Тропосферные волны


Распространение радиоволн не ограничивается рассмотренными выше способами. Иначе был бы невозможен прием сигналов на очень высоких радиочастотах, например на расстояниях, на 50% превышающих дальность прямой видимости. Однако каждый владелец телевизионного приемника знает, что часто можно принимать достаточно сильные телевизионные сигналы ультракоротких волн на расстояниях, которые намного больше дальности прямой видимости. Конечно, такой прием возможен не всегда. Он зависит от изменений состояния атмосферы. Прием такого рода основан на явлении тропосферного распространения.
Тропосфера — это та часть земной атмосферы, где формируются облака. Она простирается до 10 км от поверхности земли. У верхней границы тропосферы температура уменьшается до —50° С. Выше тропосферы находится стратосфера. В довольно большой области стратосферы температура остается постоянной — около —50° С. Диэлектрическая постоянная воздуха у поверхности земли, где воздух более плотный, несколько больше единицы. На больших высотах, где плотность воздуха стремится к нулю, она уменьшается до единицы.
Диэлектрическая постоянная сухого воздуха слегка больше единицы. Ее увеличивает наличие водяных паров. Поэтому эффективная диэлектрическая постоянная зависит от атмосферных условий, т. е. от погоды. Обычной, или стандартной, атмосферой считают такую, в которой диэлектрическая постоянная с высотой монотонно уменьшается. Она становится равной единице на высоте, где плотность воздуха близка к нулю. Тогда в тропосфере радиоволны распространяются, медленно искривляясь к земле. Это дает небольшое увеличение дальности распространения. Фактически стандартных атмосферных условий никогда не существует. Воздух все время находится в турбулентном движении. Часто слои воздуха на разных высотах имеют разную температуру и различное процентное содержание водяных паров. От капелек влаги в воздухе происходит отражение радиоволн. Рассеиваемые при этом волны могут обеспечить прием полезных сигналов на больших расстояниях за пределами прямой видимости. В случае разной температуры слоев радиволны претерпевают сильное отражение или преломление в пограничных поверхностях между слоями. В этом случае сигнал может быть слышим на расстояниях сотен километров от передатчика. Существует еще одно явление. Оно состоит в образовании так называемого атмосферного волновода. Две пограничные поверхности между слоями воздуха образуют своего рода волновод, в котором электромагнитные волны распространяются как между двумя стенками. Антенна, находящаяся в этом канале, будет принимать сильный сигнал даже на очень больших расстояниях. Та же антенна вне атмосферного волновода будет принимать очень слабые сигналы. Поверхности, образующие волновод, могут находиться на значительной высоте. Так называемый поверхностный волновод имеет в качестве одной из стенок поверхность земли.
Формирование разнородных слоев воздуха и образование волноводов часто происходит над плоскими участками земли. Такие явления систематически наблюдаются над некоторыми участками морей. С другой стороны, над холмистой или горной местностью имеет место турбулентное движение воздуха. Тропосферное распространение в большой степени зависит от погоды.