От ионосферы

r, км
f max Е, МГц	–	1,6	2,1	2,4	–
f max F 2, МГц	4,0	5,5	8,4	12,5	20,7

Данные табл. 7.1 отражают состояние ионосферы для наиболее
неблагоприятных условий отражения – в те ночные часы, когда электронная концентрация в среднем не превышает величины 2,5∙10⁵ 1/см³ в слое F и 5∙10³ 1/см³ в слое Е.

Из табл. 7.1 следует, что слой Е в качестве отражающего слоя для коротких волн может служить на расстояниях, превышающих 200 км, оставаясь при этом и поглощающим слоем. Несложно показать, что максимальное расстояние, на которое может распространяться волна, отраженная от слоя Е, из-за кривизны Земли ограничена величиной порядка 2500 км. В то же время слой F отражает короткие волны практически при любых углах падения, а максимальная протяженность радиолинии при односкачковом распространении составляет примерно 4000 км.

Таким образом, слой F является основным отражающим слоем на коротких волнах, а слои D и Е – поглощающими слоями. В дневное время в летние месяцы, когда слой F расщепляется на два слоя F ₁ и F ₂, отражение может происходить как от слоя F ₂, так и от слоя F ₁. В ночное время, когда слой F ₁ отсутствует, в качестве отражающего служит слой F ₂.

Нормальные условия распространения коротких волн могут нарушаться во время возникновения спорадического слоя Е_s. Обладая в ряде случаев весьма высокой электронной концентрацией, слой Е_s становится отражающим слоем для коротких волн. Так как слой Е_s расположен на высоте слоя Е, то в случае его возникновения слой F перестает участвовать в распространении коротких волн.

Как было показано в главе 4, диэлектрическая проницаемость ионосферы и удельная проводимость определяются по формулам:

(7.1)

где N – электронная концентрация; ν – число соударений электронов с нейтральными частицами в 1 с.

На коротких волнах ω >> ν, поэтому формулы для ε_и σ_и принимают более простой вид:

(7.2)

Кроме того, при тех значениях N и ν, которые характеризуют состояние слоев Е и F ₂ ионосферы, в диапазоне коротких волн справедливо неравенство

. (7.3)

Поэтому коэффициент поглощения следует определять по формуле, которая получена в главе 4 для среды, по своим свойствам близкой к диэлектрику:

1/м. (7.4)

На коротких волнах с достаточной точностью можно положить
ε_и» 1. Подставляя (7.2) в (7.4), получим окончательно:

, 1/м. (7.5)

Формула (7.5) позволяет сделать следующие важные выводы. Во-первых, поглощение в ионосфере на коротких волнах обратно пропорционально частоте волны, что соответствует утверждению, сделанному в главе 4. Во-вторых, поглощение в ионосфере определяется произ-ведением электронной концентрации и числа соударений электронов
с нейтральными частицами. Как следует из табл. 4.2, это произведение имеет максимальное значение для слоя Е. Расчет показывает, что поглощение в слое Е примерно в 100 раз превосходит поглощение в слое F ₂. Таким образом, основным поглощающим слоем ионосферы на коротких волнах является слой Е.

В реальных условиях поглощение коротких волн происходит и в слое D. На этих высотах ω >> ν, поэтому в формулах (7.2) уже нельзя пренебрегать величиной ν по сравнению с ω.

Подведем итог вышеизложенному. Естественно, что для уменьшения поглощения в ионосфере необходимо при радиосвязи на коротких волнах применять более высокие частоты. Однако при этом нужно учитывать, что на радиолинии заданной протяженности должно обеспечиваться условие отражения волны от ионосферы. Поэтому рабочая частота не должна превышать максимальную частоту для данной радиолинии. Работа на максимальной частоте связана с риском нарушения отражения из-за изменчивости состояния слоя F ₂. Исходя из этого рабочую частоту выбирают примерно равной 0,7 f _max, тем самым уменьшая вероятность нарушения радиосвязи. Частота волны, отвечающая этим двум условиям, называется оптимальной рабочей частотой (ОРЧ).

Пример 7.1. Определить оптимальную рабочую частоту на коротковолновой линии радиосвязи при следующих условиях:

· протяженность трассы r = 2000 км;

· время – летний день.

Оптимальная рабочая частота обычно берется равной 0,7 f _max. Максимальная рабочая частота f _max определяется по формуле (4.58):

.

Электронную концентрацию отражающего слоя определим из табл. 4.2 для летнего дня. Так как длина трассы составляет 2000 км, то отражающим слоем будет слой F ₂. По этой же таблице определим действующую высоту слоя h _д. Угол возвышения β найдем по формуле (4.56):

.

Для определения угла падения φ₀ волны на слой воспользуемся формулой

, (7.6)

где геоцентрический угол θ определим из соотношения (5.2):

,

где r – в километрах.

Вычисленные величины сведем в табл. 7.2.

Т а б л и ц а 7.2