Что такое ночной эффект?

Суммируя

Ночной эффект на самом деле мираж. Слушать радиопереговоры, исходящие из-под радиогоризонта, все равно, что смотреть на маячащую :

^{Надвигающаяся оптическая иллюзия, источник: SKYbrary}

И то, и другое — странные вещи, если только мы не заставим себя принять во внимание, что электромагнитные волны (включая свет) не распространяются прямолинейно, а подвержены регулярному преломлению.

Ультрафиолетовые и рентгеновские лучи солнца создают слои ионизированных атомов в верхних слоях атмосферы. Некоторые из этих слоев обладают преломляющими свойствами, а один действует как стена, не позволяющая волнам от земли достигать преломляющих частиц.

Ночной эффект является случайным результатом благоприятного времени: после захода солнца есть окно, в котором блокирующий слой исчезает, а преломляющие частицы все еще активны, хотя и менее активны, чем днем:

^{Ионосферная активность меняется на закате}

Затухающие волны в этот период перенаправляются к земле, возможно, к приемнику, расположенному дальше горизонта. В этом явлении ионизированные частицы играют ту же роль, что и горячий воздух для маяка.

Обзор частотного спектра

Поскольку ваш вопрос включает в себя различение нескольких диапазонов частот, давайте сделаем краткий обзор радиочастотного спектра. Радиочастоты (РЧ) составляют небольшую часть всего электромагнитного спектра, наряду со светом и ионизирующими лучами, действующими в ионосфере:

Сами RF разделены на «полосы», свойства которых более или менее различаются. Иногда невозможно определить, является ли цвет зеленым или синим, желтым или оранжевым, то же самое верно и для этих полос, в большинстве случаев пределы действительно не важны.

Режимы распространения волн

Радиочастотные волны распространяются одновременно разными способами:

• Космическая волна (электромагнитная «прямая видимость», т.е. некоторое преломление)
• Земная волна (в основном индуцированные токи)
• Небесная волна (большая ионосферная рефракция).

^{Космическая волна против небесной волны против земной волны}

Ночной эффект берет свое начало в небесной волне, поэтому, если вам это неинтересно, вы можете пропустить два следующих раздела.

Космическая волна

В нейтральной атмосфере (ниже примерно 100 км) наблюдается постепенное изменение показателя преломления воздуха, причем показатель преломления постоянно уменьшается с высотой. Следствием этого является то, что пространственная волна преломляется и не распространяется прямолинейно ( принцип вейвлета Гюйгенса-Френеля ), как это часто аппроксимируется.

Эта кривизна примерно одинакова для всех частот радиочастотного диапазона. При расчете радиогоризонта для обычного распространения в свободном пространстве стандартом является использование радиуса Земли, который фактически на 33% больше фактического радиуса ( коэффициент k 4/3 ). При таком радиусе линия обзора может быть представлена ​​как прямая линия.

Грунтовая волна

Распространение земной волны включает в себя отражение от земли и препятствий, дифракцию от препятствий и горизонта и преломление благодаря току, наведенному в земле.

Из-за преломления и дифракции этот способ распространения имеет тенденцию следовать за кривизной Земли, но он в основном влияет на НЧ и СЧ, более высокие частоты (например, ОВЧ и УВЧ) на самом деле не используют преимущества этого распространения.

При наземном распространении фронт волны замедляется там, где он близок к земле. Поскольку волна распространяется перпендикулярно своему волновому фронту, этот более вертикальный волновой фронт может распространяться дальше на уровне земли, не создавая теней.

^{Земная волна: волновой фронт замедляется землей}

Дальность связи увеличивается. Однако по мере распространения земной волны эффект становится все менее и менее значительным. Волны с вертикальной поляризацией (NDB и голосовая связь на ВЧ) вызывают более сильные токи в земле и распространяются лучше, чем волны с горизонтальной поляризацией (переменный сигнал VOR).

Распространение земной волны, как и прямое, происходит в любое время дня и ночи. Третий режим - ночной эффект.

Слои ионосферы и небесная волна

Ионизация атома заключается в потере или захвате одного или нескольких электронов и нарушении электрического баланса. Естественная ионизация происходит в ионосфере под воздействием солнечных ионизирующих лучей, отрывающих электроны от атомов. Это происходит в слое F примерно на 300 км и в слое Е примерно на 100 км. Эти слои могут влиять на волны, когда они активны.

Слой ионизированных атомов создает эффективный преломляющий материал для радиоволн. Однако нижний D-слой блокирует волны в течение дня из-за ионизации тяжелой окисью азота.$\small NO$) поглощая энергию волны, когда они колеблются под действием волны. Это поглощение уменьшается ночью, когда исчезает источник ионизации.

^{Реорганизация слоев ионосферы ночью}

Верхние слои ионизированы все более и более продолжительно, чем нижние, и ионизация больше сохраняется в верхних слоях. Комбинированное воздействие слоев D, E и F приводит к:

• Поглощение НЧ/СЧ/ВЧ частот D-слоем в дневное время, не позволяющее им достичь слоев E и F, способных их преломлять.

• Преломление ночью и в сумерках, когда Е-слой и, прежде всего, F-слой, где свободные электроны рекомбинируют медленнее и сохраняется некоторая ионизация в течение ночи, еще активны, а D-слой перестал блокировать волны.

Небесная волна часто распространяется скачками между ионосферой и земной поверхностью, поскольку земная поверхность, особенно вода океана, является эффективным отражателем:

^{Отражение небесной волны на земле и скачки}

Когда волна отскакивает назад и вперед, происходит значительное затухание, и на практике сигнал слишком слаб, чтобы его можно было использовать после одного или двух скачков, если только канал не оптимизирован для таких операций.

Поскольку ионосферная волна распространяется скачками, прием благоприятен на определенных расстояниях от передатчика и характеризуется минимумами и максимумами, разнесенными по направлению распространения, причем расстояние между максимумами зависит от частоты.

Skywave значительно расширяет диапазон НЧ/СЧ частот. Воздействие ионосферной волны менее заметно на диапазонах VOR и DME, даже при наличии исключительных/разреженных эпизодов рефракции УКВ на Е-слое ( спорадические Е ). На последних УКВ нет заметной небесной волны.

Формально максимальная используемая частота зависит от солнечной активности и определяется законом секущей .

Поскольку распространение частот NDB ночью усиливается пространственной волной, приемник может обнаружить NDB на большем расстоянии. Это справедливо и для других видов связи в том же диапазоне частот (например, голосовая связь на ВЧ над океанами).

Поскольку только низкие частоты подвержены распространению ионосферной волны, загоризонтные (OTH) радары используют их вместо СВЧ.

^{Загоризонтная РЛС. Источник}

исчезновение

Распространение ионосферной волны связано с медленным изменением, сигнал может исчезать и появляться снова через несколько секунд. Это связано с нестабильностью рефракции, неоднородностью слоев атмосферы, рекомбинацией волн после многолучевого пробега и поворотом поляризации. Это колебание во всем мире известно как затухание .

Ошибки, внесенные небесной волной

Хотя распространение ионосферных волн в целом хорошо, но, как и любое другое многолучевое явление, оно также имеет негативные последствия: оно изменяет поляризацию волн и направление волнового фронта . Поскольку ADF работает путем обнаружения направления волнового фронта сигнала, преломленный сигнал NDB вносит неточность в индикацию ADF.

Кажется, маяк двигается, а пеленг ненадежен. Некоторая перекрестная проверка необходима для подтверждения достоверности подшипника.