РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН

РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН, процессы распространения электромагнитных волн радиодиапазона в атмосфере, космическом пространстве и толще Земли. Радиоволны, излучаемые передатчиком, прежде чем попасть в приёмник, проходят путь, к-рый может быть сложным. Радиоволны могут достигать пункта приёма, распространяясь по прямолинейным траекториям, огибая выпуклую поверхность Земли, отражаясь от ионосферы, и т. д. Способы Р. р. существенно зависят от длины волны А, от освещённости земной атмосферы Солнцем и от ряда др. факторов (см. ниже).

Прямые волны. В однородных средах радиоволны распространяются прямолинейно с постоянной скоростью, подобно световым лучам (радиолучи). Такое Р. р. называется свободным. Условия Р. р. в космич. пространстве при радиосвязи между наземной станцией и космич. объектом, между двумя космич. объектами, при радиоастрономич. наблюдениях, при радиосвязи наземной станции с самолётом или между самолётами близки к свободному.

Волну, излучённую антенной, на больших расстояниях от неё можно считать плоской (см. Излучение и приём радиоволн). Плотность потока электромагнитной энергии, пропорциональная квадрату напряжённости поля волны, убывает с увеличением расстояния r от источника обратно пропорционально r², что приводит к ограничению расстояния, на к-ром может быть принят сигнал передающей станции. Дальность действия радиостанции (при отсутствии поглощения) равна:

где Рс - мощность сигнала на входе приёмника, Р_ш - мощность шумов, G₁, G₂ - коэфф. направленного действия передающей и приёмной антенн. Скорость Р. р. в свободном пространстве равна скорости света в вакууме: с = 300 000 км/сек.

При распространении волны в материальной среде (напр., в земной атмосфере, в толще Земли, в морской воде и т. п.) происходят изменение её фазовой скорости и поглощение энергии. Это объясняется возбуждением колебаний электронов и ионов в атомах и молекулах среды под действием электрического поля волны и переизлучением ими вторичных волн. Если напряжённость поля волны мала по сравнению с напряжённостью поля, действующего на электрон в атоме, то колебания электрона под действием поля волны происходят по гармонич. закону с частотой пришедшей волны. Поэтому электроны излучают радиоволны той же частоты, но с разными амплитудами и фазами. Сдвиг фаз между первичной и переизлучённой волнами приводит к изменению фазовой скорости. Потери энергии при взаимодействии волны с атомами являются причиной поглощения радиоволи. Поглощение и изменение фазовой скорости в среде характеризуются показателем поглощения и и показателем преломления п, к-рые, в свою очередь, зависят от диэлектрической проницаемости Е и проводимости а среды, а также от длины волны Л:

Коэфф. поглощения В = 2 Пи и/Л, фазовая скорость v = с/п. В этом случае r_Д определяется не только характеристиками передатчика, приёмника и длиной волны, но и свойствами среды (е, а). В земных условиях Р. р. обычно отличается от свободного. На Р. р. оказывают влияние поверхность Земли, земная атмосфера, структура ионосферы и т. д. Влияние тех или иных факторов зависит от длины волны.

Влияние поверхности Земли на распространение радиоволн зависит от расположения радиотрассы относительно её поверхности.

Р. р.- пространственный процесс, захватывающий большую область. Но наиболее существенную роль в этом процессе играет часть пространства, ограниченная поверхностью, имеющей форму эллипсоида вращения, в фокусах к-рого А и В расположены передатчик и приёмник (рис. 1). Большая ось эллипсоида практически равна расстоянию R между передатчиком и приёмником, а малая ось ~ корень квадратный из ЛR. Чем меньше Л, тем уже эллипсоид, в оптич. диапазоне он вырождается в прямую линию (световой луч). Если высоты Z₁ и Z₂, на к-рых расположены антенны передатчика и приёмника относительно поверхности Земли, велики по сравнению с Л, то эллипсоид не касается поверхности Земли (рис. 1, а). Поверхность Земли не оказывает в этом случае влияния на Р. р. (свободное распространение). При понижении обеих или одной из конечных точек радиотрассы эллипсоид коснётся поверхности Земли (рис. 1, б) и на прямую волну, идущую от передатчика к приёмнику, належится поле отражённой волны. Если при этом Z₁ >> Л и Z₂ >>Л, то это поле можно рассматривать как луч, отражённый земной поверхностью по законам геометрической оптики. Поле в точке приёма определяется интерференцией прямого и отражённого лучей. Интерференционные максимумы и минимумы обусловливают лепестковую структуру поля (рис. 2). Условие Z₁ и ₂>>Л практически может выполняться только для метровых и более коротких волн, поэтому лепестковая структура поля характерна для ультракоротких волн (УКВ).

Рис. 1. Область, существенная при распространении радиоволн: Л - передающая антенна; В - приёмная; Z₁ и Z₂ - их высоты над поверхностью Земли.

Рис. 2. Лепестковая структура поля в точке приёма.

При увеличении Л существенная область расширяется и пересекает поверхность Земли. В этом случае уже нельзя представлять волновое поле как результат интерференции прямой и отражённой волн. Влияние Земли на Р. р. в этом случае обусловлено неск. факторами: земля обладает значит. электропроводностью, поэтому Р. р. вдоль поверхности Земли приводит к тепловым потерям и ослаблению волны. Потери энергии в земле увеличиваются с уменьшением Л.

Помимо ослабления, происходит также изменение структуры поля волны. Если антенна у поверхности Земли излучает поперечную линейно-поляризованную волну (см. Поляризация волн), у к-рой напряжённость электрического поля Е перпендикулярна поверхности Земли, то на больших расстояниях от излучателя волна становится эллиптически поляризованной (рис. 3). Величина горизонтальной компоненты Е_х значительно меньше вертикальной Е_z и убывает с увеличением проводимости а земной поверхности. Возникновение горизонтальной компоненты позволяет вести приём земных волн на т. н. земные антенны (2 проводника, расположенные на поверхности Земли или на небольшой высоте). Если антенна излучает горизонтально-поляризованную волну (Е параллельно поверхности Земли), то поверхность Земли ослабляет поле тем больше, чем больше а, и создаёт вертикальную составляющую. Уже на небольших расстояниях от горизонтального излучателя вертикальная компонента поля становится больше горизонтальной. При распространении вдоль Земли фазовая скорость земных волн меняется с расстоянием, однако уже на расстоянии ~ неск. X от излучателя она становится равной скорости света, независимо от электрич. свойств почвы.

Рис. 4. Высота шарового сегмента h, характеризующая выпуклость Земли.

Выпуклость Земли является своеобразным "препятствием" на пути радиоволн, к-рые, дифрагируя, огибают Землю и проникают в "область тени". Т. к. дифракция волн заметно проявляется тогда, когда размеры препятствия соизмеримы или меньше Л, а размер выпуклости Земли можно охарактеризовать высотой шарового сегмента h (рис. 4), отсекаемого ослабления, который определяется отношением напряжённости поля в реальных условиях распространения к величине напряжённости поля при распространении в свободном пространстве.

Рис. 5. График изменения напряжённости поля с расстоянием r (в км). По вертикальной оси отложена величина множителя

плоскостью, к-рая проходит через хорду, соединяющую точки расположения приёмника и передатчика (см. табл.), то условие h=<Л выполняется для метровых и более длинных волн. Если учесть, что с уменьшением X увеличиваются потери энергии в Земле, то практически только километровые и более длинные волны могут проникать глубоко в область тени (рис. 5).

Рис. 6. Изменение напряжённости Е поля волны при пересечении береговой линии.

Земная поверхность неоднородна, наиболее существенное влияние на Р. р. оказывают электрич. свойства участков трассы, примыкающих к передатчику и приёмнику. Если радиотрасса пересекает линию берега, т. е. проходит над сушей, а затем над морем (о -> бесконечности), то при пересечении береговой линии резко изменится напряжённость поля (рис. 6), т. е. амплитуда и направление распространения волны (береговая рефракция). Однако береговая рефракция является местным возмущением поля радиоволны, уменьшающимся по мере удаления от береговой линии.

Высота шарового сегмента h для различных расстояний между передатчиком и приёмником

Расстояние, км

1

5

10

| 50

100

500

1000

5000

h, м

0,03

0,78

3,1

78

310

7800

3,1х10⁴

3,75х10⁵

Рельеф земной поверхности также влияет на Р. р. Это влияние зависит от соотношения между высотой неровностей поверхности /г, горизонтальной протяжённостью l, Л и углом падения 9 волны на поверхность (рис. 7). Если выполняются условия:

то неровности считаются малыми и пологими. В этом случае они мало влияют на Р. р. При увеличении б условия (2) могут нарушаться. При этом энергия волны рассеивается, и напряжённость поля в направлении отражённого луча уменьшается (возникают диффузные отражения).

Высокие холмы, горы и т. п., кроме того, сильно "возмущают" поле, образуя затенённые области. Дифракция радиоволн на горных хребтах иногда приводит к усилению волны из-за интерференции прямых и отражённых от поверхности Земли волн (рис. 8).

Рис. 8. Усиление радиоволн при дифракции на непологих неровностях.

Распространение радиоволн в тропосфере. Рефракция радиоволн. Земные радиоволны распространяются вдоль поверхности Земли в тропосфере. Проводимость тропосферы а для частот, соответствующих радиоволнам (за исключением миллиметровых волн), практически равна 0; диэлектрич. проницаемость Е и, следовательно, показатель преломления п являются функциями давления и темп-ры воздуха, а также давления водяного пара. У поверхности Земли n~ 1,0003. Изменение Е и п с высотой зависит от метеорологических условий. Обычно Е и п уменьшаются, а фазовая скорость v растёт с высотой. Это приводит к искривлению радиолучей (рефракция радиоволн, рис. 9). Если в тропосфере под углом к горизонту распространяется волна, фронт к-рой совпадает с прямой ав (рис. 9), то вследствие того, что в верхних слоях тропосферы волна распространяется с большей скоростью, чем в нижних, верхняя часть фронта волны обгоняет нижнюю и фронт волны поворачивается (луч искривляется). Т. к. п с высотой убывает, то радиолучи отклоняются к Земле. Это явление, наз. нормальной тропосферной рефракцией, способствует Р. р. за пределы прямой видимости, т. к. за счёт рефракции волны могут огибать выпуклость Земли. Однако практически этот эффект может играть роль только для УКВ, поскольку для более длинных волн преобладает огибание в результате дифракции. Метеорологич. условия могут ослаблять или усиливать рефракцию по сравнению с нормальной.

Рис. 9. Искривление радиолучей в тропосфере в результате её неоднородности.

Тропосферный волновод. При нек-рых условиях (напр., при движении нагретого воздуха с суши над поверхностью моря) темп-pa воздуха с высотой не уменьшается, а увеличивается (инверсии температуры). При этом преломление в тропосфере может стать столь сильным, что вышедшая под небольшим углом к горизонту волна на нек-рой высоте изменит направление на обратное и вернётся к Земле. В пространстве, ограниченном снизу Землёй, а сверху как бы отражающим слоем тропосферы, волна может распространяться на очень большие расстояния (волноводное распространение радиовол н). Так же как в металлических радиоволноводах, в тропосферных волноводах могут распространяться волны, длина к-рых меньше критической (Л_кр~0,085 d^3/2, d-высота волновода в м, Л_кр в см). Толщина слоев инверсии в тропосфере обычно не превышает ~50-100 м, поэтому волноводным способом могут распространяться только дециметровые, сантиметровые и более короткие волны.

Рассеяние на флуктуация х Е. Помимо регулярных изменений Е с высотой, в тропосфере существуют нерегулярные неоднородности (флуктуации) Е, возникающие в результате беспорядочного движения воздуха. На них происходит рассеяние радиоволн УКВ диапазона. Т. о., область пространства, ограниченная диаграммами направленности приёмной и передающей антенн и содержащая большое число неоднородностей е, является рассеивающим объёмом. Рассеяние приводит к флуктуациям амплитуды и фазы радиоволны, а также к распространению УКВ на расстояния, значительно превышающие прямую видимость (рис. 10). При этом поле в точке приёма В образуется в результате интерференции рассеянных волн. Вследствие интерференции большого числа рассеянных волн возникают беспорядочные изменения амплитуды и фазы сигнала. Однако среднее значение амплитуды сигнала значительно превышает амплитуду, к-рая могла бы быть обусловлена нормальной тропосферной рефракцией. Поглощение радиоволн. Тропосфера прозрачна для всех радиоволн вплоть до сантиметровых. Более короткие волны испытывают заметное ослабление в капельных образованиях (дождь, град, снег, туман), в парах воды и газах атмосферы. Ослабление обусловлено процессами поглощения и рассеяния. Каждая капля воды обладает значит. проводимостью и волна возбуждает в ней высокочастотные токи. Плотность токов пропорциональна частоте, поэтому значит. токи, а следовательно, и тепловые потери, возникают только при распространении сантиметровых и более коротких волн. Эти токи вызывают не только тепловые потери, но являются источниками вторичного рассеянного излучения, ослабляющего прямой сигнал. Плотность потока рассеянной энергии обратно пропорциональна Л⁴, если размер рассеивающей частицы d<Л, и не зависит от Л, если d " Л (см. Рассеяние света). Практически через область сильного дождя или тумана волны с Л<3 см распространяться не могут. Волны короче 1,5 см, помимо этого, испытывают резонансное поглощение в водяных парах (Л = 1,5 см; 1,35 см; 0,75 см; 0,5 см; 0,25 см) и кислороде (Л = 0,5 см и 0,25 см). Энергия распространяющейся волны расходуется в этом случае на ионизацию или возбуждение атомов и молекул. Между резонансными линиями имеются области малого поглощения.

Рис. 10. Схематическое изображение линий радиосвязи, использующей рассеяние радиоволн на неоднородностях тропосферы.

Распространение радиоволн в ионосфере. В ионосфере - многокомпонентной плазме, находящейся в магнитном поле Земли, механизм Р. р. сложнее, чем в тропосфере. Под действием радиоволны в ионосфере могут возникать как вынужденные колебания электронов и ионов, так и различные виды коллективных собственных колебаний (плазменные колебания). В зависимости от частоты радиоволны w осн. роль играют те или другие из них и поэтому электрические свойства ионосферы различны для различных диапазонов радиоволн. При высокой частоте w в Р. р. принимают участие только электроны, собственная частота колебаний к-рых (Ленгмюровская частота) равна:

где е - заряд, т - масса, N - концентрация электронов. Вынужденные колебания свободных электронов ионосферы, в отличие от электронов тропосферы, тесно связанных с атомами, отстают от электрич. поля высокочастотной волны по фазе почти на 2 Пи.

Рис. 11. Смещение электронов ионосферы под действием поля волны Е приводит к появлению дополнительного поля дельта Е.

Такое смещение электронов усиливает поле Е волны в ионосфере (рис. 11). Поэтому диэлектрич. проницаемость е, равная отношению напряжённости внешнего поля к напряжённости поля внутри среды, оказывается для ионосферы < 1 :е = = 1 - w²_o /w². Учёт столкновений электронов с атомами и ионами даёт более точные формулы для е и о ионосферы:

где v - число столкновений в секунду. Для высоких частот, начиная с коротких волн, в большей части ионосферы справедливо соотношение: w²>>v² и показатели преломления п и поглощения и равны:

С увеличением частоты и уменьшается, а п растёт, приближаясь к 1. Т. к. n<1, фазовая скорость распространения волны v_ф = c/n > c. Скорость распространения энергии (групповая скорость волны) в ионосфере равна с ^. n и в соответствии с относительности теорией меньше с. Отражение радиоволн.

Рис. 12. Изменение концентрации N электронов в ионосфере с высотой; Е, F₁, F₂- слои ионосферы.

Для волны, у к-рой w < w_oп и v становятся мнимыми величинами, это означает, что такая волна не может распространяться в ионосфере. Поскольку концентрация электронов N и плазменная частота w_o в ионосфере увеличиваются с высотой (рис. 12), то падающая волна, проникая в ионосферу, распространяется до такого уровня, при к-ром показатель преломления обращается в нуль. На этой высоте происходит полное отражение волны от слоя ионосферы. С увеличением частоты падающая волна всё глубже проникает в слой ионосферы. Макс. частота волны, к-рая отражается от слоя ионосферы при вертикальном падении, наз. критич. частотой слоя:

Критич. частота слоя F₂ (гл. максимум, рис. 12) изменяется в течение суток и от года к году приблизительно от 5 до 10 Мгц. Для воли с частотой w>w_кр п всюду >0, т. е. волна проходит через слой, не отражаясь.

При наклонном падении волны на ионосферу макс. частота волны, возвращающейся на Землю, оказывается выше w_кр. Радиоволна, падающая на ионосферу под углом ф_о, испытывая рефракцию, поворачивается к Земле на той высоте, где ф(z) = Пи /2. Условие отражения при наклонном падении имеет вид: n(z)=sin ф_о. Частоты волн, отражающихся от данной высоты при наклонном и вертикальном падении, связаны соотношением: w_накл = = w_верт sec ф_o. Макс. частота волны, отражающейся от ионосферы при данном угле падения, т. е. для данной длины трассы, наз. максимальной применимой частотой (МПЧ).

Двойное лучепреломление. Существенное влияние на Р. р. оказывает магнитное поле Земли Н_о = = 0,5 э, пронизывающее ионосферу. В постоянном магнитном поле ионизированный газ становится анизотропной средой. Попадающая в ионосферу волна испытывает двойное лучепреломление, т. е. расщепляется на 2 волны, отличающиеся скоростью и направлением распространения, поглощением и поляризацией. В магнитном поле Н_o на электрон, движущийся со скоростью V, действует Лоренца сила F = - [vН_o], под действием к-рой электрон вращается с частотой еН_o/mc (гироскопическая частота) вокруг силовых линий магнитного поля. Вследствие этего изменяется характер вынужденных колебаний электронов ионосферы под действием электрич. поля волны.

В простейшем случае, когда направление Р. р. перпендикулярно Н_o (Е лежит в одной плоскости с Н_o), волну можно представить в виде суммы 2 волн с E | Н_o и Е||Н_o. Для первой волны (необыкновенной) характер движения электронов и, следовательно, п изменяются, для второй (обыкновенной) они остаются такими же, как и в отсутствии магнитного поля:

В случае произвольного направления Р. р. относительно магнитного поля Земли формулы более сложные: как т, так и n₂ зависят от сон. Поскольку отражение радиоволны происходит от слоя, где п = 0, то обыкновенная и необыкновенная волны отражаются на разной высоте. Критич. частоты для них также различны.

По мере Р. р. в ионосфере из-за различия в скорости накапливается сдвиг фаз между волнами, вследствие чего поляризация результирующей волны непрерывно изменяется. Линейная поляризация падающей волны в определённых условиях сохраняется, но плоскость поляризации при распространении поворачивается (см. Вращение плоскости поляризации). В общем случае поляризация обеих волн эллиптическая.

Рассеяние радиоволн. Помимо регулярной зависимости электронной концентрации N от высоты (рис. 12), в ионосфере постоянно происходят случайные изменения концентрации. Ионосферный слой содержит большое число неоднородных образований различного размера, к-рые находятся в постоянном движении и изменении, рассасываясь и возникая вновь. Вследствие этого в точку приёма, кроме основного отражённого сигнала, приходит множество рассеянных волн (рис. 13), сложение к-рых приводит к замираниям - хаотич. изменениям сигнала.

Рис. 13. Рассеяние радиоволн на неоднородностях ионосферы.

Существование неоднородных образований приводит к возможности рассеян-

ного отражения радиоволн при частотах, значительно превышающих макс. частоты отражения от регулярной ионосферы. Аналогично рассеянию на неоднородностях тропосферы это явление обусловливает дальнее Р. р. (метрового диапазона).

Характерные неоднородные образования возникают в ионосфере при вторжении в неё метеоритов. Испускаемые раскалённым метеоритом электроны ионизируют окружающую среду, образуя за летящим метеоритом след, диаметр к-рого вследствие молекулярной диффузии быстро возрастает. Ионизированные следы создаются в интервале высот 80-120 км, длительность их существования колеблется от 0,1 до 100 сек. Радиоволны зеркально отражаются от метеорного следа. Эффективность этого процесса зависит от массы метеорита.

Нелинейные эффекты. Для сигналов не очень большой мощности две радиоволны распространяются через одну и ту же область ионосферы независимо друг от друга (см. Суперпозиции принцип), ионосфера является линейной средой. Для мощных радиоволн, когда поле Е волны сравнимо с характерным "плазменным полем" Е_р ионосферы, Е и а начинают зависеть от напряжённости поля распространяющейся волны. Нарушается линейная связь между электрич, током и полем Е.

Нелинейность ионосферы может проявляться в виде перекрёстной модуляции 2 сигналов (Люксембург - Горъковский эффект) и в "самовоздействии" мощной волны, напр. в изменении глубины модуляции сигнала, отражённого от ионосферы.

Особенности распространения радиоволн различного диапазона в ионосфере. Начиная с УКВ волны, частота к-рых выше макс. применимой частоты (МЛЧ), проходят через ионосферу. Волны, частота к-рых ниже МПЧ, отражаясь от ионосферы, возвращаются на Землю. Такие радиоволны наз. ионосферными, используются для дальней радиосвязи на Земле. Диапазон ионосферных волн снизу по частоте ограничен поглощением. Поэтому связь при помощи ионосферных волн осуществляется в диапазоне коротких волн и в ночные часы (уменьшается поглощение) в диапазоне средних волн. Дальность Р. р. при одном отражении от ионосферы ~3500 -4000 км, т. к. угол падения ф на ионосферу из-за выпуклости Земли ограничен: наиболее пологий луч касается поверхности Земли (рис. 14). Связь на большие расстояния осуществляется за счёт неск. отражений от ионосферы (рис. 15).

Длинные и сверхдлинные волны практически не проникают в ионосферу, отражаясь от её нижней границы, к-рая является как бы стенкой сферич. радиоволновода (второй стенкой волновода служит Земля). Волны, излучаемые антенной в нек-рой точке Земли, огибают её по всем направлениям, сходятся на противоположной стороне. Сложение волн вызывает нек-рое увеличение напряжённости поля в противолежащей точке (эффект антипода, рис. 16).

Рис. 16. Зависимость напряжённости Е поля волны от расстояния до передатчика r в отсутствии поглощения (пунктир) и при учёте поглощения.

Радиоволны звуковых частот могут просачиваться через ионосферу вдоль силовых линий магнитного поля Земли. Распространяясь вдоль магнитной силовой линии, волна уходит на расстояние, равное неск. земным радиусам, и затем возвращается в сопряжённую точку, расположенную в др. полушарии (рис. 17). Разряды молний в тропосфере являются источником таких волн. Распространяясь описанным способом, они создают на входе приёмника сигнал с характерным свистом (свистящие атмосферики).

Для радиоволн инфразвуковых частот, частота которых меньше гироскопической частоты ионов, ионосфера ведёт себя как проводящая нейтральная жидкость, движение к-рой описывается уравнениями гидродинамики. Благодаря наличию магнитного поля Земли любое смещение проводящего вещества, создающее электрический ток, сопровождается возникновением сил Лоренца, изменяющих состояние движения. Взаимодействие между механическими и электромагнитными силами приводит к перемещению случайно возникшего движения в ионизированном газе вдоль магнитных силовых линий, т. е. к появлению магнитогидродинамических (альфвеновских) волн, к-рые распространяются вдоль магнитных силовых линий со скоростью 1) = Н_о/корень квадратный из 4Пи р ~ 4,5 -10⁴ м/сек (р - плотность ионизированного газа).

Космическая радиосвязь. Когда один из корреспондентов находится на Земле, диапазон длин волн, пригодных для связи с космич. объектом, определяется условиями прохождения через атмосферу Земли. Т. к. радиоволны, частота к-рых <МПЧ (5-30 Мгц), не проходят через ионосферу, а волны с частотой > 6-10 Ггц поглощаются в тропосфере, то волны от космич. объекта могут приниматься на Земле при частотах от ~30 Мгц до 10 Ггц. Однако и в этом диапазоне атмосфера Земли не полностью прозрачна для радиоволн. Вращение плоскости поляризации при прохождении через ионосферу при приёме на обычную антенну приводит к потерям, к-рые уменьшаются с ростом частоты. Только при частотах >3 Ггц ими можно пренебречь (рис. 18). Эти условия определяют диапазон радиоволн для дальней связи на УКВ при использовании спутников.

Рис. 18. Зависимость потерь энергии за счёт вращения плоскости поляризации волны от частоты для трёх значений угла возвышения В.

Для связи с объектами, находящимися на др. планетах, необходимо учитывать поглощение и в атмосфере этих планет. При осуществлении связи между 2 космич. кораблями, находящимися вне атмосферы планет, особенное значение приобретают миллиметровые и световые волны, обеспечивающие наибольшую ёмкость каналов связи (см. Оптическая связь). Сведения о процессах Р. р. в космич. пространстве даёт радиоастрономия.

Подземная и подводная радиосвязь. Земная кора, а также воды морей и океанов обладают проводимостью (о) и сильно поглощают радиоволны. Для осадочных пород в поверхностном слое земной коры o ~10^-3-10^-2 ом^-1 . м^-1. В этих средах волна практически затухает на расстоянии =<Л. Кроме того, для сред с большой о коэффициент поглощения увеличивается с ростом частоты. Поэтому для подземной радиосвязи используются в основном длинные и сверхдлинные волны. В подводной связи наряду со сверхдлинными волнами используют волны оптич. диапазона.

В системах связи между подземными или подводными пунктами может быть использовано частичное распространение вдоль поверхности Земли или моря. Вертикально поляризованная волна, возбуждаемая подземной передающей антенной, распространяется до поверхности Земли, преломляется на границе раздела между Землёй и атмосферой, распространяется вдоль земной поверхности и затем принимается подземной приёмной антенной (рис. 19). Глубина погружения антенн достигает десятков м. Системы этого типа обеспечивают дальность до неск. сотен км и применяются, напр., для связи между подземными пунктами управления при запуске ракет. Системы др. типа используют подземные волноводы - слои земной коры, обладающие малой проводимостью и, следовательно, малыми потерями. К таким породам относятся каменная соль, поташ и др. Эти породы залегают на глубинах до сотен м и обеспечивают дальность Р. р. до неск. десятков км. Дальнейшим развитием этого направления является использование твёрдых горных пород (гранитов, гнейсов, базальтов и др.), расположенных на больших глубинах и имеющих малую проводимость (рис. 20). На глуб. 3-7 км а может уменьшиться до 10^-11 ом^-1.м^-1. При дальнейшем увеличении глубины благодаря возрастанию темп-рь: создаётся ионизация (обращённая ионосфера) и проводимость увеличивается. Образуется подземный волновод толщиной в неск. км, в к-ром возможно Р. р. на расстоянии до неск. тыс. км. Одна из осн. проблем подземной и подводной связи - расчёт излучения и передачи энергии от антенн, расположенных в проводящей среде.

Рис. 19. Система подземной связи с частичным распространением радиоволн вдоль земной поверхности. Вторичные волны изображены условно.

Рис. 20. Изменение, проводимости Земли о с глубиной.

Преимущество систем подземной связи состоит в их независимости от бурь, ураганов и искусственных разрушений на поверхности Земли. Кроме того, благодаря экранирующему действию верхних проводящих осадочных пород системы подземной связи обладают высокой помехозащищённостью от пром. и атм. шумов.

Лит.: Фейнберг Е.Л., Распространение радиоволн вдоль земной поверхности, М., 1961; Альперт Я. Л., Распространение электромагнитных волн и ионосфера, М., 1972; Гуревич А. В., Шварцбург А. Б., Нелинейная теория распространения радиоволн в ионосфере, М., 1973; Бреховских Л.М., Волны в слоистых средах, 2 изд., М., 1973; Татарский В. И., Распространение волн в турбулентной атмосфере, М., 1967; Чернов Л. А., Распространение волн в среде со случайными неоднородностями, М., 1958; Гинзбург В. Л., Распространение электромагнитных волн в плазме, М., 1967; Макаров Г. И., Павлов В. А., Обзор работ, связанных с подземным распространением радиоволн. Проблемы дифракции и распространения радиоволн, Сб. 5, Л., 1966; Долуханов М. П., Распространение радиоволн, 4 изд., М., 1972; Гавелей Н. П. Никитин Л. М., Системы подземной радиосвязи, "Зарубежная радиоэлектроника", 1963, № 10; Габиллард [Р.], Дегок [П.], Уэйт [Дж. ], Радиосвязь между подземными и подводными пунктами, там же, 1972, № 12; Ратклифф Дж. А., Магнито-ионная теория и ее приложения к ионосфере, пер с англ., М., 1962. М. Б. Виноградова, Т. А. Гайлит.