К коротким волнам относятся радиоволны длиной от 100 до 10 м (частоты 3-30 МГц). Преимуществом работы на коротких волнах по сравнению с работой на более длинных волнах является то, что в этом диапазоне можно создать направленные антенны. Короткие волны могут распространяться как земные и как ионосферные.

С повышением частоты сильно возрастает поглощение волн в полупроводящей поверхности Земли. Поэтому при обычных мощностях передатчика земные волны коротковолнового диапазона распространяются на расстояния, не превышающие нескольких десятков километров. Расчет напряженности электрического поля для поверхностной волны можно проводить в зависимости от высоты расположения антенн над поверхностью Земли по формуле Шулейкина-Ван-дер-Поля (1.0).

Ионосферной волной короткие волны могут распространяться на многие тысячи километров, причем для этого не требуется передатчиков большой мощности. Поэтому в настоящее время короткие волны используются главным образом для связи и вещания на большие расстояния.

Рассмотрим основные особенности ионосферного распространения коротких волн.

Короткие волны распространяются на дальние расстояния путем отражения от ионосферы и поверхности Земли. Такой способ распространения называют скачковым (рис 2.1) и характеризуют расстоянием скачка .., числом скачков n, углами выхода и прихода и , максимальной применимой частотой (МПЧ) и наименьшей применимой частотой (НПЧ).

Расстояние скачка зависит от высоты отражающего слоя, рабочей частоты и диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости; оно меняется в зависимости от времени года, сезона и уровня солнечной активности. В среднем максимальное расстояние скачка принимают равным: при отражении от слоя 4000 км, при

Рис. 2.1. Схема распространения коротких волн на большие расстояния:
1, 2 - волны, распространяющиеся путем двух отражений от ионосферы;
3 - волна, распространяющаяся путем одного отражения от ионосферы;
4 - волна, рабочая частота которой больше максимально допустимой отражении от слоя 3000 км, при отражении от слоя Е 2000 км. Максимальное расстояние скачка имеет место при направлении излучения волны по касательной к горизонту, однако у реальных антенн максимум излучения направлен под некоторым углом к горизонту, что приводит к уменьшению максимального расстояния скачка.

Если ионосфера однородна в горизонтальном направлении, то O01=O02 и траектория волны симметрична. Обычно излучение происходит в некотором спектре углов, так как ширина диаграммы направленности коротковолновых антенн в вертикальной плоскости составляет 10-15¦ (см. рис. 2.1). Минимальное расстояние скачка, для которого выполняется условие отражения
(2.01)
при O01=O02, называют расстоянием зоны молчания. Углы выхода больше O0xp дают ряд траекторий, причем оптимальные условия радиосвязи выполняются, если угол прихода волны на заданное расстояние соответствует углу максимального излучения антенны (луч 2 на рис. 2.1).

Чтобы волна могла быть принята на определенном расстоянии от передатчика, во-первых, должно выполняться условие отражения волны от ионосферы (2.01) и, во-вторых, напряженность электрического поля полезного сигнала в данном месте должна превышать уровень помех. Эти два условия ограничивают диапазон применимых рабочих частот.

Для отражения волны необходимо, чтобы рабочая частота была не выше значения, определяемого формулой (2.01). Из этого условия выбирают максимальную применимую частоту (МПЧ), являющуюся верхней границей рабочего диапазона для данного расстояния.

Второе условие ограничивает рабочий диапазон снизу: чем ниже рабочая частота (в пределах коротковолнового диапазона), тем сильнее поглощение волны в ионосфере. Наименьшую применимую частоту (НПЧ) определяют из условия, что при данной мощности передатчика напряженность электрического поля сигнала должна превышать уровень шумов, а следовательно, поглощение сигнала в слоях ионосферы должно быть не больше допустимого.

Рис. 2.2. Механизмы распространения коротких волн: а - схемы различных механизмов распространения; I - одно отражение от слоя F; II - рассеянное отражение от слоя F; Ill - два отражения от слоя F'; IV - одно и два отражения от слоя F; V - два отражения от слоев E и F; VI - два отражения от слоя Е; б - вероятность появления различных механизмов распространения: - протяженность трассы 1500 км; - протяженность трассы 3000 км

Электронная плотность ионосферы меняется в течение суток и в течение года. Значит, изменяются и границы рабочего диапазона, что приводит к необходимости изменения рабочей длины волны в течение суток. Днем работают на волнах 1025 м, а ночью - на волнах 35-100 м. Понятно, что необходимость менять длину волны и каждый раз правильно выбирать ее усложняет как конструкцию станции, так и работу оператора.

Ионосфера имеет несколько максимумов ионизации, вблизи которых могут отражаться радиоволны. В зависимости от рабочей частоты, угла 60 и состояния ионосферы отражение может происходить в той или иной области ионосферы: при этом возможны различные траектории распространения волн. Как показала статистическая обработка многочисленных наблюдений, на трассе протяженностью до 3000 км наиболее часто наблюдаются модели траекторий распространения радиоволн, изображенные на рис. 2.2, а. Частота случаев появления каждой из моделей распространения характеризуется гистограммами рис. 2.2, б.

На линии протяженностью 1500 км наиболее часто одновременно приходят волны, дважды отраженные от слоев F а Е (модель V); на линии протяженностью 3000 км распространение происходит чаще путем одного отражения от слоя F. В годы минимума солнечной деятельности часто наблюдается отражение только от слоя F. Преимущественной модели траектории распространения волны не существует. Вероятность появления той или иной модели зависит от протяженности трассы и уровня солнечной активности.

Помимо перечисленных моделей, возможны случаи аномального распространения радиоволн. Аномальное распространение может возникнуть при появлении на пути волны спорадического слоя E5, от которого могут отражаться более короткие волны, вплоть до метровых.

Существенное влияние на распространение коротких волн оказывает неоднородность ионосферы в горизонтальном направлении.

Градиенты критических частот максимальны в утренние часы, когда величина их достигает 0,4 МГц на 100 км. Градиенты критических частот возрастают с увеличением солнечной активности.

В горизонтально неоднородной ионосфере нарушается симметрия траектории, изменяется время группового запаздывания, расстояние скачка, величины МПЧ.

Прием коротких радиоволн всегда сопровождается измерением во времени уровня принимаемого сигнала, причем это изменение носит случайный характер. Такое явление называют замираниями сигнала.

Очевидно, что при наличии замираний можно говорить только о вероятности появления того или иного уровня сигнала. Различают быстрые и медленные замирания сигнала.

Основной причиной быстрых замираний сигнала является многолучевое распространение радиоволн. Чаще всего причиной замираний служит приход в точку приема двух лучей, распространяющихся путем одного и двух отражений от ионосферы, как показано на рис. 2.1. Поскольку два луча (1 и 3) проходят различные пути, фазы их неодинаковы. Изменения электронной плотности, непрерывно происходящие в ионосфере, приводят к изменению длины пути каждого из лучей, а следовательно, и к изменению разности фаз между лучами. Для изменения фазы волны на 180¦ достаточно, чтобы длина пути изменилась на /2, т. е. на 5-50 м. Такие незначительные изменения длины пути могут происходить непрерывно, поэтому, колебания напряженности электрического поля в диапазоне коротких волн являются частыми и глубокими.

Помимо этого, замирания сигнала вызываются рассеянием радиоволн на неоднородностях ионосферы и интерференцией рассеянных волн. Интерференция обыкновенной и необыкновенной составляющих магниторасщепленной волны также приводит к замираниям.

Кроме интерференционных замираний сигнала, на коротких волнах имеют место поляризационные замирания. Причиной поляризационных замираний является поворот плоскости поляризации волны при распространении ее в направлении силовых линий магнитного поля Земли.

Если, например, передающая и приемная антенны представляют собой горизонтальные вибраторы, то излученная горизонтально-поляризованная волна после прохождения в ионосфере претерпит поворот плоскости поляризации. Угол поворота меняется с изменением электронной плотности ионосферы. Поэтому направление вектора напряженности электрического поля относительно приемной антенны непрерывно меняется, что приводит к колебаниям э. д. с., наводимой в антенне.

На практике все указанные причины замираний сигнала действуют одновременно. Замирания характеризуются их скоростью. Скорость замираний показывает, какое число раз п в единицу времени огибающая амплитуды сигнала пересекает в положительном направлении заданный уровень сигнала.

Наблюдения показали, что при быстрых замираниях для уровней напряженности поля, превышаемых в 90% времени, средняя величина n = 12 в минуту.

Важной характеристикой замираний является закон распределения огибающей амплитуды сигнала. Быстрые замирания хорошо описываются законом распределения Релея (при интервалах наблюдения 3-7 мин). Помимо быстрых замираний, наблюдаются медленные замирания, для выявления которых необходимо вести наблюдения в течение 40-60 мин. Причиной этих замираний является изменение поглощения радиоволн в ионосфере. Распределение огибающей амплитуды сигнала при медленных замираниях подчиняется нормально логарифмическому закону со стандартным отклонением порядка 8 дБ.

Для борьбы с замираниями применяют различные методы, например, прием на антенны с узкой диаграммой направленности, ориентированной так, чтобы принимался только один луч.

Однако направление прихода луча меняется в течение суток, поэтому необходимо предусматривать возможность изменения направления максимума диаграммы направленности антенны. Такая приемная антенна является сложной и громоздкой.

Эффективным является также прием на разнесенные антенны. Дело в том, что увеличение и уменьшение напряженности электрического поля происходят не одновременно даже на сравнительно небольшой площади земной поверхности. В то время как в месте расположения одной антенны уровень напряженности поля мал, вблизи второй антенны на расстоянии в несколько длин волн (сто или несколько сотен метров) от первой напряженность электрического поля оказывается достаточной для приема.

При разнесении точек наблюдения вдоль трассы масштаб корреляции возрастает. В практике коротковолновой связи используют обычно две антенны, разнесенные на расстояние L=10 лямбд. Сигналы складывают после детектирования. Эффективным является разнесение антенн по поляризации, т. е. одновременный прием на вертикальную и горизонтальную антенны с последующим сложением сигналов.

Указанные меры борьбы действенны только для исключения быстрых замираний, медленные изменения сигнала не устраняются.

Источник: "Особенности распространения радиоволн различных диапазонов"

Радиолюбителям для работы в эфире выделены следующие КВ-диапазоны:

КВ-диапазоны
160 метров	1,9 МГц
80 метров	3,5 МГц
40 метров	7 МГц
30 метров	10 МГц
20 метров	14 МГц
17 метров	18 МГц
15 метров	21 МГц
12 метров	24 МГц
10 метров	29 МГц

В этой таблице перечислены все КВ-диапазоны. В левой части таблицы указана длина волны каждого из диапазонов (в метрах), в правой соответствующая этому диапазону частота (в мегагерцах).

Формула, которая связывает эти два параметра, имеет вид:
F(МГц) = 300 / лямбда (м) или лямбда (м) = 300/ F(МГц), где F - частота в мегагерцах;
лямбда - длина волны в метрах.

"планирование" заимствовано авторами данного сайта с сервера Кубанских радиолюбителей

Источник: Владислав Чугуров: Любительская радиосвязь. Справочник