РАДИОРЕЛЕЙНЫЕ ЛИНИИ СВЯЗИ

СВОЙСТВА РАДИОВОЛН РАЗЛИЧНОЙ ДЛИНЫ. ОСОБЕННОСТИ УЛЬТРАКОРОТКИХ РАДИОВОЛН

Электромагнитные волны различной длины, исполь­зуемые в радиотехнике, принято разделять на пять диа­пазонов: сверхдлинные волны (длиной более 10 кило­метров), длинные волны (от 10 000 до 1000 метров), средние (от 1000 до 100 метров), короткие (от 100 до 10 метров) и ультракороткие (короче 10 метров).

Последние подразделяют на метровые (10—1 метр), дециметровые (100—10 сантиметров), сантиметровые (10—1 сантиметр) и миллиметровые волны (от 10 до

1 миллиметра).

Каждый диапазон имеет свои особенности как по условиям распространения радиоволн, так и по возмож­ностям и конструктивным особенностям радиоаппара­туры.

Первые радиорелейные линии работали на метровых волнах. Затем по мере развития ультракоротковолновой техники началось освоение дециметровых и сантиметро­вых волн. В настоящее время снова повысился интерес к метровым волнам в связи с последними достижениями в изучении их распространения на большие расстояния.

В чем же основные особенности распространения волн различных диапазонов?

Длинные волны хорошо огибают землю, и прием их на обычный радиовещательный приемник может быть произведен на расстоянии одной-двух тысяч километров от радиостанции.

Средние и короткие волны, прием которых также можно вести на обычный радиоприемиик, распространя­ются по-иному. Если сесть в автомобиль, оборудован­ный радиоприемником, и поехать, например, по трассе Москва — Симферополь, то уже на расстоянии 250— 300 километров от столицы прием московских станций на средних и коротких волнах прекратится. Однако еще через несколько сотен километров эти радиостанции будут слышны почти с прежней громкостью. В чем же тут дело?

Радиовещательные станции средних и коротких волн излучают радиоволны во все стороны. Часть из них, распространяющаяся вдоль поверхности земли и огиба­ющая ее, называется поверхностной волной. На средних и коротких волнах поверхностная волна быстро зату­хает, так как с укорочением длины волны возрастает поглощение радиоволн в почве, воде и т. л. Наоборот, другая часть радиоволн, распространяющаяся в направ­лении верхних слоев атмосферы, называемых ионосфе­рой, ослабляется в ней тем меньше, чем короче длина волны.

Ионосфера представляет собой сильно разреженный воздух, находящийся в ионизированном состоянии. Под действием в основном ультрафиолетового, а также кор­пускулярного *) излучения солнца атомы газов, состав­ляющих воздух, теряют часть электронов, т. е. стано­вятся ионами. Однако не вся толща атмосферы является ионосферой. Ионосферой называют лишь отдельные слои

*)' Корпускула (от латинск'ого слова согризаПит — тельце) — мельчайшая частица материи.

(их четыре) и «о0лака», находящиеся на высотах от 50—60 до 300—400 и выше километров от земной по­верхности. В этих слоях имеется большое количество ионов и свободных электронов. Ионосфера обладает способностью постепенно поворачивать падающие на нее радиоволны в направлении земли (рис. 10). Таким обра­зом, чем меньше длина волны, тем меньше поглощение радиоволн в ионосфере, тем большая часть их возвра­щается к земле. Вот за счет прихода к антенне прием­ника отраженных от ионосферы волн и происходит вос­становление приема радиостанций средних и коротких

Волн. Этим также объясняется тот факт, что прием даль­них станций на средних волнах существенно улучшается в вечерние и ночные часы. Ночью ионосферный слой пре­терпевает такие изменения, которые приводят к улучше­нию его отражающей способности.

Но, с другой стороны, чем короче длина волны, тем все медленнее отклоняются к земле падающие на ионо - сферу радиоволны. Наконец, при некоторой длине вол­ны, как раз около десяти метров, радиоволны пройдут сквозь ионосферные слои и не вернутся на землю (рис. 11). И только в годы максимальной солнечной активно­сти, когда ионосферные слои становятся более «густыми» и «толстыми», возможно отражение к земле радиоволн с длиной волны порядка 3—5 метров. Так как lia этих волнах работают телевизионные станции, то становится возможным прием их передач, правда очень нерегуляр­ный, за несколько тысяч километров от телецентра.

Поверхностная волна на ультракоротких волнах за­тухает еще быстрее, чем на коротких волнах. Распро­странение ультракоротких волн становится все более похожим на прямолинейное распространение света. Поэтому прием ультракоротковолновых сигналов возмо­жен только в пределах прямой видимости передающей

Антенны. Чтобы расширить зону уверенного приема, приходится поднимать антенны на все большую высоту. Вот почему антенны телецентров и радиорелейных стан­ций устанавливают на высоких мачтах (рис. 12), вот почему радиорелейные станции приходится строить на расстоянии 40—60 километров друг от друга.

Теперь о помехах в различных диапазонах.

Каждый радиослушатель знает, что прием во время грозы на обычный радиоприемник невозможен. Беспре­рывные трески из-за электрических разрядов в атмос­фере заставляют выключать радиоприемник.

Если радиослушатель одновременно является и те­лезрителем, то он, вероятно, замечал, что атмосфер­ные помехи телевидению значительно слабее. Эта

Закономерность сохраняется и при дальнейшем укоро­чении длины волны. На сантиметровых волнах атмо­сферные помехи почти не ощущаются и не мешают

Работе радиорелейных линий.

Однако при перехо­де на волны короче 5 сантиметров на устой­чивость прохождения радиоволн начинают влиять метеорологиче­ские условия. Напри­мер, на волнах длиной 1—2 сантиметра во время сильного дождя на каждом километре пути сигнал уменьша­ется дополнительно в

1,5— 2 раза по сравне­нию со случаем хоро­шей погоды. Это может привести к перерыву связи. Поэтому на ра­диорелейных линиях редко используются ра­диоволны длиной менее 5 сантиметров.

Отметим еще одну важную особенность ультракоротких радио­волн. Только на метро­вых и в особенности на дециметровых и санти­метровых волнах могут быть созданы антенны, излучающие энергию не во все стороны, а узким пучком, подобным лучу светового прожектора. Чем короче длина волны, тем более узкий луч радио­волн может быть получен от антенны тех же размеров. Этот пучок радиоволн направляют строго на приемную антенну. Таким образом, радиорелейная линия действи­тельно является линией, состоящей из радиолучей.

В заключение этого раздела остановимся на одном явлении, объясняющем распространение ультракоротких волн далеко за пределы прямой видимости, причем уве­ренный прием ультракоротких волн в этом случае регу­лярен и практически не зависит от состояния ионосферы и ее отражающей способности.

Возможно, что на усиленные поиски в этом направ­лении указало следующее наблюдение. Многие, конечно, видели луч прожектора, разрезающий темноту ночи. Но мало кто задавался вопросом, почему мы видим этот луч, хотя самого прожектора не видно? Если поставить такой вопрос, то ответить на него можно следующим образом.

Мы видим какой-либо предмет в том случае, если до нашего глаза доходит свет, от него отраженный. Зна­чит, мы видим луч прожектора потому, что до нашего глаза доходит небольшая часть света, отраженного от каких-то небольших неоднородностей в атмосфере.

А не может ли быть подобного явления на ультра­коротких волнах? Ведь они распространяются прямоли­нейно, подобно световым лучам, и тоже являются элек­тромагнитными волнами.

Действительно, такое же явление было обнаружено и на ультракоротких волнах, причем наиболее четко на метровых и дециметровых волнах.

Оказалось, что если увеличить мощность передатчи­ков до нескольких киловатт (на обычных линиях, как увидим ниже, она равна ваттам) и если сузить по срав­нению с обычными радиорелейными линиями радиолуч, то можно получить уверенный и регулярный прием на метровых волнах на расстоянии 200—300 километров и лаже 500 километров между ретрансляционными стан­циями.

Причиной подобного необычного распространения ультракоротких волн, как и в вышеприведенном при­мере со светом прожектора, является рассеяние радио­волн на неоднородностях в нижних слоях атмосферы, называемых тропосферой. Поэтому такое распростране­ние метровых волн (по высоте до нескольких километ­ров) и названо тропосферным (рис. 13).

Использование тропосферного распространения по­зволяет уменьшить количество промежуточных пунктов в несколько раз, что в ряде случаев окупает повышение затрат на сооружение мощного передатчика и громозд­ких антенн.

В настоящее время проектируются радиорелейные линии с использованием тропосферного распростране­ния. Примеры таких линий и их особенности наряду

С обычными радиорелейными линиями рассмотрены в третьей главе.

Совокупность отмеченных выше свойств радиоволн различных диапазонов является одной из причин, почему современные радиорелейные линии различных типов и назначений работают на волнах длиной от пяти санти­метров до одного-двух метров.