Šírenie krátkych vĺn
7. Šírenie krátkych vĺn
7.1 Zvláštnosti šírenia krátkych vĺn
7.1.1 Fyzikálne javy pri šírení krátkych vĺn
Do pásma krátkych vĺn patria podľa dohody vlny od 200 m do l0 m. Krátke vlny sa môžu šíriť ako povrchové a tiež ako priestorové. Vplyvom veľkého tlmenia v polovodivom povrchu zeme, ktorý sa zväčšuje s rastúcou frekvenciou, možno použitím povrchových vĺn realizovať spoje len na pomerne krátke vzdialenosti. Pri šírení priestorovej vlny možno využitím viacnásobného odrazu
od ionosféry dosiahnuť spojenie na ľubovoľnú vzdialenosť. Pri odraze od ionosféry pôsobí na vlnu veľmi malé tlmenie, ktoré sa zmenšuje s rastúcou frekvenciou.
Intenzitu poľa prízemnej vlny možno napr. vypočítať podľa Šulejkinovho - Van der Polovho vzorca.
V normálnych podmienkach šírenia priestorových vĺn plní každá z oboch základných vrstiev ionosféry E a F2 určitú funkciu. Vrstva E tlmí a vrstva F2 odráža. Schéma šírenia je na obr. 7.1.
Za normálnych podmienok je elektrónová koncentrácia vrstvy E nedostačujúca pre odraz. Súčasne je tlmenie vrstvy F2 pri odraze oveľa menšie ako tlmenie pri prieniku vrstvou E.
Pri šírení vĺn v polovodivom prostredí je miera tlmenia daná exponenciálnym činiteľom -δ1
kde δ je konštanta tlmenia a l - element trajektórie vlny. Ionosféra je ale nehomogénne prostredie, v ktorom je δ v rôznych miestach rozličná. Preto je miera tlmenia určená integrálnym výrazom
Pri hodnotách N a ú , ktorými sa vyznačujú vrstvy E a F2 v pásme krátkych vĺn, je hustota posuvného prúdu oveľa väčšia ako hustota prúdu vodivého, čiže 60 λ σi<<εri. Okrem toho je uhlová rýchlosť v pásme krátkych vĺn oveľa väčšia ako frekvencia zrážok. Hodnota ε sa len nepatrne líši od l pre takmer vodorovný lúč a je o niečo menšia ako 1 v bode odrazu. Keď vezmeme do úvahy tieto okolnosti a hodnotu σi zanedbáme, bude
Tento vzťah ukazuje, že konštanta tlmenia v ionosfére klesá s rastúcou frekvenciou. Okrem toho je pre danú frekvenciu stupeň tlmenia určený súčinom elektrónovej koncentrácie a počtu zrážok. Podľa ionosferických meraní je maximálna hodnota elektrónovej koncentrácie vrstvy F2 v poludňajších hodinách 1012 elektrónov/cm3 a vrstva E, l011 elektrónov/cm3. Počet zrážok vo vrstve F2 ú=103/s a vo vrstve E ú = l06 /s. Súčin Nú má pre vrstvu E hodnotu l017 a pre vrstvu F2 hodnotu 1015. Z toho vyplýva, že tlmenie vĺn vo vrstve F2 možno úplne zanedbať proti tlmeniu vo vrstve E.
V skutočnosti je však v dolnej časti vrstvy E a najmä vo vrstve D počet zrážok porovnateľný a uhlovou rýchlosťou. Za tejto podmienky nebude už konštanta tlmenia nepriamo úmerná štvorcu frekvencie a jej závislosť sa značne vyrovnáva.
Pre uskutočnenie spojenia na krátkych vlnách musia byť súčasne splnené dve podmienky.
1. Použitá frekvencia musí byť menšia, ako je maximálna hodnota frekvencie, potrebná pre danú dĺžku spoja a danú ionizáciu odrážajúcej vrstvy. To znamená, že pre určitú dennú a ročnú dobu možno použiť frekvenciu, ktorá nepresahuje určitú maximálnu hodnotu. Tým je pásmo použiteľných frekvencií ohraničené zhora.
2. Tlmenie vĺn vo vrstve E nesmie byť príliš veľké. Táto podmienka obmedzuje pásmo použiteľných frekvencií zdola, pretože tlmenie vzrastá s klesajúcou frekvenciou.
Pri nesplnení prvej podmienky nenastane odraz od vrstvy F2 bez ohľadu na veľkosť vyžiareného výkonu a spojenie sa neuskutoční. Táto podmienka je kritická. Druhú podmienku možno do určitej miery kompenzovať vyžiareným výkonom na strane vysielača.
Vlnové pásmo l0 - 100 m sa rozdeľuje na tri čiastkové pásma:
A. Denné vlny (od 10 - 25 m), ktoré sa používajú na spoje realizované v denných hodinách.
B. Nočné vlny (od 35 do l00 m), ktoré sa používajú na spoje v nočnej dobe.
C. Medziľahlé vlny (od 25 do 35 m), ktoré sa používajú v hodinách šera.
Dosiaľ sme uvažovali normálne, čiže také podmienky šírenia, ktoré sa najviac vyskytujú.
V letných mesiacoch, pri maximálnej slnečnej činnosti, dosiahne ionizácia
vrstvy E také vysoké hodnoty, že v poludňajších hodinách sa často vyskytnú
prípady odrazu od vrstvy E. Podmienky šírenia môžu byť ďalej narušené výskytom mimoriadnej vrstvy E0, ktorá vzniká vo výške vrstvy E s takou veľkou
koncentráciou elektrónov, že odráža a vrstva F2 prestáva zasahovať do šírenia.
Krátke vlny majú oproti dlhým a stredným vlnám výhodu v tom, že pôsobenie tlmenia pri šírení v ionosfére je malé. Ich hlavným nedostatkom je, že sa odrážajú od vrstvy F2, ktorá nie je taká stabilná ako vrstva E.
V pásme krátkych vĺn pôsobí oveľa silnejší únik ako na stredných vlnách.
Protiúnikové opatrenia sa ťažko realizujú a vyžadujú zložité zariadenia.
Premenlivosť ionosféry a okolnosť, že podlieha ionosférickým búrkam spôsobuje trvalé kolísanie intenzity poľa v mieste príjmu. Príčinou úniku je interferencia niekoľkých lúčov v mieste príjmu. Zatiaľ čo na stredných vlnách ide predovšetkým o interferenciu povrchovej a priestorovej vlhy, je príčinou úniku na krátkych vlnách interferencia niekoľkých priestorových vĺn. Na obr. 7.2, 7.3 a 7.4 sú znázornená prípady, kedy do miesta príjmu dopadá niekoľko priestorových vĺn.
Pre zmenu fázy o l80° je potrebná zmena dĺžky dráhy o λ/2, čiže o dĺžku rezu 10 m. Tieto zmeny nastávajú vplyvom fluktuácií v ionosfére.
Dva lúče môžu dopadnúť do miesta príjmu i následkom magneticko-iónového rozštiepenia. Vplyvom zemského magnetického poľa môže nastať dvojlom a lúč vnikajúci do ionosféry sa rozštiepi na dva eliptický polarizované lúče, ktoré nazývame riadnym a mimoriadnym lúčom. Interferencia medzi nimi spôsobuje únik signálu.
Interferenčný únik vzniká tiež tým, že ionosféra nie je dokonale hladké odrážajúce zrkadlo, čím vznikajú čiastočne rozptýlené odrazy. Potom dopadá do miesta príjmu množstvo elementárnych lúčov patriacich rôznym zväzkom.
Okrem interferenčného úniku vyskytuje sa asi v l0 - l5 % prípadov aj polarizačný únik.
