РАСПРОСТРАНЕ́НИЕ РАДИОВО́ЛН

РАСПРОСТРАНЕ́НИЕ РАДИОВО́ЛН, про­цес­сы пе­ре­да­чи элек­тро­маг­нит­ных волн ра­дио­диа­па­зо­на в про­стран­ст­ве от од­но­го мес­та к дру­го­му, в ча­ст­но­сти от пе­ре­дат­чи­ка к при­ём­ни­ку. В ес­теств. ус­ло­ви­ях Р. р. про­ис­хо­дит в разл. сре­дах – в ат­мо­сфе­ре, кос­мич. плаз­ме, в при­по­верх­но­ст­ном слое Зем­ли. Р. р. су­ще­ст­вен­но за­ви­сит от дли­ны вол­ны, ос­ве­щён­но­сти зем­ной ат­мо­сфе­ры Солн­цем, от трас­сы рас­про­стра­не­ния (вер­ти­каль­ная, на­клон­ная и др.) и от ря­да др. фак­то­ров.

В од­но­род­ных сре­дах ра­дио­вол­ны рас­про­стра­ня­ют­ся пря­мо­ли­ней­но, по­доб­но све­то­вым лу­чам. Од­на­ко ре­аль­ные сре­ды (в ча­ст­но­сти, ат­мо­сфе­ра, где про­ис­хо­дит Р. р.) не­од­но­род­ны. В них по­ка­за­тель пре­лом­ле­ния $n$ ме­ня­ет­ся на раз­ных уча­ст­ках рас­про­стра­не­ния: и в го­ри­зон­таль­ной плос­ко­сти, и по вы­со­те. Так, при Р. р. в тро­по­сфе­ре, по­ка­за­тель пре­лом­ле­ния ко­то­рой с вы­со­той убы­ва­ет, ра­дио­вол­ны от­кло­ня­ют­ся к Зем­ле, оги­бая вы­пук­ло­сти. Это яв­ле­ние, на­зы­вае­мое нор­маль­ной тро­по­сфер­ной реф­рак­ци­ей, спо­соб­ст­ву­ет Р. р. за пре­де­лы пря­мой ви­ди­мо­сти. Прак­ти­че­ски этот эф­фект су­ще­ст­вен толь­ко для ульт­ра­ко­рот­ких волн (УКВ), а для бо­лее длин­ных волн пре­об­ла­да­ет оги­ба­ние в ре­зуль­та­те ди­фрак­ции. Ме­тео­ро­ло­гич. ус­ло­вия мо­гут ос­лаб­лять или уси­ли­вать реф­рак­цию. Вы­со­кие хол­мы, воз­вы­шен­но­сти, го­ры так­же силь­но «воз­му­ща­ют» по­ле, об­разуя за­те­нён­ные об­лас­ти. Ди­фрак­ция ра­дио­волн на гор­ных хреб­тах ино­гда при­во­дит к уси­ле­нию вол­ны из-за ин­тер­фе­рен­ции пря­мых и от­ра­жён­ных от по­верх­но­сти Зем­ли волн. Кро­ме ре­гу­ляр­ных из­ме­не­ний на­пря­жён­но­сти элек­трич. по­ля с вы­со­той, в тро­по­сфе­ре су­ще­ст­ву­ют не­ре­гу­ляр­ные не­од­но­род­но­сти (флук­туа­ции), воз­ни­каю­щие в ре­зуль­та­те не­у­по­ря­до­чен­но­го дви­же­ния воз­ду­ха. На них про­ис­хо­дит рас­сея­ние ра­дио­волн УКВ-диа­па­зо­на, при­во­дя­щее к флук­туа­ци­ям ам­пли­ту­ды и фа­зы ра­дио­вол­ны. По­ле в точ­ке приё­ма об­ра­зу­ет­ся в ре­зуль­та­те ин­тер­фе­рен­ции боль­шо­го чис­ла рас­се­ян­ных волн, по­это­му из­ме­не­ния ам­пли­ту­ды и фа­зы сиг­на­ла бес­по­ря­доч­ны. Од­на­ко ср. зна­че­ние ам­пли­ту­ды сиг­на­ла зна­чи­тель­но пре­вы­ша­ет ам­пли­ту­ду, ко­то­рая мог­ла бы быть обу­слов­ле­на нор­маль­ной тро­по­сфер­ной реф­рак­ци­ей.

В про­стран­ст­ве, ог­ра­ни­чен­ном сни­зу Зем­лёй, а свер­ху от­ра­жаю­щим сло­ем тро­по­сфе­ры, об­ра­зу­ет­ся ат­мос­фер­ный вол­но­вод и вол­на мо­жет рас­про­стра­нять­ся на очень боль­шие рас­стоя­ния. Та­ким вол­но­вод­ным спо­со­бом мо­гут рас­про­стра­нять­ся толь­ко де­ци­мет­ро­вые, сан­ти­мет­ро­вые и бо­лее ко­рот­кие вол­ны. По­гло­ще­ние ра­дио­волн в тро­по­сфе­ре пре­неб­ре­жи­мо ма­ло́.

Р. р. в ио­но­сфе­ре слож­нее, чем в тро­по­сфе­ре. Элек­трич. свой­ст­ва ио­но­сфе­ры раз­лич­ны для раз­ных диа­па­зо­нов ра­дио­волн. По­ка­за­тель пре­лом­ле­ния ио­но­сферы $n\approx \sqrt{1-ω_0^2/ω^2}$, где $ω$  – час­то­та радио­вол­ны, $ω_0$ – плаз­мен­ная (ленг­мю­ров­ская) ча­сто­та элек­тро­нов. В ио­но­сфе­ре мо­гут рас­про­стра­нять­ся вол­ны толь­ко с час­то­той $ω\gt ω_0$. С уве­ли­че­ни­ем час­то­ты ра­дио­вол­ны по­ка­за­тель пре­лом­ле­ния ио­но­сфе­ры рас­тёт, при­бли­жа­ясь к 1. Па­даю­щая вер­ти­каль­но на ио­но­сфе­ру вол­на, про­ни­кая в ио­но­сфе­ру, рас­про­стра­ня­ет­ся в ней до та­ко­го уров­ня, на ко­то­ром $ω=ω_0$ и $n=0$. На этой вы­со­те про­ис­хо­дит пол­ное от­ра­же­ние вол­ны от ио­но­сфер­но­го слоя. Макс. час­то­та вол­ны, от­ра­жаю­щей­ся от слоя ио­но­сфе­ры при вер­ти­каль­ном па­де­нии, на­зы­ва­ет­ся кри­ти­че­ской $ω_{кр}=ω_{0макс}$. Кри­тич. час­то­та слоя $F2$ ио­но­сфе­ры из­ме­ня­ет­ся в те­че­ние су­ток и от го­да к го­ду при­бли­зи­тель­но от 5 до 10 МГц. Вол­ны с час­то­той $ω>ω_{кр}$ $(F2)$ про­хо­дят че­рез слой не от­ра­жа­ясь. При на­клон­ном па­де­нии вол­ны на ио­но­сфе­ру про­ис­хо­дит реф­рак­ция, как в тро­по­сфе­ре. Ра­дио­вол­на, па­даю­щая на ио­но­сфе­ру под уг­лом $φ_0$, по­во­ра­чи­ва­ет к Зем­ле на вы­со­те $h$, для ко­то­рой вы­пол­ня­ет­ся ус­ло­вие $n(h)=\sin j_0$. Макс. час­то­та вол­ны, от­ра­жаю­щей­ся от ио­но­сфе­ры при па­де­нии под этим уг­лом, рав­на $ω_{кр}\sec j_0\gt φ_{кр}$ и на­зы­ва­ет­ся мак­си­маль­но при­ме­ни­мой час­то­той $ω_{мпч}$. Вол­ны с $ω\lt ω_{мпч}$, от­ра­жа­ясь от ио­но­сфе­ры, воз­вра­ща­ют­ся к Зем­ле, что ис­поль­зу­ет­ся для даль­ней ра­дио­свя­зи (см. Ионо­сфер­ный вол­но­вод).

Кро­ме ре­гу­ляр­ной за­ви­си­мо­сти элек­трон­ной кон­цен­тра­ции от вы­со­ты, в ионо­сфе­ре по­сто­ян­но про­ис­хо­дят слу­чай­ные из­ме­не­ния кон­цен­тра­ции. Ио­но­сфер­ный слой со­дер­жит боль­шое чис­ло не­од­но­род­ных об­ра­зо­ва­ний разл. раз­ме­ра, ко­то­рые воз­ни­ка­ют, напр., при втор­же­нии ме­тео­ри­тов и на­хо­дят­ся в по­стоян­ном из­ме­не­нии. По­это­му в точ­ку приё­ма, кро­ме осн. от­ра­жён­но­го сиг­на­ла, при­хо­дит мно­же­ст­во рас­се­ян­ных волн, что при­во­дит к за­ми­ра­ни­ям ра­дио­волн – хао­тич. из­ме­не­ни­ям сиг­на­ла. Су­ще­ст­во­ва­ние не­од­но­род­ных об­ра­зо­ва­ний де­ла­ет воз­мож­ным рас­се­ян­ное от­ра­же­ние ра­дио­волн при час­то­тах, зна­чи­тель­но пре­вы­шаю­щих макс. час­то­ты от­ра­же­ния от ре­гу­ляр­ной ио­но­сфе­ры. Ана­ло­гич­но рас­сея­нию на не­од­но­род­но­стях тро­по­сфе­ры это яв­ле­ние так­же обу­слов­ли­ва­ет даль­нее Р. р. (мет­ро­во­го диа­па­зо­на).

В сис­те­мах свя­зи ме­ж­ду под­зем­ны­ми или под­вод­ны­ми пунк­та­ми ис­поль­зу­ют час­тич­ное Р. р. вдоль по­верх­но­сти Зем­ли или мо­ря. Пре­иму­ще­ст­во сис­тем под­зем­ной свя­зи со­сто­ит в их не­за­ви­си­мо­сти от бурь, ура­га­нов и ис­кусств. раз­ру­ше­ний на по­верх­но­сти Зем­ли. Кро­ме то­го, сис­те­мы под­зем­ной свя­зи об­ла­да­ют вы­со­кой по­ме­хо­за­щи­щён­но­стью от пром. и ат­мо­сфер­ных шу­мов.