Для установления устойчивой радиосвязи необходимо правильно выбрать диапазон используемых частот. В ГМССБ такой выбор осуществляется с помощью специальных программ, входящих в состав судовой радиоаппаратуры. Если же у оператора ГМССБ возникнет необходимость выбора частот для связи самостоятельно, необходимо иметь представление о свойствах радиоволн различных диапазонов и условиях их распространения.
Атмосфера Земли является неоднородной средой. Давление, плотность, температура, влажность и другие параметры в разных объемах воздушного слоя Земли имеют разные значения. В атмосфере содержатся в большом количестве нейтральные и заряженные частицы. По этим причинам скорости распространения радиоволн не одинаковы и зависят от длины волны. Наблюдается преломление и отражение волн на границах слоев атмосферы с разными параметрами, рассеяние (отклонение волн во все стороны по отношению к первоначальному направлению распространения), поглощение электромагнитной энергии, увеличивающееся с увеличением концентрации заряженных частиц.
Радиоволны подвержены дифракции (огибание препятствий, соизмеримых с длиной волны) и интерференции (взаимодействие двух и более волн одинаковой длины). Толщина земной атмосферы равна десяткам тысяч километров и делится условно на три основных слоя: тропосферу - приземный слой атмосферы, простирающийся до высот 10-14 км, стратосферу - слой до 60-80 км и ионосферу - ионизированный воздушный слой малой плотности над стратосферой, переходящий в радиационные пояса Земли. В тропосфере и стратосфере давление воздуха, содержание влаги и коэффициент преломления уменьшаются по мере подъема вверх.
Состав воздуха меняется мало. Температура воздуха до высот порядка 20 км понижается, до высот около 50 км несколько возрастает, затем опять понижается и т. д. Верхние слои атмосферы подвергаются воздействию солнечного излучения, потока заряженных космических частиц, ультрафиолетового излучения некоторых звезд и космической пыли, что вызывает расщепление (ионизацию) нейтральных молекул на электроны и ионы, концентрация которых зависит от высоты. На высотах 60-90 км в зимнее время днем образуется слой D с низкой концентрацией электронов, не более 103 эл/см 3. Ночью он распадается вследствие рекомбинации ионов и электронов.
Над слоем D располагается слой E, имеющий на высоте 110-130 км концентрацию электронов 104 эл/см3 в зимнее время, до 105 эл/см3 - в летнее время днем. Иногда на высоте 95-125 км образуется слой с концентрацией электронов в несколько раз выше, чем в слое E. Его называют спорадическим слоем Es.
Над слоем E имеется слой F, который в летнее время расщепляется на слой F1 с максимумом ионизации на высоте около 200-300 км и слой F2 с максимумом ионизации на высоте 350 км. Степень ионизации слоя F2 различна в летнее и в зимнее время и изменяется в течение суток.
Степень ионизации верхних слоев атмосферы сильно зависит от активности Солнца.
Внутренний пояс находится на расстоянии около 500-1600 км от Земли в области низких широт и простирается до высоты около 9000 км на более высоких широтах. Он состоит в основном из протонов. Внешний пояс радиации начинается на высоте около 13000 км и простирается до высот, равных нескольким радиусам Земли. В нем преобладают электроны.
Земная поверхность, тропосфера и ионосфера оказывают сильное влияние на распространение радиоволн. Распространяющиеся от передатчиков волны разделяют на поверхностные и пространственные.
Поверхностные волны распространяются вблизи поверхности Земли, огибают ее вследствие дифракции, преломления и рассеяния в тропосфере.
Пространственные волны - это волны, излучаемые под разными углами к поверхности Земли, они попадают в ионосферу, претерпевают в ней преломление и отражение на границах с ионосферными неоднородностями.
Километровые волны (λ=10÷1 км) распространяются в виде поверхностных и пространственных волн. Поверхностные волны хорошо огибают поверхность Земли, поглощаются сравнительно слабо атмосферой, но очень сильно - поверхностью земли и препятствиями. Радиосвязь на поверхностных волнах осуществляется на сравнительно небольших расстояниях
Пространственные волны этого диапазона отражаются от ионосферных слоев D (днем) и E (ночью), попадают на поверхность Земли, отражаются и опять попадают в ионосферные слои и т. д.
Условия распространения почти не зависят от сезона, уровня солнечной активности. Мало влияет на них время суток. Для передачи на расстояние свыше 5000 км требуются мощные передатчики и антенны больших размеров.
Гектометровые волны (λ=1÷0,1 км) в виде поверхностных волн сильно поглощаются почвой и распространяются на расстояние, не превышающее 1000 км. Пространственная волна днем поглощается слоем D, вечером и ночью отражается от слоя E, при этом дальность связи сильно увеличивается.
Декаметровые волны (λ=100÷10 м) распространяются в виде поверхностных волн на расстояния, измеряемые лишь десятками километров, и практического значения не имеют. Волны хорошо поглощаются почвой и препятствиями. Пространственные волны декаметрового диапазона распространяются на любые земные расстояния при сравнительно малой мощности передатчика и широко используются для дальней радиосвязи.
При работе на декаметровых волнах проявляются нежелательные явления: замирание сигналов и радиоэхо, нарушение связи в результате ионосферных возмущений, появление зон молчания.
Зоны молчания (мертвые зоны) - это зоны, расположенные на небольшом расстоянии от передатчика, в которые не попадают поверхностные и пространственные волны.
Явление радиоэха объясняется приходом сигналов передатчика к приемнику двумя путями - кратчайшим и обогнув земной шар с противоположной стороны. Замирание объясняется сложением волн, приходящих в пункт приема разными путями с разными фазами. Беспрерывно изменяются высота и степень ионизации ионосферы, длина пути волн, а следовательно, и их фаза. В результате происходит периодическое ослабление (когда волны в противофазе) и усиление сигнала (когда волны в фазе) в месте приема. Для ослабления влияния замирания и радиоэха применяются направленные антенны .
Волны короче 10 м ионосферой не отражаются, а пронизывают ее насквозь и уходят в космос, поэтому для связи используются только поверхностные волны, которые не в состоянии огибать препятствия в виде гор и даже больших зданий. Они распространяются в пределах прямой видимости на расстояние A:
где H - высота антенны береговой УКВ станции, h - высота судовой антенны .
За счет небольшой рефракции дальность связи незначительно превышает расчетную. Иногда возможны такие состояния атмосферы, при которых коэффициент преломления по мере подъема вверх изменяется в большей степени, чем в нормальных условиях. Это явление называется сверхрефракцией. Радиоволны могут распространятся на расстояния в десятки раз больше расстояния прямой видимости.
На распространение радиоволн сантиметрового и миллиметрового диапазонов оказывают большое влияние метеорологические условия. Они поглощаются и рассеиваются в атмосфере, особенно во время дождя или тумана.
Преимуществом волн короче 10 м является полное отсутствие замирания и помех при их приеме. При малых размерах антенны обеспечивается большая направленность излучения и приема.
В действительности из одной точки можно связаться с конкретной радиостанцией в нескольких диапазонах и окончательный выбор частоты производится с учетом помех от соседних радиостанций, атмосферных помех, замирания, мощности передатчика корреспондента и т.д.
Для практической радиосвязи с учетом параметров судовой приемо-передающей аппаратуры ГМССБ можно при выборе диапазонов частот ориентироваться на табл. 2.3.
Литература
ГМССБ за три недели - Припотнюк А.В., Дубчук П.С. [2015]
