Propagacja fal radiowych: fale gruntowe, fale niebojcze i ionosfera

Trzy sposoby przekazania fal radiowych od A do B

Przeprowadzone fale radiowe mogą dotrzeć do odbiornika przez trzy naprawdę różne ścieżki. Gruntowa falę zasłania krzywa powierzchnia Ziemi dzięki difrakcji, co jest przydatne głównie na niskich częstotliwościach, gdzie długość fali jest duża. Niebojcza fala porusza się w górę i odbija się z powrotem do dolnej części ionosfery, pozwalając na przekazywanie sygnałów dalej niż horyzont. Fala linii polażenia prosto porusza się prawie wprost i potrzebuje bezpośredniego, głównie niewybrukowanego ścieżki między nadawcą a odbiornikiem — jedynym rozwiązaniem, gdy częstotliwość jest już zbyt wysoka dla dwóch pozostałych.

Ionosfera jako nieperfekcyjny odbiornik

Oświetlenie ultravioletowe słoneczne wyciąga elektrony z atomów w górnej atmosferze, tworząc warstwy wolnych elektronów (oznaczone jako D, E, F1 i F2 w zależności od wysokości), które zachowują się jak słabo przewodzący plasma. Onda radiowa przechadzająca się przez plasma o gęstości elektronowej N widzi efektywną indeks refrakcji zależny od własnej częstotliwości f w porównaniu z częstotliwością plasma warstwy f_p:

f_p ∝ sqrt(N)                    (plasma frequency rises with electron density)
n(f) = sqrt(1 - (f_p / f)²)          (refractive index of the layer)

Dlaczego HF odbija się, a VHF przepływa prosto przez

Gdy częstotliwość wysłanej fali jest poniżej krytycznej częstotliwości warstwy (dla fal wysyłanych prosto w górę), indeks załamania efektywnie odwraca promień ku ziemi zamiast pozwalając mu przejść — warstwa działa jak lustrzana powierzchnia. Przesyłanie fali pod kątem zamiast prosto w górę pozwala na odbicie częstotliwości, która jest wyższa, co ściszy prawie prawidłową prawidłowość secantową:

MUF ≈ f_c / cos(θ) (MUF = maksymalna użyteczna częstotliwość, θ = kąt od pionu) Stąd powstaje to, dlaczego zakres HF (wysokiej częstotliwości) pomaga w nadmiarowaniu radiem międzykontynentalnym, odbijając się wielokrotnie między ionosferą a ziemią. Wśród częstotliwości VHF i wyższych (radio FM, telewizja, komórki mobilne) znajduje się krytyczna częstotliwość ionosfery na dowolnym prawidłowym kącie, co pozwala im przepływać prosto przez nią i ogranicza ich zakres do prawie linii widoczności.

MUF ≈ f_c / cos(θ)      (MUF = maximum usable frequency, θ = angle from vertical)

Gruntowa falę: podążanie krzywizny Ziemi

Na niskich i średnich częstotliwościach długość fali staje się porównywalna z, lub większa niż, przeszkody oraz krzywizna Ziemi, co powoduje difrakcję fal wokół horyzontu zamiast przechodzenia w straights line — to właśnie w ten sposób stacje nadawcze AM (środkowomarkowych) docierają do horyzontu i nieco dalej podczas dnia, całkowicie za pomocą gruntowej fali, bez udziału ionosfery.

Dzień, noc i dlaczego nadajniki AM docierają dalej po zmierzchu

Najniższa warstwa ionosferyczna, warstwa D, absorbuje znaczną część energii fal średniofotelowych i HF przechodzącej przez nią podczas dnia, ale tworzy się ona tylko w świetle słonecznym i rekomponuje się w ciągu kilku minut po zachodzie słońca, ponieważ nie ma źródła ionizującej się elektromagnetycznej radiacji nocą. Po zniknięciu warstwy D, fale średniofotelowe, które byłyby przysogane podczas drogi do góry, teraz docierają do wyższej warstwy F, rebotują efektywnie i podróżują dalsze setki kilometrów jako falę niebojcze — co dokładnie wyjaśnia dlaczego oddalone nadajniki AM, które są niewyraźne podczas dnia, często mogą być odebrane po zmierzchu.

Często zadawane pytania

Wypróbuj na żywo

Wszystko powyżej działa bezpośrednio w Twojej przeglądarce — otwórz Radio Wave Propagation i zmieniaj parametry podczas działania. Nic nie jest instalowane ani przesyłane na serwer, cały model działa w jednej karcie.