- Это способ распространения радиоволн, преимущественно в коротковолновом (КВ) диапазоне (3–30 МГц), за счет отражения и преломления в ионосфере.
- Позволяет осуществлять связь за горизонтом, на расстояния до тысяч километров.
- Зависит от времени суток, времени года, солнечной активности и состояния ионосферы.
Слои ионосферы:
- Слой F2: Самый верхний слой, существует круглосуточно, но его концентрация выше днем и летом. Максимальная дальность связи одним скачком — до 4000 км. Максимально применимая частота (МПЧ) зависит от концентрации слоя и угла отражения.
- Слой F1: Существует только днем, ночью сливается с F2. Максимальная дальность связи одним скачком — до 3000 км.
- Слой E: Менее подвержен солнечной активности, дальность связи одним скачком — до 2000 км. МПЧ зависит только от угла отражения.
- Слой Es (спорадический E): Появляется нерегулярно, чаще в экваториальных широтах. Характеристики аналогичны слою E.
- Слой D: Самый нижний, существует только днем, поглощает радиоволны КВ-диапазона. Ночью исчезает, что улучшает прием слабых и дальних сигналов, но увеличивает помехи из-за снижения МПЧ слоя F2.
- Аврора: Отражение радиоволн от полярного сияния, характерное для высоких широт.
- Прогноз МПЧ: Прогнозы МПЧ рассчитываются на основе данных о состоянии ионосферы. В России этим занимается ИЗМИРАН.
- Оптимальная рабочая частота (ОРЧ): Частота, выбираемая для минимизации влияния неоднородностей атмосферы, зависит от критической частоты и угла падения.
Дополнения и уточнения:
Критическая частота (f_c):
- Это максимальная частота, при которой радиоволна, направленная вертикально вверх, еще отражается от данного слоя ионосферы. Если частота радиоволны превышает критическую, она проходит сквозь слой и не возвращается на Землю.
- Для наклонного распространения (под углом) используется понятие МПЧ, которое всегда выше критической частоты, так как угол падения увеличивает эффективную плотность ионизации.
Механизм отражения и преломления:
- Радиоволны не просто «отражаются» от ионосферы, как от зеркала. На самом деле они преломляются в слоях с различной плотностью ионизации. Если угол падения и частота волны соответствуют условиям, волна может вернуться на Землю.
- Поглощение радиоволн в слое D происходит из-за столкновений электронов с нейтральными молекулами, что особенно сильно днем, когда солнечная радиация ионизирует этот слой.
Многоскачковое распространение:
- Для связи на расстояния, превышающие максимальную дальность одного скачка (например, 4000 км для слоя F2), радиоволны могут многократно отражаться от ионосферы и поверхности Земли. Это называется многоскачковым распространением. Однако с каждым скачком сигнал теряет энергию из-за поглощения и рассеяния.
Влияние солнечной активности:
- Солнечная активность (например, солнечные пятна и вспышки) сильно влияет на ионосферу. В периоды высокой активности (максимум 11-летнего цикла солнечной активности) концентрация ионизированных частиц в ионосфере увеличивается, что повышает МПЧ и улучшает условия для дальней связи. В периоды низкой активности (минимум цикла) дальность связи снижается.
- Солнечные вспышки могут вызывать внезапные ионосферные возмущения (SID — Sudden Ionospheric Disturbances), приводящие к кратковременному ухудшению или полной потере связи в КВ-диапазоне.
Практическое применение:
- Ионосферное распространение широко используется в радиосвязи, особенно там, где нет возможности использовать спутники или кабельные линии (например, в авиации, морской связи, любительском радио).
- Однако из-за изменчивости ионосферы и зависимости от внешних факторов, для профессиональной связи часто требуется точный прогноз условий прохождения радиоволн.
Прогнозы ИЗМИРАН:
- Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн (ИЗМИРАН) предоставляет данные о состоянии ионосферы, включая прогнозы МПЧ, критических частот и геомагнитной активности. Эти данные используются для планирования радиосвязи, особенно в профессиональных и научных целях.
Пример применения:
Допустим, радиолюбитель хочет установить связь между Москвой и Нью-Йорком (расстояние около 7500 км). Для этого потребуется многоскачковое распространение, так как один скачок слоя F2 обеспечивает максимум 4000 км. Радиолюбитель должен:
- Проверить прогноз МПЧ для трассы Москва–Нью-Йорк (например, на сайте ИЗМИРАН).
- Выбрать частоту, близкую к МПЧ, но не превышающую ее, чтобы обеспечить отражение от ионосферы.
- Учесть время суток: ночью слой D исчезает, что улучшает прием дальних станций, но может снизить МПЧ слоя F2.
Заключение:
Ионосферное распространение радиоволн — сложный, но хорошо изученный процесс, который позволяет осуществлять дальнюю радиосвязь без использования спутников или кабелей. Однако его эффективность сильно зависит от множества факторов, включая состояние ионосферы, солнечную активность и выбранную частоту. Для успешной связи важно учитывать прогнозы и выбирать оптимальные рабочие частоты.