W zależności od decydującego wpływu środowiska na sposoby rozchodzenia się fal radiowych rozróżnia się następujące ich rodzaje: fala w wolnej przestrzeni, fala przyziemna, fala troposferyczna i fala jonosferyczna. Pojęciem wolnej przestrzeni określa się idealną próżnię, w której fale radiowe rozchodzą się
w sposób całkowicie swobodny. Przykładem może być przestrzeń kosmiczna i radiowa transmisja satelitarna. Fala przyziemna natomiast może rozchodzić się jako fala przestrzenna, bezpośrednio odbita od powierzchni Ziemi, bądź jako fala powierzchniowa.
Fala powierzchniowa promieniowana jest przez antenę nadawczą umieszczoną na niewielkiej wysokości nad Ziemią i rozchodzi się wzdłuż jej powierzchni. Rozchodzenie się fali przyziemnej w dużym stopniu zależy od parametrów elektrycznych powierzchniowych warstw Ziemi, tj. od jej struktury, temperatury, wilgotności oraz pokrycia terenowego (lasy, budynki itp.). Fala troposferyczna, to rodzaj fali radiowej, która dociera do odbiornika dzięki refrakcji (załamaniu) w troposferze. Troposfera jest dolną, najniższą warstwą atmosfery, znajdującą się bezpośrednio nad Ziemią. W zależności od szerokości geograficznej sięga ona do wysokości 10 – 16 kilometrów. Charakterystycznym zjawiskiem w troposferze jest spadek temperatury wraz ze wzrostem wysokości, co spowodowane jest „przejrzystością” dla promieni słonecznych. Rozchodzenie się fal w troposferze w dużym stopniu uzależnione jest od warunków meteorologicznych. Ich wpływ objawia się w postaci załamania fal radiowych w troposferze oraz tłumienia energii fal przez mgłę i opady atmosferyczne.
Falą jonosferyczną nazywa się falę, która dociera do odbiornika radiowego dzięki istnieniu jonosfery. Jonosferą nazywa się zjonizowaną część atmosfery, znajdującą się na wysokości powyżej sześćdziesięciu kilometrów nad Ziemią. W jonosferze zjonizowany gaz zawiera obok cząsteczek i atomów obojętnych elektrycznie również pewną liczbę swobodnych elektronów i dodatnich jonów. Podstawowym źródłem jonizacji atmosfery jest promieniowanie Słońca, gwiazd, promieniowanie kosmiczne, pył kosmiczny, odbite światło Księżyca, zorza polarna, meteory, wyładowania atmosferyczne itp. Ponieważ głównym źródłem jonizacji atmosfery jest Słońce, dlatego w godzinach rannych i przedpołudniowych wzrasta proces jonizacji i zwiększa się ilość elektronów. Oprócz zmian dobowych atmosfery, występują jej zmiany sezonowe oraz długookresowe, związane z cykliczną zmiennością aktywności słonecznej. Rola jonosfery w propagacji fal radiowych jest olbrzymia, w szczególności w przypadku fal krótkich.
Rozchodzenie się fal długich
Fale długie rozchodzą się w postaci fali powierzchniowej na dość duże odległości. Jednakże już w odległości 1000 – 2000 kilometrów od nadajnika natężenie pola fali jonosferycznej przewyższa natężenie pola fali powierzchniowej. Na tych dużych odległościach propagacja radiowa lepsza jest nocą. Warunki propagacyjne fal długich ulegają małym i powolnym zmianom w czasie. Także jedenastoletni okres aktywności słonecznej zmienia warunki rozchodzenia się fal długich.
Rozchodzenie się fal średnich
Fale średnie rozchodzą się zarówno jako fale powierzchniowe, jak również jako fale jonosferyczne. Odbiór fal średnich zapewniony jest przez całą dobę na dość równym poziomie w zasięgu sześćdziesięciu do stu dwudziestu kilometrów, zależnie od długości fali i mocy nadajnika. Radiostacje bardziej odległe (300 – 500 kilometrów) są odbierane tylko nocą dzięki falom odbitym od wyższych, zjonizowanych warstw atmosfery. Odbiór fal odbitych ulega dość silnym wahaniom a nawet zanikom.
Ten rozszerzony zasięg nocny zamiast być czynnikiem pozytywnym okazał się w praktyce jak najbardziej szkodliwy propagacyjnie. Wykorzystywaniu go stoi na przeszkodzie przede wszystkim zjawisko wzajemnej interferencji fali przyziemnej i odbitej od jonosfery, powodujące powstawanie zaników sygnału odbieranego, któremu towarzyszą silne zniekształcenia nieliniowe i liniowe. Poza tym fale odbite docierając na znaczne odległości stały się w Europie czynnikiem ograniczającym pierwotnie jeszcze stosunkowo duże zasięgi stacji średniofalowych w warunkach propagacji nocnych.
Natomiast o zasięgu dziennym fal średnich decydują fale powierzchniowe. Największy zasięg uzyskuje się nad morzem, a najmniejszy nad gruntem o małej przewodności (piaski, tereny miejskie). W niekorzystnych przypadkach spowodowanych pracą na tej samej lub bliskich częstotliwościach odległych nadajników średniofalowych, odbiór pożądanej radiostacji jest zakłócany przykrymi interferencjami, zdudnieniami, przesłuchami itp. Korzyści ze zwiększenia mocy nadajników są niewspółmierne w stosunku do nakładów. Niekiedy ośrodki nadawcze wyposażone w nadajniki o mocy kilkuset kilowatów, w wyniku zakłóceń interferencyjnych od innych stacji mogą być odbierane z dobrą jakością w promieniu zaledwie kilkudziesięciu kilometrów.
Rozchodzenie się fal krótkich
Fale krótkie rozchodzą się jako powierzchniowe. Fale powierzchniowe tego typu zanikają już w odległości od kilku do kilkudziesięciu kilometrów. Odbiór fal krótkich odbywa się głównie z wykorzystaniem fal jonosferycznych. Zaniki przy odbiorze fal krótkich są znacznie bardziej dokuczliwe niż zaniki na falach średnich. Fale krótkie podlegają w jonosferze tłumieniu. Ze wzrostem długości fali tłumienie zwiększa się.
Wśród wielu czynników decydujących o propagacji fal krótkich na pierwsze miejsce wybija się wpływ okresowej aktywności słonecznej. Co jedenaście lat na powierzchni Słońca pojawiają się erupcje, zwane też perturbacjami słonecznymi, które mają ogromny wpływ na rozchodzenie się fal krótkich, zwłaszcza powyżej częstotliwości 15 MHz i rzutują na łączność dalekosiężną. Plamy słoneczne nie pojawiają się nagle, lecz stopniowo narastają, uzyskując w przewidywanym roku swoją szczytową wartość, po czym następuje powolne opadanie ich aktywności.
Badaniem stopnia aktywności słonecznej zajmuje się szwajcarskie Obserwatorium Aktywności Słonecznej z siedzibą w Zurychu, które raz w miesiącu ogłasza komunikaty podające aktualną względną liczbę obserwowanych plam słonecznych. Jest ona wskaźnikiem do opracowania prognoz propagacyjnych.
Minimalna wartość natężenia pola konieczna do względnie dobrego odbioru fal krótkich powinna być rzędu 100 mikrowoltów na metr. Dopiero jednak wartość około jednego miliwolta na metr zapewnia prawidłowy odbiór. Aby jednak odbiór miał wartość programową, natężenie pola sygnału użytecznego powinno być orientacyjnie sto razy większe od natężenia pól zakłócających.
Rozchodzenie się fal ultrakrótkich
Fale ultrakrótkie odbijają się od jonosfery w bardzo małym stopniu i praktycznie te odbicia nie biorą udziału w ich rozprzestrzenianiu się. Brak wpływu jonosfery obserwuje się w propagacji fal ultrakrótkich o częstotliwościach niższych od 100 megaherców.
W początkach rozwoju radiofonii ultrakrótkofalowej sądzono, że propagacja tych fal ogranicza się w zasadzie do zasięgu optycznego. Fale UKF przy dobrze skonfigurowanych systemach antenowych mogą rozchodzić się swobodnie na odległości znacznie przewyższające odległość horyzontu. Główną rolę w rozchodzeniu się tego typu fal odgrywa troposfera. Fale UKF rozchodzą się podobnie do fal świetlnych, z tą jednak różnicą, że dobrze przenikają np. przez mgłę, pył i dym. Im mniejsza jest długość fali radiowej, tym bardziej stosuje się do niej prawa optyk świetlnej.
Obszarem najlepszego odbioru fal ultrakrótkich będzie zawsze obszar widzialności optycznej. Poza horyzontem optycznym natężenie pola elektromagnetycznego wytwarzanego przez nadajnik ultrakrótkofalowy szybko maleje.
MACIEJ SKORASZEWSKI, Biuro PTPiREE
