Šírenie stredných vĺn
6. Šírenie stredných vĺn
6.1 Fyzikálne javy pri šírení stredných vĺn
Strednými vlnami nazývame podľa dohody elektromagnetické vlny, ktorým zodpovedajú frekvencie v pásme 0,1 - 1,5 MHz, čiže vlnové dĺžky v pásme od 3000 do 200 m.
Stredné vlny, podobne ako dlhé vlny, sa môžu šíriť ako povrchové a priestorové. Problematiku šírenia povrchových vĺn a výpočet intenzity poľa pri tomto spôsobe šírenia sme prebrali v tretej kapitole. V tejto kapitole sa preto budeme podrobnejšie zaoberať otázkami šírenia priestorových vĺn a šírením za terénnymi prekážkami.
Stredné vlny potrebujú pre odraz od ionosféry väčšiu hodnotu elektrónovej koncentrácie ako dlhé vlny. Použitím podmienky odrazu vertikálne smerovaného lúča (4.66) a podmienky pre horizontálne smerovaný lúč (tangenciálny lúč k povrchu zeme) (4.59) určíme hodnotu elektrónovej koncentrácie, ktorá je potrebná pre odraz oboch lúčov. Elektrónová koncentrácia vrstvy D vplyvom veľkého počtu zrážok je pre odraz stredných vĺn nedostatočná. Preto predpokladáme, že sa stredné vlny odrážajú najmä od vrstvy E, kde je počet zrážok ú = 105/s. Potom sa vyžadujú tieto minimálne hodnoty elektrónovej koncentrácie:
Tabuľka ukazuje, že pre odraz vĺn, ktoré sa blížia hranici krátkovlnového pásma, musí preniknúť lúč na úroveň, kde je elektrónová koncentrácia rádovo 104 elektrónov/cm3 . Tým prichádzame k záveru, že stredné vlny sa lámu v ionosfére postupne od jej najnižších vrstiev a úplný odraz nastane vo vrchole trajektórie.
Prenikaním do hĺbky ionosféry pôsobí na elektromagnetickú vlnu značné tlmenie. Toto tlmenie odhadneme osobitne pre vrstvu D a osobitne pre vrstvu E.
Predpokladajme, že počet zrážok vo vrstve D je ú = 5.107/s. Hodnota elektrónovej koncentrácie pre celé pásmo stredných vĺn N = 103 elektrónov/cm3. Podľa rovníc (4.31) a (4.32) vypočítame:
εri = 1 a σi = 5,6.l0-7 S/m pre f = 1,5 MHz
εri = 1 a σi = 5,5.10-7 S/m pre f = 0,1 MHz
V oboch prípadoch je posuvný prúd oveľa väčší ako vodivý, a preto konštantu tlmenia vypočítame podľa vzťahu (2.56), kde po dosadení získaných hodnôt dostaneme:
δ= 8,8.l0-5/m pre f = 1,5 MHz
δ= 8,8.10-5/m pre f = 0,1 MHz
Aj keď predpokladáme hrúbku vrstvy D asi 15 km, prejde lúč v tejto vrstve 30 km, tlmenie je vzhľadom na vypočítané hodnoty veľmi malé.
Teraz vyšetríme tlmenie, ktoré pôsobí na stredné vlny vo vrstve E cez deň. Predpokladáme, že šírenie prechádza nižšími úsekmi tejto vrstvy, ktoré sa vyznačujú približne rovnakou elektrónovou koncentráciou ako vo vrstve D, ale s oveľa menším počtom zrážok. Odhadnime vzhľadom na rozdiel výšok odrazu, že v nižších úsekoch vrstvy E je N = l03 elektrónov/cm3 a ú = l0 /s pre frekvenciu l,5 MHz a N = 20 elektrónov /cm3 a ú = l0 /s pre frekvenciu 0,l MHz. Rovnakým postupom ako pri vrstve D vypočítame:
εri =1 σi = 3,1.10-7 S/m pre frekvenciu 1,5 MHz
εri =1 σi = 4.10-7 S/m pre frekvenciu 0,1 MHz
Aj v tomto prípade je Jp >> Jv a použitím rovnice (2.56) vypočítame:
δ = 5,85.10-5 pre frekvenciu 1,5 MHz a
δ= 7,55.10-5 pre frekvenciu 0,1 MHz
Tieto čísla ukazujú, že tlmenie v nižšej časti vrstvy E je rovnakého rádu ako vo vrstve D. Toto tlmenie je však veľmi nerovnomerné pozdĺž pásma. Pre frekvenciu l60 kHz a stredné hodnoty tlmiacej oblasti: N = 250 elektrónov/cm3 a ú = l06/s, dostaneme:
δi = 3,5.10-6 S/m δ= 7.10-4/m
Taká konštanta tlmenia znamená, že na dráhe 20 km sa zmenší amplitúda vlny e14 -krát, čo je hodnota veľmi vysoká. Pri výpočte sme neprihliadali na zemské magnetické pole. Pôsobením gyromagnetickej rezonancie vzrastá tlmenie vĺn v okolí 200 m, čím vzniká v pásme 200 - 2 000 m jeho isté vyrovnanie.
Po západe Slnka zmizne vrstva D a dolná časť vrstvy E vplyvom rýchlej rekombinácie. Za týchto podmienok sa zmenší počet zrážok na ú = 105 /s a elektrónová koncentrácia v tlmiacej oblasti klesne na 100 elektrónov/cm . Tým klesne vodivosť na σi - 2,8.10-7 S/m a konštanta tlmenia bude δ = 5,6.10-5/m. Vzhľadom na to, že po západe Slnka sa hrúbka tlmiacej oblasti značne zmenší, prichádzame k záveru, že po západe Slnka podstatne klesá tlmenie stredných vĺn v ionosfére. Súčasne sa zmenšuje aj vplyv gyromagnetickej rezonancie, pretože jeho vplyv je veľký pri hustej atmosfére a pri veľkom počte zrážok s neutrálnymi molekulami.
Vo dne sú vlny od 200 do 2 000 m pri odraze od ionosféry tlmené tak veľmi, že pri bežných výkonoch vysielačov možno priestorové vlny v tomto pásme zanedbať. Po západe Slnka sa naopak tlmenie stredných vĺn pri odraze od ionosféry rýchlo zmenšuje a potom prichádza do úvahy aj šírenie priestorovej vlny. Výnimkou sú rádiové spoje, ktoré prechádzajú cez vysoké zemepisné šírky, kde sa musia uvažovať priestorové vlny vo dne v priebehu zimných mesiacov.
