bagian karakteristik. Pada awalnya, bagian awal lintasan

satelit dengan kendaraan peluncuran, dengan mesin menyala, bergerak di lapisan atmosfer yang relatif padat. Di sinilah tahapan roket bekas dipisahkan. Di bagian kedua lintasan, kecepatan satelit sedikit melebihi kecepatan kosmik pertama, dan pergerakan di sekitar Bumi terjadi dalam orbit elips di atmosfer yang sangat langka. Bagian ketiga lintasan sesuai dengan kembalinya satelit, masuknya ke lapisan atmosfer yang padat. Satelit yang tidak kembali tidak memiliki lintasan lintasan ketiga.

Fitur komunikasi radio di bagian pertama dan ketiga lintasan disebabkan oleh fakta bahwa akumulasi gas terionisasi dengan kerapatan elektron tinggi terbentuk di dekat satelit (beberapa kali lipat lebih tinggi daripada kerapatan elektron ionosfer). Alasan pembentukan ionisasi di bagian pertama lintasan adalah gas buang panas mesin, dan di bagian ketiga - pemanasan termodinamika udara ketika satelit bergerak di lapisan atmosfer yang padat (pada ketinggian kurang dari 100 km) dengan kecepatan supersonik.

Pada bagian pertama dan ketiga lintasan, jarak dari stasiun bumi ke satelit kecil dan perambatan gelombang radio dilakukan dalam garis pandang.

Di bagian kedua, tergantung pada ketinggian satelit dan panjang gelombang operasi, komunikasi radio dimungkinkan baik di dalam garis pandang maupun di luarnya. Kondisi propagasi gelombang radio dipengaruhi oleh troposfer dan lapisan atmosfer bumi yang terionisasi.

Pesawat ruang angkasa memiliki lintasan yang juga dapat dibagi menjadi tiga segmen, dengan kondisi komunikasi radio di segmen pertama dan ketiga untuk satelit dan pesawat ruang angkasa yang sama. Pada bagian lintasan kedua, kecepatan kapal melebihi kecepatan kosmik kedua, kapal meninggalkan medan gravitasi bumi dan bergerak di ruang antarplanet. Panjang link radio antara pesawat ruang angkasa dan Bumi bisa mencapai ratusan juta kilometer.

Atmosfer bumi dalam hal ini juga mempengaruhi kondisi komunikasi radio.

Jika pesawat ruang angkasa diarahkan ke salah satu planet, maka ketika pesawat ruang angkasa memasuki atmosfer planet, kondisi komunikasi radio berubah tergantung pada sifat radiofisik atmosfer planet.

Karakteristik medium antarplanet. Di ruang antarplanet, kerapatan elektron sama dengan kerapatan proton, dan plasma secara keseluruhan kuasi-netral. Pada jarak lebih dari 30 km dari Matahari, kecepatan plasma dapat dianggap konstan dan sama dengan 500 km/s. Pada jarak ini, konsentrasi elektron N e cm -3, karena keteguhan fluks partikel dalam satuan sudut padat, tergantung pada jarak ke Matahari r (km) menurut hukum

Pada jarak 150 106 km dari Matahari, kerapatan elektron adalah N e = 2 – 20 cm -3 . Plasma antarplanet adalah media yang tidak homogen secara statistik dengan ukuran rata-rata ketidakteraturan sekitar 200 km. Selain itu, terdapat penyimpangan skala besar dengan dimensi (0,1 - 1) 10 6 km. Kuat medan magnet konstan pada jarak 150 10 6 km dari Matahari = 4 10 -3 A/m. Setelah semburan matahari, kerapatan elektron dan kecepatan aliran plasma, serta kekuatan medan magnet konstan, meningkat beberapa kali lipat. Sebuah studi eksperimental tentang perjalanan gelombang radio di luar angkasa dari sumber yang memancarkan spektrum putih (konstelasi Taurus) atau osilasi monokromatik (pemancar yang dipasang pada objek luar angkasa) menunjukkan bahwa fluks energi VHF dalam kedua kasus praktis tidak diserap oleh antarplanet. medium. Namun, telah ditetapkan bahwa media antarplanet menyebabkan memudarnya gelombang radio yang terkait dengan gerakan ketidakhomogenan plasma.

Karena ketidakhomogenan medium antarplanet berbeda di berbagai wilayah antarplanet dan ruang dekat-surya, fluktuasi fase, amplitudo, dan perubahan spektrum gelombang radio bergantung pada lokasi lintasan relatif terhadap Matahari.

Fitur tautan radio VHF Bumi - luar angkasa. Kehilangan energi. Pada tautan radio Bumi-ruang, plasma antarplanet memiliki efek penyerapan atau hamburan yang lemah pada gelombang radio. Faktor penentunya adalah pelemahan sinyal karena panjangnya jalur dan penyerapan di atmosfer bumi.

Rentang frekuensi radio yang cocok untuk komunikasi radio dengan pesawat ruang angkasa dibatasi oleh sifat menyerap dan memantulkan atmosfer bumi. Gelombang radio yang lebih panjang dari 10 m dipantulkan dari ionosfer dan oleh karena itu tidak cocok untuk komunikasi dengan objek yang terletak di luarnya. Penyerapan gelombang radio di ionosfer menurun dengan meningkatnya frekuensi operasi menurut hukum kuadrat. Dengan melewati seluruh ketebalan ionosfer oleh gelombang dengan frekuensi di atas 100 MHz, penyerapannya tidak melebihi 0,1 dB. Selama semburan absorpsi, rugi-rugi pada gelombang dengan frekuensi 100 MHz meningkat menjadi 1 dB, dan kondisi lewatnya gelombang meter memburuk. Batas atas frekuensi yang berlaku untuk komunikasi radio ruang angkasa ditentukan oleh penyerapan gelombang radio di troposfer dan kira-kira 10 GHz. Ketika koresponden terestrial terletak di ketinggian sekitar 5 km, batas atas frekuensi operasi dapat ditingkatkan hingga 40 GHz.

Untuk komunikasi radio dengan satelit, yang lintasannya melewati di bawah maksimum utama kerapatan elektron ionosfer - lapisan F2, gelombang pendek berlaku. Pemantulan dan penyerapan HF dalam hal ini mematuhi hukum yang sama seperti pada link radio gelombang pendek terestrial. Peningkatan tajam dalam level sinyal yang diterima dari satelit diamati ketika satelit melewati titik penerima dan melewati titik antipode (efek antipode).

Putar bidang polarisasi. Ketika gelombang radio merambat di ionosfer dengan adanya medan magnet Bumi yang konstan, bidang polarisasi gelombang radio berputar.

Nilai maksimum sudut rotasi bidang polarisasi gelombang (dalam derajat) ditentukan oleh ekspresi yang diperoleh dari (4.14) dengan asumsi bahwa gelombang melewati seluruh ketebalan ionosfer pada kerapatan elektron tertinggi ( siang hari, musim panas):

di mana frekuensi operasi, MHz; - sudut zenit sebenarnya dari satelit (Gbr. 5.10). Nilai ymax untuk frekuensi 500 MHz, 1 GHz, 3 GHz, pada = , berturut-turut; ; .

Rotasi bidang polarisasi di ionosfer memanifestasikan dirinya pada frekuensi yang sangat tinggi dan berubah ketika satelit bergerak melintasi langit karena perubahan sudut dan fluktuasi kerapatan elektron ionosfer. Saat menerima pada antena terpolarisasi linier, terjadi fading. Untuk menghilangkan fading, antena pemancar dan penerima dengan polarisasi melingkar digunakan. Dalam hal ini, harus diperhitungkan bahwa hanya di bagian tengah diagram diperoleh bidang dengan polarisasi melingkar, dan di tepi diagram - bidang dengan polarisasi elips. Hal ini menyebabkan hilangnya ketidakcocokan polarisasi sekitar 0,5 dB. Jika antena onboard memiliki polarisasi linier, maka terjadi kerugian hingga 3 dB.

Gelombang radio memudar. Penghamburan energi gelombang radio oleh ketidakhomogenan ionosfer dan interferensi gelombang langsung dan tersebar menyebabkan fluktuasi amplitudo sinyal radio yang telah melewati ionosfer. Untuk memastikan penerimaan sinyal seperti itu secara terus-menerus, intensitas yang dihitung harus lebih banyak dipilih berdasarkan nilai. Nilai untuk frekuensi 300 MHz, 1 GHz, 3 GHz masing-masing adalah 1,6; 0,5; 0,1 dB, dan menunjukkan bahwa pengaruh hamburan berkurang dengan frekuensi.

Perbedaan nilai frekuensi yang diterima dan ditransmisikan D disebut

Pergeseran frekuensi Doppler:

Beras. 5.10. Skema tautan radio Bumi - luar angkasa:

TETAPI– antena bumi; Dengan- satelit

Misalnya, ketika, r =8 10 3 m/s Pergeseran frekuensi Doppler = 0,02 0,2 ​​MHz.

Ketika gelombang radio yang dipancarkan oleh sumber bergerak melewati media yang tidak homogen, yang berubah secara acak dalam ruang dan waktu, itu juga berubah secara acak. Jadi, selama perjalanan gelombang radio yang dipancarkan dari pesawat ruang angkasa melalui troposfer, ionosfer, dan luar angkasa yang tidak homogen, perubahannya bersifat statistik.

Untuk mengurangi efek berbahaya dari offset frekuensi pembawa dalam komunikasi radio ruang angkasa, penerima menggunakan kontrol frekuensi otomatis atau mengubah frekuensi pemancar jika lintasan emitor diketahui sebelumnya. Selain itu, di bawah pengaruh efek Doppler, spektrum frekuensi sinyal berubah bentuk karena fakta bahwa setiap komponen spektrum menerima pergeserannya sendiri.

Pergeseran frekuensi Doppler digunakan sebagai fenomena positif yang memungkinkan Anda menentukan kecepatan sumber bergerak atau reflektor, jika sifat-sifat medium diketahui. Mereka juga memecahkan masalah terbalik: dengan mengukur pergeseran frekuensi dan mengetahui kecepatan emitor, parameter listrik medium ditentukan.

Perubahan dalam penentuan koordinat benda-benda angkasa dengan metode rekayasa radio. Lintasan gelombang radio di troposfer dan ionosfer disertai dengan pembiasan dan perubahan fase dan kecepatan kelompok perambatan gelombang. Faktor-faktor inilah yang menjadi penyebab kesalahan yang harus diperhitungkan saat menentukan koordinat objek luar angkasa dengan metode rekayasa radio. Kesalahan yang muncul dihilangkan dengan memperkenalkan amandemen yang sesuai.

5.6. Fitur perambatan gelombang optik dan inframerah

Ketentuan umum. Rentang optik mencakup osilasi elektromagnetik dengan panjang gelombang 0,39-0,75 mikron. Rentang inframerah (IR) termasuk gelombang dengan panjang 0,75-1000 mikron, yang menempati posisi perantara antara gelombang optik dan milimeter. Rentang inframerah dibagi menjadi tiga area: radiasi inframerah dekat - dari 0,75 hingga 1,5 mikron, sedang - dari 1,5 hingga 5,6 mikron dan jauh - dari 5,6 hingga 1000 mikron. Batas-batas spektrum gelombang radio optik, inframerah dan milimeter saling tumpang tindih.

Gelombang optik dan IR dapat difokuskan oleh lensa dan cermin, mengubah arahnya pada pemantulan dan pembiasan, dan terurai menjadi spektrum oleh prisma. Gelombang IR, seperti gelombang radio, dapat melewati beberapa bahan yang tidak tembus cahaya terhadap gelombang optik. Gelombang IR banyak digunakan di berbagai industri.

Keuntungan utama dari banyak sistem IR adalah memungkinkan untuk menggunakan radiasi dari target yang merupakan sumber radiasi IR itu sendiri atau memantulkan radiasi dari sumber IR alami. Sistem seperti ini disebut pasif. Sistem IR aktif memiliki sumber yang kuat, radiasi yang disaring di bagian spektrum yang sempit, terkonsentrasi dengan bantuan sistem optik dan diarahkan dalam bentuk sinar sempit ke target.

Sistem IR memiliki resolusi tinggi.

Redaman gelombang optik dan inframerah di atmosfer. Redaman lengkap gelombang optik dan IR di atmosfer disebabkan oleh beberapa faktor. Perbedaan dibuat antara redaman cahaya di atmosfer yang bebas dari awan dan kabut dan redaman cahaya dalam kabut.

Atenuasi di atmosfer bebas terdiri dari hamburan cahaya oleh molekul gas dan uap air dan penyerapan selektif. Daya yang dibawa oleh gelombang cahaya dan inframerah yang telah melewati jarak r tertentu di atmosfer dihitung dengan cara yang sama dengan daya gelombang radio:

di mana adalah koefisien penyerapan total dalam dB/km, sama dengan:

G=Gg+Gp+Gsel+Gt.

Di sini dan adalah koefisien atenuasi karena hamburan oleh molekul gas dan uap; Gsel - koefisien penyerapan selektif; - koefisien penyerapan dalam kabut.

Koefisien redaman akibat hamburan gelombang pada molekul gas Gg (dB/km) pada tekanan udara p (MPa), suhu T (K), dan panjang gelombang l (µm) diberikan oleh persamaan berikut:

Gg = 25p/Tl 4 .

Jenis redaman ini jauh lebih sedikit diucapkan di inframerah daripada di optik.

Atmosfer yang bebas dari awan dan kabut mengandung partikel pengotor - uap air dan debu, di mana gelombang optik dan inframerah juga tersebar. Untuk mengkarakterisasi pola spasial hamburan cahaya oleh setiap partikel, digunakan konsep indikasi hamburan (fungsi sudut hamburan), yang didefinisikan sebagai rasio daya yang dihamburkan oleh partikel dalam arah tertentu dengan fluks energi yang tersebar ke segala arah ( konsep yang mirip dengan pola radiasi antena). Indikator hamburan ditentukan dengan perhitungan untuk partikel bola dengan jari-jari yang berbeda a, memiliki indeks bias yang berbeda n. Partikel kecil dengan a/l<<1>

Ukuran partikel debu dan uap berkali-kali lebih besar dari panjang gelombang, dan jumlah partikel tidak tetap, sehingga sulit untuk menghitung koefisien atenuasi. Oleh karena itu, lebih disukai menggunakan data eksperimen untuk menentukan redaman akibat hamburan oleh partikel-partikel ini. Secara empiris ditemukan bahwa koefisien atenuasi sebanding dengan l -1,75. Kehilangan jenis ini paling besar di kota-kota; mereka lebih kecil pada gelombang IR daripada pada panjang gelombang optik.

Penyerapan selektif terutama merupakan karakteristik kisaran IR. pada gambar. 5.11 menunjukkan distribusi energi dalam spektrum matahari, diukur di dekat Bumi untuk rentang panjang gelombang 0,3-2,2 m. Jika tidak ada penyerapan selektif, maka kurva akan memiliki jalur yang mulus, ditunjukkan dengan garis putus-putus. Di bagian spektrum yang terlihat pada panjang gelombang 0,4-0,75 m, penyerapan dapat diabaikan; pada panjang gelombang 0,76 m, penyerapan diamati dalam oksigen. Daerah serapan kuat ditemukan di dekat gelombang dengan panjang 0,94; 1.10; 1,38 dan 1,87 m. Penyerapan ini disebabkan adanya uap air di atmosfer, dan transparansi atmosfer terhadap sinar infra merah sangat bergantung pada kelembaban atmosfer.

Beras. 5.12. Spektrum emisi langit cerah

Efek penyerapan diberikan oleh karbon dioksida (pada gelombang 2.7; 4, 3 dan 12-20 m) dan ozon (pada gelombang 4,7 dan 9,6 m), tetapi uap air memiliki efek penyerap utama, karena kandungannya jauh lebih tinggi dari itu. karbon dioksida, gas dan ozon.

Pengukuran menunjukkan bahwa atmosfer memiliki transparansi yang relatif baik untuk sinar inframerah pada panjang gelombang berikut: 0,95-1,05; 1.2-1.3; 1,5-1,8; 2, 1-2, 4; 3.3-4.0; 8,0-12,0 mikron. Dalam batas-batas ini, penyerapan dapat diabaikan, sedangkan pada panjang gelombang menengah dan panjang gelombang lebih dari 13,0 m, penyerapan hampir sempurna terjadi.

Kehilangan panas dan hamburan terjadi pada tetesan kabut, seperti yang terjadi pada rentang gelombang radio milimeter dan sentimeter. Semakin besar ukuran droplet, semakin besar kerugiannya.

Pembiasan gelombang optik dan inframerah di atmosfer. Sebuah perbedaan dibuat antara pembiasan astronomi - pembiasan sinar yang datang dari benda langit atau sumber lain yang terletak di ketinggian rendah ke pengamat, dan pembiasan terestrial - pembiasan sinar yang datang dari benda-benda terestrial.

Gelombang optik dan dekat-IR membiaskan kurang dari gelombang radio. Indeks bias troposfer untuk gelombang IR dan optik ditulis sebagai berikut (lihat 3.1):

dimana adalah tekanan parsial udara kering (Pa).

Dalam kasus pembiasan astronomi, ketika sinar melewati seluruh ketebalan atmosfer, yang indeks biasnya meningkat saat mendekati permukaan bumi, lintasan gelombang selalu cembung ke arah zenit (refraksi positif). Seperti halnya gelombang radio, fenomena pembiasan menyebabkan kesalahan dalam menentukan sudut elevasi.

Pembiasan bumi bisa positif atau negatif. Dalam kondisi refraksi normal, jangkauan garis pandang dalam jangkauan optik dan IR agak lebih kecil daripada dalam jangkauan radio. Rumus (3.5) mengambil bentuk berikut:

Jari-jari kelengkungan lintasan gelombang optik kira-kira 50.000 km. Dalam rentang optik dan IR, fenomena superfraksi diamati lebih jarang daripada di rentang radio. Fenomena fatamorgana dikaitkan dengan superrefraksi.

Propagasi radiasi dari generator kuantum optik di atmosfer. Koherensi, tingkat monokromatisitas yang tinggi, keterarahan yang tinggi, dan daya radiasi dari generator kuantum optik (OQGs) menyebabkan fitur yang sesuai dari perambatan radiasi ini di atmosfer. Lebar spektral banyak laser kurang dari lebar garis penyerapan selektif gas atmosfer. Oleh karena itu, untuk mengukur penyerapan radiasi laser, diperlukan data tentang penyerapan selektif untuk frekuensi tetap. Memperoleh data tersebut terhambat oleh terbatasnya resolusi alat ukur. Pengukuran absorpsi selektif pada rentang l = 0,69334 0,6694 m, yang termasuk radiasi laser ruby, menunjukkan bahwa bila panjang gelombang berubah kurang dari 10 -4 m, absorpsi berubah dari 0 menjadi 80%.

Telah ditetapkan bahwa selama propagasi sinar terbatas spasial di atmosfer, hamburan oleh partikel mengubah distribusi daya di atas penampang sinar radiasi. Distribusi ini tergantung pada ketebalan optik lapisan, geometri balok, dan sifat medium.

Inhomogenitas turbulen dari troposfer menyebabkan penurunan serius dalam kondisi operasi link radio IR. Pengaruh mereka sangat signifikan pada perambatan radiasi koheren. Turbulensi di troposfer mengganggu stabilitas fase depan balok koheren, yang menyebabkan ekspansi dan defleksi dan menyebabkan fluktuasi amplitudo.

Fluktuasi amplitudo sinyal mematuhi hukum distribusi logaritmik normal. Fluktuasi sudut datangnya berkas radiasi dicirikan oleh hukum normal.

Beberapa data telah diperoleh yang memungkinkan untuk menilai kemungkinan perluasan sinar radiasi laser. Selama pengukuran pada jarak 15 dan 145 km, peningkatan divergensi sinar masing-masing sebesar 8" dan 13" diamati.

Akibatnya, tidak mungkin untuk membuat pola radiasi antena IR dengan lebar kurang dari satu detik busur.

Interferensi dalam panjang gelombang optik dan inframerah. Sumber radiasi yang bukan merupakan target harus dianggap sebagai radiasi latar yang mengganggu pengoperasian sistem optik atau IR. Radiasi latar belakang memanifestasikan dirinya sebagai kebisingan berbahaya, yang harus ditangani. Gambaran kualitatif karakteristik spektral radiasi langit cerah pada siang hari 1 dan malam hari 2 ditunjukkan pada Gambar 5.12.

Kecerahan langit tergantung pada tekanan atmosfer dan sudut zenith, meningkat ke arah cakrawala. Awan menciptakan ketidakteraturan radiasi di langit baik pada siang maupun malam hari, terutama pada panjang gelombang yang lebih pendek dari 3 m. Gangguan paling serius diciptakan oleh tepi terang awan, yang merupakan umpan dalam kisaran IR.

Bumi menciptakan latar belakang yang lebih besar di wilayah spektrum IR daripada langit tak berawan yang jernih, yang mencerminkan radiasi gelombang pendek yang dikombinasikan dengan radiasi termalnya sendiri pada panjang gelombang yang lebih panjang. Latar belakang yang dibuat oleh Bumi memperumit pendeteksian target darat.

5.7. Keamanan elektromagnetik

Mari kita perhatikan sebuah isu penting yang, meskipun tidak secara langsung berhubungan dengan propagasi gelombang radio, telah memperoleh makna khusus di zaman kita. Faktanya adalah bahwa perkembangan teknologi masyarakat disertai dengan peningkatan terus menerus dalam intensitas medan elektromagnetik asal buatan, yang mengelilingi seseorang di tempat kerja dan di rumah. Akibatnya, perlindungan kesehatan manusia dari efek berbahaya dari medan kuat yang memiliki efek jangka panjang pada tubuh menjadi relevan.

Masalah yang disebutkan di sini milik kompetensi biologi radiasi, yang, antara lain, terlibat dalam studi komprehensif tentang pengaruh medan elektromagnetik pada makhluk hidup. Telah ditetapkan bahwa yang paling berbahaya bagi manusia adalah radiasi pengion, energi kuantum yang cukup untuk melepaskan elektron dari atom. Sifat-sifat seperti itu dimiliki oleh radiasi ultraviolet dan semua radiasi panjang gelombang pendek lainnya, misalnya, gelombang elektromagnetik dalam rentang sinar-X.

Efek biologis dari radiasi pengion yang diserap dinyatakan dalam unit khusus - abu-abu (Gy). Satu abu-abu sesuai dengan penyerapan energi 1 J per 1 kg massa.

Cara paling penting untuk melindungi seseorang adalah dengan membatasi dosis radiasi yang diserap. Menurut standar yang diadopsi di AS, untuk orang yang terpapar radiasi di tempat kerja, dosis tahunan maksimum yang diizinkan adalah 50 mGy. Dosis individu untuk sisa populasi tidak boleh melebihi 50 mGy selama 30 tahun tanpa memperhitungkan latar belakang radiasi alami.

Pada frekuensi radio, energi kuanta (foton) tidak cukup untuk ionisasi atom materi. Medan elektromagnetik insiden menempatkan atom atau molekul ke dalam keadaan tereksitasi. Setelah ini, atom atau molekul kembali ke keadaan semula, memancarkan kuanta baru dengan frekuensi yang sama. Pada akhirnya, semua energi gelombang radio yang diserap tubuh berubah menjadi panas. Ini sering digunakan dalam pengobatan untuk menghangatkan organ dalam. Namun, paparan seseorang yang terlalu lama ke medan gelombang mikro dengan kerapatan fluks daya beberapa mW / menyebabkan fenomena yang menyakitkan, terutama pada kekeruhan lensa mata. Kemungkinan perubahan genetik dalam tubuh tidak dikecualikan. Oleh karena itu, ketika mengoperasikan peralatan yang relevan, standar berbasis ilmiah untuk paparan frekuensi radio personel harus dipatuhi dengan ketat.

5.8. Pertanyaan untuk pemeriksaan diri

1. Sebutkan ciri-ciri utama perambatan gelombang superpanjang dan gelombang panjang.

2. Apa kelebihan dan kekurangan komunikasi radio pada VLF dan LW?

3. Apa karakteristik pandu gelombang Bumi-ionosfer berbentuk bola?

4. Sebutkan ciri-ciri utama perambatan gelombang sedang.

5. Bagaimana kondisi perambatan SW pada siang hari?

6. Apa sifat dari sinyal fading pada CB?

7. Bagaimana kekuatan medan listrik ditentukan dalam rentang SW?

8. Tunjukkan ciri-ciri utama perambatan gelombang pendek.

9. Berdasarkan kondisi apa frekuensi maksimum yang dapat digunakan dipilih?

10. Faktor apa yang menentukan frekuensi penggunaan terendah?

11. Apa yang dimaksud dengan zona hening?

12. Apa penyebab HF memudar?

13. Fenomena apa yang disebut efek Kabanov?

14. Di wilayah dunia manakah komunikasi HF sulit?

15. Jam berapa hari mungkin untuk beroperasi pada frekuensi yang lebih tinggi dalam rentang gelombang pendek?

16. Tunjukkan fitur utama dari perambatan gelombang ultrashort di ruang permukaan.

17. Tunjukkan fitur propagasi VHF dalam garis pandang.

18. Bagaimana pantulan dari tanah yang tidak rata mempengaruhi propagasi VHF?

19. Tentukan fitur distribusi VHF di medan kasar dan di kota-kota.

20. Apa fenomena yang disebut penguatan oleh rintangan?

21. Sebutkan ciri-ciri sebaran VHF di dalam kota besar.

22. Tunjukkan ciri-ciri perambatan VHF jarak jauh di bawah kondisi superrefraksi.

23. Jelaskan proses hamburan VHF pada ketidakhomogenan troposfer.

24. Apa yang menyebabkan hamburan dan refleksi gelombang meter di ionosfer?

25. Teknik penerimaan apa yang digunakan untuk mengatasi VHF fading?

26. Sebutkan ciri-ciri utama perambatan VHF di luar angkasa.

27. Sebutkan ciri-ciri utama medium antarplanet.

28. Jelaskan fitur tautan radio VHF Bumi-ruang: kehilangan energi; rotasi bidang polarisasi; kabur.

29. Tentukan fitur utama dari perambatan gelombang dalam rentang optik dan IR.

30. Apa penyebab redaman gelombang optik dan IR di atmosfer?

31. Apa ciri-ciri pembiasan gelombang optik dan gelombang IR?

32. Apa pengaruh atmosfer terhadap perambatan radiasi dari generator kuantum optik?

33. Apa sumber interferensi dalam rentang gelombang optik dan IR?

34. Apa masalah keamanan elektromagnetik?

LITERATUR

1. Yamanov D.N. Dasar-dasar elektrodinamika dan propagasi gelombang radio. Bagian 1. Dasar-dasar elektrodinamika: Teks kuliah. - L: MSTU GA, 2002. - 80 hal.

2. Yamanov D.N. Dasar-dasar elektrodinamika dan propagasi gelombang radio. Bagian 2. Dasar-dasar elektrodinamika. Teks kuliah - M: MSTU GA, 2005. - 100 hal.

3. Baskakov S.I. Elektrodinamika dan propagasi gelombang radio: Proc. tunjangan untuk universitas. - M: Lebih tinggi. sekolah, 1992. - 416 hal.

4. Nikolsky V.V., Nikolskaya T.N. Elektrodinamika dan propagasi gelombang radio: Proc. tunjangan untuk universitas. - M: Nauka., 1989. - 544 hal.

5. Markov G.T., Petrov B.M., Grudinskaya G.P. Elektrodinamika dan propagasi gelombang radio: Proc. tunjangan untuk universitas. - M: Sov. radio, 1979. - 376 hal.

6. Grudinskaya G.P. Perambatan gelombang radio: Proc. tunjangan untuk universitas. - M: Lebih tinggi. sekolah, 1975. - 280 hal.

7. Buku pegangan landasan teori elektronika radio: Volume 1./Ed. B.H. Krivitsky, V.N. Doolin. - M: 1977. - 504 hal.

PENDAHULUAN ……………………………………………………………………….. 3

1. PROPAGASI GELOMBANG RADIO DI RUANG BEBAS …4

1.1. Rumus siaran yang ideal …………………………………………. 7

1.2. Sebuah wilayah ruang penting untuk propagasi gelombang radio. Metode zona fresnel ………………………………………………………………. .sepuluh

1.3. Soal untuk introspeksi diri ……………………………………………….... 12

2. PENGARUH PERMUKAAN BUMI TERHADAP PROPAGASI GELOMBANG RADIO ……………………………………………………………………..13

2.1. Penyerapan gelombang radio oleh berbagai jenis permukaan bumi ……….13

2.2. Pemantulan gelombang radio bidang pada permukaan halus-udara dari batas Bumi ……………………………………………………………….17

2.3. Pemantulan gelombang radio dari permukaan kasar …………………….19

2.4. Klasifikasi kasus perambatan gelombang radio terestrial …………… 22

2.5. Bidang emitor yang diangkat di atas permukaan bumi yang datar ………… 22

2.6. Bidang emitor yang terletak di dekat bumi datar

permukaan …………………………………………………………………..25

2.7. Difraksi gelombang radio di sekitar permukaan bumi yang bulat ……….. 28

2.8 Pertanyaan untuk pemeriksaan diri …………………………………………………… 29

3. TROPOSFER DAN DAMPAKNYA TERHADAP PROPAGASI GELOMBANG RADIO..30

3.1. Komposisi dan struktur troposfer …………………………………………….. 30

3.2. Konstanta dan eksponen dielektrik

pembiasan troposfer …………………………………………………... 31

3.3. Pembiasan gelombang radio di troposfer ……………………………………….. 33

3.4. Penyerapan gelombang radio di troposfer ……………………………………………… 37

3.5. Pertanyaan untuk introspeksi diri ………………………………………………… 39

4. IONOSFER DAN PENGARUHNYA TERHADAP PROPAGASI GELOMBANG RADIO …39

4.1. Ionisasi dan rekombinasi gas di ionosfer ……………………………….. 39

4.2. Struktur ionosfer ………………………………………………………….. 41

4.3. Konstanta dielektrik dan konduktivitas terionisasi

gas (plasma)…………………………………………………………………….. 44

4.4. Kecepatan rambat gelombang radio dalam gas terionisasi (plasma) ...46

4.5. Penyerapan gelombang radio dalam gas terionisasi …………………………...47

4.6. Pembiasan dan pemantulan gelombang radio di ionosfer ………………………. 49

4.7. Pengaruh medan magnet konstan pada listrik

parameter gas terionisasi……………………………………………… 50

4.8 Pertanyaan untuk introspeksi diri ………………………………………………… 52

5. KEISTIMEWAAN PROPAGASI GELOMBANG RADIO PADA BANDS BERBEDA …………………………………………………………….. 53

5.1. Keunikan perambatan gelombang superlong dan long ………. 53

5.2. Ciri-ciri perambatan gelombang sedang …………………………….. 57

5.3. Ciri-ciri perambatan gelombang pendek.……………………………58

5.4. Fitur perambatan gelombang ultrashort di ruang permukaan ……………………………………………………………………… 62

5.5. Fitur perambatan gelombang ultrashort di luar angkasa …………………………………………………………………… 71

5.6. Ciri-ciri perambatan gelombang optik dan inframerah ……………………………………………………………………... 77

5.7. Keamanan elektromagnetik …………………………………………... 83

5.8. Pertanyaan untuk introspeksi diri ………………………………………………... 84

SASTRA ……………………………………………………………………… 86

Gelombang radio, dan distribusinya, adalah misteri yang tak terbantahkan bagi pemula di udara. Di sini Anda bisa berkenalan dengan dasar-dasar teori perambatan gelombang radio. Artikel ini dimaksudkan untuk memperkenalkan penggemar udara pemula, serta bagi mereka yang memiliki gagasan tentangnya.

Pengantar terpenting, yang sering dilupakan sebelum memperkenalkan teori perambatan gelombang radio, adalah bahwa gelombang radio merambat di sekitar planet kita karena pemantulan dari ionosfer dan seberkas cahaya dipantulkan dari bumi seperti dari cermin tembus cahaya.

Keunikan propagasi gelombang menengah dan modulasi silang

Gelombang sedang termasuk gelombang radio dengan panjang 1000 sampai 100 m (frekuensi 0,3 - 3,0 MHz). Gelombang menengah terutama digunakan untuk penyiaran. Dan mereka juga merupakan tempat lahirnya pembajakan radio domestik. Mereka dapat menyebar dengan cara terestrial dan ionosfer. Gelombang menengah mengalami penyerapan yang signifikan di permukaan semikonduktor bumi, jangkauan rambat gelombang bumi 1, (lihat Gambar 1), terbatas pada jarak 500-700 km. Pada jarak yang jauh, gelombang radio 2 dan 3 disebarkan oleh gelombang ionosfer (spasial).

Pada malam hari, gelombang sedang merambat melalui pantulan dari lapisan E ionosfer (lihat Gambar 2), yang kerapatan elektronnya cukup untuk ini. Pada siang hari, pada jalur perambatan gelombang, terdapat lapisan D, yang sangat kuat menyerap gelombang menengah. Oleh karena itu, pada daya pemancar biasa, kuat medan listrik tidak cukup untuk penerimaan, dan pada siang hari, perambatan gelombang menengah terjadi hampir secara eksklusif oleh gelombang bumi pada jarak yang relatif pendek, pada orde 1000 km. Dalam rentang gelombang menengah, gelombang yang lebih panjang mengalami penyerapan yang lebih sedikit dan kekuatan medan listrik gelombang langit lebih besar pada panjang gelombang yang lebih panjang. Penyerapan meningkat di musim panas dan menurun di musim dingin. Gangguan ionosfer tidak mempengaruhi perambatan gelombang menengah, karena lapisan E sedikit terganggu selama badai magnet ionosfer.

Pada malam hari, lihat gambar. 1, pada jarak tertentu dari pemancar (titik B), kedatangan simultan spasial 3 dan gelombang permukaan 1 dimungkinkan, dan panjang jalur gelombang spasial bervariasi dengan perubahan kerapatan elektron ionosfer. Perubahan perbedaan fase gelombang ini menyebabkan fluktuasi kekuatan medan listrik, yang disebut fading medan dekat.

Pada jarak yang cukup jauh dari pemancar (titik C), gelombang 2 dan 3 dapat tiba dengan satu atau dua pantulan dari ionosfer. Perubahan beda fasa kedua gelombang ini juga mengakibatkan fluktuasi kuat medan listrik, yang disebut far field fading.

Untuk memerangi memudar di ujung transmisi jalur komunikasi, antena digunakan di mana pola radiasi maksimum "ditekan" ke permukaan bumi, ini termasuk antena V-terbalik paling sederhana, yang sering digunakan oleh amatir radio. Dengan pola radiasi seperti itu, zona hampir memudar bergerak menjauh dari pemancar, dan pada jarak yang jauh medan gelombang yang datang melalui dua refleksi melemah.

Sayangnya, tidak semua penyiar pemula yang beroperasi pada rentang frekuensi 1600-3000 kHz menyadari bahwa sinyal lemah dari pemancar berdaya rendah dapat mengalami distorsi ionosfer. Sinyal dari pemancar radio yang lebih kuat kurang rentan terhadap distorsi ionosfer. Karena ionisasi nonlinier dari ionosfer, sinyal yang lemah dimodulasi oleh tegangan modulasi sinyal dari stasiun yang kuat. Fenomena ini disebut modulasi silang. Kedalaman koefisien modulasi mencapai 5-8%. Dari sisi penerimaan, kesan terbuat dari pemancar yang dieksekusi dengan buruk, dengan segala macam dengungan dan mengi, ini terutama terlihat dalam mode modulasi AM.

Karena modulasi silang, suara petir yang intens sering menembus penerima, yang tidak dapat disaring - pelepasan petir memodulasi sinyal yang diterima. Karena alasan inilah para penyiar mulai menggunakan pemancar pita sisi tunggal untuk komunikasi radio dua arah dan mulai beroperasi lebih sering pada frekuensi yang lebih tinggi. Pemancar radio asing dari stasiun CB memperkuatnya dan memampatkan sinyal modulasi, dan untuk operasi yang tidak terdistorsi di udara, mereka menggunakan frekuensi terbalik.

Fenomena demodulasi dan modulasi silang di ionosfer hanya teramati pada kisaran gelombang menengah (MW). Dalam rentang gelombang pendek (SW) kecepatan elektron di bawah aksi medan listrik dapat diabaikan dibandingkan dengan kecepatan termal, dan keberadaan medan tidak mengubah jumlah tumbukan elektron dengan partikel berat.

Yang paling menguntungkan, dalam rentang frekuensi dari 1500 hingga 3000 kHz untuk komunikasi jarak jauh, adalah malam musim dingin dan periode aktivitas matahari minimum. Koneksi jarak jauh ekstra, lebih dari 10.000 km, biasanya dimungkinkan saat matahari terbenam dan matahari terbit. Di siang hari, komunikasi dimungkinkan pada jarak hingga 300 km. Penyiar radio FM gratis hanya bisa iri dengan rute radio sebesar itu.

Di musim panas, pita ini sering diganggu oleh gangguan dari pelepasan statis di atmosfer.

Fitur perambatan gelombang pendek dan karakteristiknya

Gelombang pendek termasuk gelombang radio dengan panjang 100 sampai 10 m (frekuensi 3-30 MHz). Keuntungan dari operasi panjang gelombang pendek atas operasi panjang gelombang yang lebih panjang adalah bahwa antena directional dapat dengan mudah dibuat dalam kisaran ini. Gelombang pendek dapat merambat sebagai terestrial, di bagian frekuensi rendah dari jangkauan, dan sebagai ionosfer.

Dengan meningkatnya frekuensi, penyerapan gelombang di permukaan semikonduktor bumi meningkat pesat. Oleh karena itu, pada daya pemancar biasa, gelombang terestrial gelombang pendek merambat pada jarak yang tidak melebihi beberapa puluh kilometer. Di permukaan laut, jarak ini meningkat secara signifikan.

Gelombang pendek dapat disebarkan oleh gelombang ionosfer selama ribuan kilometer, dan ini tidak memerlukan pemancar berdaya tinggi. Oleh karena itu, saat ini gelombang pendek terutama digunakan untuk komunikasi dan penyiaran jarak jauh.

Gelombang pendek merambat jarak jauh dengan refleksi dari ionosfer dan permukaan bumi. Metode propagasi ini disebut hopping, lihat gbr. 2 dan dicirikan oleh jarak hop, jumlah hop, sudut keluar dan datang, frekuensi penggunaan maksimum (MUF), dan frekuensi penggunaan terendah (LFF).

Jika ionosfer seragam dalam arah horizontal, maka lintasan gelombang juga simetris. Biasanya, radiasi terjadi pada rentang sudut tertentu, karena lebar pola radiasi antena gelombang pendek pada bidang vertikal adalah 10-15 °. Jarak lompatan minimum yang memenuhi syarat refleksi disebut jarak zona diam (ZM). Untuk memantulkan gelombang, frekuensi operasi harus tidak lebih tinggi dari nilai frekuensi penggunaan maksimum (MUF), yang merupakan batas atas rentang operasi untuk jarak tertentu. Gelombang 4.

Penggunaan antena radiasi anti-pesawat, sebagai salah satu metode untuk mengurangi zona diam, dibatasi oleh konsep frekuensi yang dapat digunakan maksimum (MUF), dengan mempertimbangkan pengurangannya sebesar 15-20% dari MUF. Antena radiasi anti-pesawat digunakan untuk penyiaran di zona dekat dengan metode refleksi hop tunggal dari ionosfer.

Kondisi kedua membatasi jangkauan operasi dari bawah: semakin rendah frekuensi operasi (dalam jangkauan gelombang pendek), semakin kuat penyerapan gelombang di ionosfer. Frekuensi terendah yang berlaku (LFC) ditentukan dari kondisi bahwa pada daya pemancar 1 kW, kekuatan medan listrik sinyal harus melebihi tingkat kebisingan, dan oleh karena itu, penyerapan sinyal di lapisan ionosfer tidak boleh lebih dari yang diizinkan. . Kepadatan elektron ionosfer bervariasi pada siang hari, sepanjang tahun, dan selama periode aktivitas matahari. Ini berarti bahwa batas-batas jangkauan operasi juga berubah, yang mengarah pada kebutuhan untuk mengubah panjang gelombang operasi di siang hari.

Rentang frekuensi 1,5-3 MHz, bersifat nokturnal. Jelas bahwa untuk sesi komunikasi radio yang sukses, Anda harus memilih frekuensi (panjang gelombang) yang tepat setiap kali, selain itu, ini memperumit desain stasiun, tetapi bagi penikmat sejati komunikasi jarak jauh, ini bukanlah kesulitan. , itu adalah bagian dari hobi. Mari kita evaluasi rentang HF per bagian.

Rentang frekuensi 5-8 MHz, dalam banyak hal mirip dengan pita 3 MHz, dan tidak seperti itu, di sini di siang hari Anda dapat berkomunikasi hingga 2000 km, zona hening (ZM) tidak ada dan beberapa puluh kilometer. Pada malam hari, komunikasi dimungkinkan melalui jarak apa pun, kecuali ZM, yang meningkat hingga beberapa ratus kilometer. Selama jam mengubah waktu hari (matahari terbenam/terbit), yang paling nyaman untuk komunikasi jarak jauh. Kebisingan atmosfer kurang terasa daripada di kisaran 1,5-3 MHz.

Dalam rentang frekuensi 10-15 MHz selama periode aktivitas matahari, komunikasi dimungkinkan pada siang hari dengan hampir semua titik di dunia. Di musim panas, durasi komunikasi radio dalam rentang frekuensi ini sepanjang waktu, dengan pengecualian hari-hari tertentu. Zona sunyi di malam hari memiliki jarak 1500-2000 km dan oleh karena itu hanya komunikasi jarak jauh yang memungkinkan. Di siang hari, mereka berkurang menjadi 400-1000 km.

Rentang frekuensi 27-30 MHz Cocok untuk komunikasi hanya pada siang hari. Ini adalah kisaran yang paling berubah-ubah. Biasanya buka selama beberapa jam, hari atau minggu, terutama ketika musim berubah, mis. musim gugur dan musim semi. Zona sunyi (ZM) mencapai 2000-2500 km. Fenomena ini termasuk dalam topik MUF, di sini sudut gelombang yang dipantulkan harus kecil terhadap ionosfer, jika tidak, ia memiliki redaman besar di ionosfer, atau pelarian sederhana ke luar angkasa. Sudut radiasi kecil sesuai dengan lompatan besar dan zona keheningan yang besar. Selama periode aktivitas matahari maksimum, komunikasi juga dimungkinkan di malam hari.

Selain model di atas, kasus perambatan anomali gelombang radio dimungkinkan. Perambatan anomali dapat terjadi ketika lapisan sporadis muncul di jalur gelombang, dari mana gelombang yang lebih pendek, hingga panjang gelombang meter, dapat dipantulkan. Fenomena ini dapat diamati dalam praktik dengan melewati stasiun TV dan radio FM yang jauh. MUF sinyal radio selama jam-jam ini mencapai 60-100 MHz selama tahun-tahun aktivitas matahari.

Pada gelombang FM VHF, Kecuali dalam kasus yang jarang terjadi dari perambatan gelombang radio anomali, perambatan secara ketat disebabkan oleh apa yang disebut "garis pandang". Perambatan gelombang radio dalam garis pandang berbicara untuk dirinya sendiri, dan disebabkan oleh ketinggian antena pemancar dan penerima. Jelas bahwa dalam kondisi pembangunan perkotaan tidak mungkin untuk berbicara tentang visual dan garis pandang, tetapi gelombang radio melewati pembangunan perkotaan dengan beberapa redaman. Semakin tinggi frekuensinya, semakin tinggi pula redamannya di daerah perkotaan. Rentang frekuensi 88-108 MHz juga tunduk pada beberapa redaman dalam kondisi perkotaan.

Memudarnya sinyal radio HF

Penerimaan gelombang radio pendek selalu disertai dengan pengukuran tingkat sinyal yang diterima, dan perubahan ini bersifat acak dan sementara. Fenomena ini disebut memudar (fading) dari sinyal radio. Di udara, sinyal memudar cepat dan lambat diamati. Kedalaman memudar bisa mencapai beberapa puluh desibel.

Penyebab utama dari fast signal fading adalah propagasi multipath gelombang radio. Dalam hal ini, penyebab fading adalah kedatangan di titik penerima dua berkas yang merambat oleh satu dan dua pantulan dari ionosfer, gelombang 1 dan gelombang 3, lihat Gambar 2.

Karena sinar menempuh jalur yang berbeda dalam jarak, fase kedatangannya tidak sama. Perubahan kerapatan elektron, yang terus menerus terjadi di ionosfer, menyebabkan perubahan panjang lintasan masing-masing sinar, dan, akibatnya, perubahan perbedaan fase antara sinar. Untuk mengubah fase gelombang sebesar 180°, cukup bahwa panjang lintasan berubah hanya . Harus diingat bahwa ketika sinar dari satu sinyal tiba di titik penerima dengan kekuatan yang sama dan dengan perbedaan fase 180 °, mereka sepenuhnya dikurangkan sesuai dengan hukum vektor, dan kekuatan sinyal yang masuk dalam hal ini dapat menjadi sama dengan nol. Perubahan kecil pada panjang lintasan dapat terjadi secara terus menerus, oleh karena itu, fluktuasi kuat medan listrik dalam rentang gelombang pendek sering terjadi dan dalam. Interval pengamatan mereka dalam 3-7 menit dapat pada frekuensi rendah dari pita HF, dan hingga 0,5 detik pada frekuensi yang lebih dekat ke 30 MHz.

Selain itu, sinyal memudar disebabkan oleh hamburan gelombang radio pada ketidakhomogenan ionosfer dan interferensi gelombang tersebar.

Selain interferensi fading, pada panjang gelombang pendek, terjadi polarisasi fading. Penyebab polarisasi memudar adalah rotasi bidang polarisasi gelombang relatif terhadap antena yang diterima. Ini terjadi ketika gelombang merambat ke arah garis medan magnet bumi, dan dengan perubahan kerapatan elektron ionosfer. Jika antena pengirim dan penerima adalah vibrator horizontal, maka gelombang terpolarisasi horizontal yang dipancarkan, setelah melewati ionosfer, akan mengalami rotasi bidang polarisasi. Hal ini menyebabkan fluktuasi. d.s., diinduksi dalam antena, yang memiliki redaman tambahan hingga 10 dB.

Dalam prakteknya, semua penyebab sinyal memudar ini bertindak, sebagai suatu peraturan, dengan cara yang kompleks dan mematuhi hukum distribusi Rayleigh yang dijelaskan.

Selain fading cepat, fading lambat diamati, yang diamati dengan periode 40-60 menit di bagian frekuensi rendah dari pita HF. Alasan untuk fading ini adalah perubahan dalam penyerapan gelombang radio di ionosfer. Distribusi amplitudo amplop sinyal selama slow fading mematuhi hukum logaritmik normal dengan penurunan sinyal menjadi 8-12 dB.

Untuk mengatasi fading, pada gelombang pendek digunakan metode diversitas antena. Faktanya, kenaikan dan penurunan kekuatan medan listrik tidak terjadi secara bersamaan, bahkan pada area permukaan bumi yang relatif kecil. Dalam praktik komunikasi gelombang pendek, biasanya digunakan dua antena, dipisahkan oleh beberapa panjang gelombang, dan sinyal ditambahkan setelah deteksi. Adalah efektif untuk memisahkan antena dengan polarisasi, yaitu penerimaan simultan pada antena vertikal dan horizontal dengan penambahan sinyal berikutnya setelah deteksi.

Saya ingin mencatat bahwa langkah-langkah kontrol ini hanya efektif untuk menghilangkan fading cepat, perubahan sinyal lambat tidak dihilangkan, karena ini disebabkan oleh perubahan penyerapan gelombang radio di ionosfer.

Dalam praktik radio amatir, metode diversitas antena jarang digunakan, karena biaya konstruktif yang tinggi dan kurangnya kebutuhan untuk menerima informasi yang cukup andal. Ini disebabkan oleh fakta bahwa amatir sering menggunakan antena resonansi dan pita, yang jumlahnya di rumahnya sekitar 2-3 buah. Penggunaan penerimaan diversitas memerlukan penambahan jumlah antena minimal dua kali.

Hal lain adalah ketika seorang amatir tinggal di daerah pedesaan, sementara memiliki cukup ruang untuk mengakomodasi struktur anti-fading, ia dapat dengan mudah menggunakan dua vibrator broadband untuk ini, yang mencakup semua, atau hampir semua, rentang yang diperlukan. Satu vibrator harus vertikal, yang lainnya horizontal. Tidak perlu memiliki beberapa tiang untuk ini. Cukup menempatkannya di tiang yang sama sehingga berorientasi relatif satu sama lain pada sudut 90 °. Kedua antena, dalam hal ini, akan menyerupai antena "Inverted-V" yang terkenal.

Perhitungan radius jangkauan oleh sinyal radio di pita VHF / FM

Frekuensi rentang meter didistribusikan dalam garis pandang. Kisaran perambatan gelombang radio dalam garis pandang, tanpa memperhitungkan daya radiasi pemancar dan fenomena alam lainnya yang mengurangi efisiensi komunikasi, terlihat seperti ini:

r = 3,57 (√h1 + h2), km,

Hitung radius garis pandang saat memasang antena penerima pada ketinggian yang berbeda, di mana h1 adalah parameter, h2 = 1,5 m Kami merangkumnya dalam Tabel 1.

Tabel 1

h1 (m)	10	20	25	30	35	40	50	60
r (km)	15,6	20,3	22.2	24	25.5	27,0	29,6	32

Formula ini tidak memperhitungkan redaman sinyal dan kekuatan pemancar, itu hanya berbicara tentang kemungkinan garis pandang, dengan mempertimbangkan bumi yang bulat sempurna.

Mari kita membuat perhitungan tingkat sinyal radio yang diperlukan bersama dengan penerimaan untuk panjang gelombang 3 m.

Karena pada rute antara stasiun pemancar dan objek bergerak selalu ada fenomena seperti pantulan, hamburan, penyerapan sinyal radio oleh berbagai objek, dll., koreksi harus dilakukan pada tingkat redaman sinyal, yang diusulkan oleh seorang Jepang ilmuwan Okumura. Standar deviasi untuk kisaran ini dengan daerah perkotaan akan menjadi 3 dB, dan dengan probabilitas komunikasi 99%, kami memperkenalkan faktor 2, yang akan menjadi koreksi total P di tingkat sinyal radio di
P = 3 × 2 = 6 dB.

Sensitivitas penerima ditentukan oleh rasio sinyal yang berguna terhadap kebisingan 12 dB, yaitu. 4 kali. Rasio ini tidak dapat diterima untuk penyiaran berkualitas tinggi, jadi kami akan memperkenalkan koreksi tambahan 12–20 dB lainnya, dan mengambil 14 dB.

Secara total, koreksi total pada level sinyal yang diterima, dengan mempertimbangkan redamannya di sepanjang jalur dan spesifikasi perangkat penerima, adalah: 6 + 16 20dB (10 kali). Kemudian, dengan sensitivitas penerima 1,5 V. di tempat resepsi, medan dengan kekuatan 15 V/m.

Hitung menggunakan rumus Vvedensky jangkauan pada kekuatan medan tertentu 15 V / m, dengan mempertimbangkan daya pemancar, sensitivitas penerima, dan daerah perkotaan:

di mana r adalah km; P - kW; G - dB (=1); j - m; - m; E - mV.

Perhitungan ini tidak memperhitungkan penguatan antena penerima, serta redaman di feeder dan filter band pass.

Menjawab: Dengan kekuatan 10 W, tinggi radiasi h1 = 27 meter dan h2 = 1,5 m, benar-benar penerimaan radio berkualitas tinggi dengan radius di perkotaan akan menjadi 2,5-2,6 km. Jika kami memperhitungkan bahwa penerimaan sinyal radio dari pemancar radio Anda akan dilakukan di lantai menengah dan atas bangunan tempat tinggal, maka jangkauan ini akan meningkat sekitar 2-3 kali lipat. Jika Anda menerima sinyal radio pada antena jarak jauh, maka jangkauannya akan dihitung dalam puluhan kilometer.

73! UA9LBG & Radio-Vector-Tyumen

Buku teks fisika berisi rumus-rumus muskil tentang topik jangkauan gelombang radio, yang terkadang tidak sepenuhnya dipahami bahkan oleh orang-orang dengan pendidikan khusus dan pengalaman kerja. Dalam artikel ini kami akan mencoba memahami esensi tanpa menggunakan kesulitan. Orang pertama yang menemukan gelombang radio adalah Nikola Tesla. Pada masanya, di mana tidak ada peralatan berteknologi tinggi, Tesla tidak sepenuhnya memahami apa fenomena ini, yang kemudian disebut eter. Konduktor arus bolak-balik adalah awal dari gelombang radio.

Sumber gelombang radio

Sumber alami gelombang radio termasuk objek astronomi dan petir. Pemancar gelombang radio buatan adalah konduktor listrik dengan arus listrik bolak-balik yang bergerak di dalamnya. Energi osilasi generator frekuensi tinggi didistribusikan ke ruang sekitarnya melalui antena radio. Pemancar-penerima radio Popov adalah sumber gelombang radio pertama yang berfungsi. Pada perangkat ini, fungsi tersebut dilakukan oleh perangkat penyimpanan tegangan tinggi yang terhubung ke antena - vibrator Hertz. Gelombang radio yang dibuat secara artifisial digunakan untuk radar stasioner dan bergerak, penyiaran, komunikasi radio, satelit komunikasi, navigasi, dan sistem komputer.

Jangkauan gelombang radio

Gelombang yang digunakan dalam komunikasi radio berada pada rentang frekuensi 30 kHz – 3000 GHz. Berdasarkan panjang gelombang dan frekuensi gelombang, fitur propagasi, rentang gelombang radio dibagi menjadi 10 sub-band:

1. SDV - ekstra panjang.
2. DV - panjang.
3. SW - sedang.
4. HF - pendek.
5. VHF - sangat pendek.
6. MV - meteran.
7. UHF - desimeter.
8. CMV - sentimeter.
9. MMV - milimeter.
10. SMMV - submilimeter

Rentang frekuensi radio

Spektrum gelombang radio secara kondisional dibagi menjadi beberapa bagian. Tergantung pada frekuensi dan panjang gelombang radio, mereka dibagi menjadi 12 subband. Rentang frekuensi gelombang radio terkait dengan frekuensi sinyal AC. gelombang radio dalam peraturan radio internasional diwakili oleh 12 nama:

Dengan peningkatan frekuensi gelombang radio, panjangnya berkurang, dengan penurunan frekuensi gelombang radio, itu meningkat. Perambatan tergantung pada panjangnya adalah sifat terpenting dari gelombang radio.

Perambatan gelombang radio 300 MHz - 300 GHz disebut gelombang mikro ultra-tinggi karena frekuensinya yang agak tinggi. Bahkan subbands sangat luas, sehingga mereka, pada gilirannya, dibagi menjadi interval, yang mencakup rentang tertentu untuk siaran televisi dan radio, untuk komunikasi maritim dan ruang angkasa, terestrial dan penerbangan, untuk navigasi radar dan radio, untuk transmisi data medis dan sebagainya. pada. Terlepas dari kenyataan bahwa seluruh rentang gelombang radio dibagi menjadi beberapa wilayah, batas yang ditunjukkan di antara mereka bersyarat. Bagian-bagian tersebut mengikuti satu sama lain secara terus menerus, melewati satu sama lain, dan kadang-kadang tumpang tindih.

Fitur propagasi gelombang radio

Perambatan gelombang radio adalah transfer energi oleh medan elektromagnetik bolak-balik dari satu bagian ruang ke bagian lain. Dalam ruang hampa, gelombang radio merambat dengan Ketika terkena lingkungan, gelombang radio bisa sulit untuk merambat. Ini dimanifestasikan dalam distorsi sinyal, perubahan arah propagasi, dan perlambatan fase dan kecepatan grup.

Masing-masing jenis gelombang digunakan dengan cara yang berbeda. Yang panjang lebih mampu melewati rintangan. Ini berarti bahwa jangkauan gelombang radio dapat merambat di sepanjang bidang darat dan air. Penggunaan gelombang panjang tersebar luas di kapal selam dan kapal laut, yang memungkinkan Anda untuk berhubungan di lokasi mana pun di laut. Pada enam ratus meter dengan frekuensi lima ratus kilohertz, penerima semua suar dan stasiun penyelamat disetel.

Perambatan gelombang radio dalam rentang yang berbeda tergantung pada frekuensinya. Semakin pendek panjangnya dan semakin tinggi frekuensinya, semakin lurus jalur gelombangnya. Dengan demikian, semakin rendah frekuensinya dan semakin besar panjangnya, semakin mampu membengkok di sekitar rintangan. Setiap rentang panjang gelombang radio memiliki karakteristik propagasinya sendiri, tetapi tidak ada perubahan tajam dalam fitur pembeda di perbatasan rentang tetangga.

Karakteristik distribusi

Gelombang superpanjang dan panjang membengkok di sekitar permukaan planet, menyebar oleh sinar permukaan lebih dari ribuan kilometer.

Gelombang sedang memiliki daya serap yang lebih kuat, sehingga hanya mampu menempuh jarak 500-1500 kilometer. Ketika ionosfer padat dalam kisaran ini, dimungkinkan untuk mengirimkan sinyal oleh sinar ruang angkasa, yang menyediakan komunikasi lebih dari beberapa ribu kilometer.

Gelombang pendek merambat hanya dalam jarak pendek karena penyerapan energinya oleh permukaan planet. Spasial, di sisi lain, mampu berulang kali mencerminkan dari permukaan bumi dan ionosfer, mengatasi jarak jauh, melakukan transmisi informasi.

Ultrashort mampu mengirimkan sejumlah besar informasi. Gelombang radio dengan kisaran ini menembus ionosfer ke luar angkasa, sehingga praktis tidak cocok untuk komunikasi terestrial. Gelombang permukaan dari rentang ini dipancarkan dalam garis lurus, tanpa menekuk di sekitar permukaan planet.

Dimungkinkan untuk mengirimkan informasi dalam jumlah besar dalam pita optik. Paling sering, rentang ketiga gelombang optik digunakan untuk komunikasi. Di atmosfer bumi, mereka mengalami redaman, sehingga pada kenyataannya mereka mengirimkan sinyal pada jarak hingga 5 km. Tetapi penggunaan sistem komunikasi seperti itu menghilangkan kebutuhan untuk mendapatkan izin dari inspektorat telekomunikasi.

Prinsip modulasi

Untuk mengirimkan informasi, gelombang radio harus dimodulasi dengan sinyal. Pemancar memancarkan gelombang radio termodulasi, yaitu dimodifikasi. Gelombang pendek, menengah dan panjang memiliki modulasi amplitudo, sehingga disebut sebagai AM. Sebelum modulasi, gelombang pembawa bergerak dengan amplitudo konstan. Modulasi amplitudo untuk transmisi mengubahnya dalam amplitudo, sesuai dengan tegangan sinyal. Amplitudo gelombang radio berubah sebanding dengan tegangan sinyal. Gelombang ultrashort dimodulasi frekuensi, sehingga disebut sebagai FM. memaksakan frekuensi tambahan yang membawa informasi. Untuk mengirimkan sinyal melalui jarak, itu harus dimodulasi dengan sinyal frekuensi yang lebih tinggi. Untuk menerima sinyal, Anda perlu memisahkannya dari gelombang subcarrier. Dengan modulasi frekuensi, lebih sedikit interferensi yang dibuat, tetapi stasiun radio dipaksa untuk disiarkan di VHF.

Faktor-faktor yang mempengaruhi kualitas dan efisiensi gelombang radio

Kualitas dan efisiensi penerimaan gelombang radio dipengaruhi oleh metode radiasi terarah. Contohnya adalah parabola yang mengarahkan radiasi ke lokasi sensor penerima yang dipasang. Metode ini memungkinkan kemajuan yang signifikan di bidang astronomi radio dan membuat banyak penemuan dalam sains. Dia membuka kemungkinan untuk membuat siaran satelit, metode nirkabel dan banyak lagi. Ternyata gelombang radio mampu memancarkan Matahari, banyak planet di luar tata surya kita, serta nebula luar angkasa dan beberapa bintang. Diasumsikan bahwa di luar galaksi kita ada objek dengan emisi radio yang kuat.

Jangkauan gelombang radio, perambatan gelombang radio, tidak hanya dipengaruhi oleh radiasi matahari, tetapi juga oleh kondisi cuaca. Jadi, gelombang meter sebenarnya tidak bergantung pada kondisi cuaca. Dan kisaran rambat sentimeter sangat tergantung pada kondisi cuaca. Hal ini terjadi karena fakta bahwa gelombang pendek tersebar atau diserap di lingkungan perairan selama hujan atau pada peningkatan tingkat kelembaban di udara.

Juga, kualitas mereka dipengaruhi oleh hambatan yang muncul di jalan. Pada saat-saat seperti itu, sinyal memudar, sementara audibilitas menurun secara signifikan atau menghilang sama sekali selama beberapa saat atau lebih. Contohnya adalah reaksi TV terhadap pesawat terbang yang terbang tinggi ketika gambar berkedip dan garis putih muncul. Ini disebabkan oleh fakta bahwa gelombang dipantulkan dari pesawat dan melewati antena TV. Fenomena seperti itu dengan televisi dan pemancar radio lebih mungkin terjadi di kota-kota, karena jangkauan gelombang radio tercermin pada bangunan, menara bertingkat tinggi, meningkatkan jalur gelombang.