МАВЗУ 18. ЎТА УЗУН ВА УЗУН ТЎЛҚИН ДИАПАЗОНЛАРИ РАДИОТЎЛҚИНЛАРИНИНГ ТАРҚАЛИШ ХУСУСИЯТЛАРИ

 

  Узун тўлқин (УТ) радиодиапазоннинг 10 км…1 км (30…300 кГц), ута узун тўлқин (УУТ) эса 100 км…10 км (3…30 кГц) узунликдаги кисмида жойлашган. Тарқалиш холатига тропосфера таъсир этмайди. Турли радиокурилмалар ёрдамида хосил қилинадиган электромагнит тебранишлар диапазони 20…30 км (15…110 кГц) узунлик билан чегараланган. Узунрок тўлқинлар табиий манбаалар оркали хосил бўлади. Масалан: чакмок разрадлари узлуксиз спектрига эга бўлган тўлқин таркатади. Бу спектр бир неча юз герцдан 30…50 кГц гача жуда жадал.

УУТ ва УТ диапазонининг кулланилиш сохаси унинг тарқалиш хусусиятлари билан аникланади. Тарқалиш трактидаги тўлқин кувватининг нисбатан кам сўниши ва ионосферадаги нобоп холатларга баркарорлиги бу диапазонни антипод холатигача чузилувчи узоқ масофаларда алока урнатиш учун куллаш имконини беради. Бирок, частотавий сигимнинг камлиги бу диапазонда паст тезликли телеграф тизимларини (масалан: Морзе калити билан ишлаш) ишлатишгагина имкон беради холос. Бу диапазонда, майдонининг амплитуда ва фаза характеристикалари катта баркарорликка эга бўлганлиги туфайли, узоқ радионавигация хизмати ва аник вақт сигналини узатиш амалга  оширилади. УУТ ва УТ диапазони тўлқинлари ионосфера хамда ер тўлқинлари каби тарқалади. Майдоннинг фазо ва вақтга боғлиқлик конуниятини ионосфера тўлқинларининг тўлқинўтказгичдаги тарқалиш назарияси аникрок тасвирлаб беради. Замонавий назарияда, ионосферали узун ва ута узун тўлқинлар сферасимон тўлқинўтказгичда тарқалади деб қабул қилинади. Бунда унинг пастки чегараси – ер юзаси, устки чегараси – кундузи D қатлами, кечаси эса Е қатлами хисобланади. Бу турдаги тўлқинўтказгичда радиотўлқинлар тарқалиши физик жараёнларининг кийинлиги куйидаги бир неча сабабга боғлиқ:

-             Ер ва ионосферанинг сферасимон шакли

-             Ионосфера пастки чегарасининг чекланган ўтказувчанлиги

-             Ер магнит майдони таъсири сабабли келиб чикадиган ионосферанинг анизотроп хусусиятлари

-             Ер юзасининг чекланган ўтказувчанлиги ва унинг нотекис рельефи.

Бу турдаги сферасимон тўлқинўтказгичда майдон кийматини топиш учун Максвелл тенгламаларини чегаравий шартларни хисобга олган холда ечиш лозим.

 

 

18.1. расм. ЎУТ ва УТ диапазондаги радиотўлқинлар траекторияси

 

Тўлқинўтказгич назарияси шуни кўрсатадики, идеал тўлқинўтказгичдаги каби, қабул нуктасидаги майдон шу тўлқинўтказгич деворларидан n-марта кайтган  кўп тўлқинлар интерференцияси натижасидир. Ўз навбатида парциал тўлқин деб аталмиш, хар бир n – ташкил этувчи волновод укига нисбтан эгри чизиқли траектория бўйича шу мухит ичида ёруглик тезлигига тенг бўлган  фазавий тезлик билан тарқалади. Хар бир парциал тўлқинга тўлқин ўтказгичнинг деворидаги узининг φn тушиш бурчаги мос келади.   Тўлқин ўтказгич деворларидан кайтиш коэффициенти бу бурчакга боғлиқ ва шунингдек тўлқиннинг сўниш конуни хам.  Маълумки, идеал деворларига эга тўлқин ўтказгичда парциал тўлқинлар ТН кўндаланг магнит тўлқинлар ва ТЕ кўндаланг электрик тўлқинлар дискрет мажмуасини шакллантиради.  Улар уз навбатида тўлқин ўтказгичнинг уки бўйлаб жорий мухитдаги еруглик тезлигидан катта бўлган фазавий тезликда тарқалади. Сферик тўлқин ўтказгичда Ер – Ионосферанинг пастки қатлами чегарадир, майдон шунингдек кўпгина дискрет тўлқинларнинг суперпозиция натижаси хамдир, лекин квазикўндаланг русумда – квазикўндаланг магнит ТН тўлқинлар ва квазикўндаланг электрик ТЕ тўлқинлардир.  Бу тўлқинларнинг квазикўндаланг деб аталишига сабаб, улар таркибида суст бўйлама ташкил этувчилари бор: квази тўлқин ТН – магнит ташкил этувчиси Н, квази тўлқин ТЕ – электрик ташкил этувчиси Е. Бу ташкил этувчиларнинг пайдо бўлиши бевосита анизотроп ионосферада  чизиқли – қутбланган  майдонни элептик қутбланган майдонга айланишидир.

Квазикўндаланг тўлқинлар m ракамлари билан фарк қилади ва  ва модалар  еки «нормал тўлқинлар» деб аталади.  Модалар йигиндиси мавжуд бўлиб, улар квази-ТНm , бу ерда m=0,1,2,3…, ва квази-ТЕm , бу ерда m=1,2,3,….  m раками тўлқин ўтказгичнинг баландлигига караб майдон таксимланишини характерлайди. Хар бир мода икки еки ундан кўп тушиш бурчаклари билан фарк қиладиган парциал тўлқинлар билан шаклланади. Хар бир мадга узининг сўниш коэффициенти таълукли.  Хисоб китоблар шуни кўрсатадики, мода ракмининг ортиши билан сўниш коэффициенти катталашиб боради. Катта ракамларга эга бўлган модаларнинг тезкор сўниши шунга олиб келадики, масофа ортиши билан майдонни шакллантиришда иштирок этадиган модалар сони камайиб боради. Катта масофаларда майдонни шакллантиришда иштирок этадиган модалар сони шунингдек кун суткасининг вақтига боғлиқ. Тунда майдон шакллантиришда модалар сони катта бўлади, чунки D қатлам йуколади ва барча модалар сўниши камаяди.

Масофа бўйича учта майдон шакллантириш областлари фаркланади – якин, оралиқ ва узоқ.

Якин зонада (r<1000 км) – тарқалишнинг нурли трактовкаси уринлидир, бунда майдон бир неча Ер тўлқинлари ва n – карра ионосферадан акс топган тўлқинлар майлонлари ийгиндиси шаклида намоиш этилади.  Эксперемент ва хисоб китоб натижалари таққосланиши шуни кўрсатадики, хисоб китобнинг тахминан 5% чекланиши ионосферадан 5 – карра аксланган тўлқинлар йигиндисини инобатга олишда хосил бўлиши мумкин.

Оралиқ зонада (r=1000…2000 км) – фақат тўлқин ўтказувчанли тарқалиш чизмаси уринлидир ва майдон хам асосий модларнинг квазиси – ТН1 ва квази – ТН2, хам юкори ракамли модалар билан шаклланади.

Узоқ зонада (r>2000 км ) – хам ўтказувчанли тарқалиш чизмаси уринлидир, лекин майдон фақат асосий модалар ёрдамида ташкил этилади. Тахминан хатоликни 10% деб олганда, кундузги шароитда майдон квази ТН1 тўлқин билан, тунда эса учта тўлқин, квази ТН1, квази ТН2, квази ТЕ1 билан  аникланади. Кун суткаси давомида майдон структурасининг ўзгариши  - узоқ областда  турли масофаларда турли суткали майдон ўзгариши конуниятларига олиб келади.  Кундузи, битта тўлқин етакчилик қилганда, масофа ортиши билан майдон аста секин камайиб боради: тунда эса бу боғлиқлик учта асосий модаларнинг интерферецияси хисобига номонотон характерга эга. Шуни таъкидлаб ўтиш жоизки, масофада майдон тарқалишининг яни бир  хусусияти фақат ЎУТ диапазонида кузатилувчи «антипод» эффектидир.  Улчашлар шуни кўрсатадики, узатувчи манбадан тахминан 20000 км масофага узоқлашганда (антипод нуктаси) майдон кучланганлиги ортиб боради (18.2 расм).  Антиподда майдон амплитудаси экваторда унинг кийматидан 6…7 марта ортиб боради. Тўлқин тарқалиш назарияси сферик тўлқинўтказгичда бундай эффект мавжудлигини тасдиқлайди.

18.2 расм. Антипод эффектига.

 

Кун суткаси давомида майдон кучланганлигини ўзгариши.    Вақт мобайнида узун ва ута узун тўлқинларнинг майдон кучланганлигини ўзгариши ионосферанинг холатига боғлиқ бўлади – унинг асосини баландлиги ва акслантирувчи қатлам ионизация даражаси. Масофага боғлиқ бўлган тунги майдоннинг мураккаб интерференцион структураси суткали юришни бир хил кийматга эмас қилади. Кундан тунга караб  майдонни катталашиши нормал суткали юриш дейилади, бу уз навбатида тунда D қатламининг йуколиши билан ионосферали тўлқинлар ютилишини камайиши билан тушунтирилади. Тунда фақат фойдали сигнал майдони ошиши билан халакитлар майдони хам ошиб боради, сигнал/халакит нисбати хам тунда кундузгига нисбатан кўп холларда анча фойдали бўлиб чикади. Баъзи бир линияларда Қуёш чикиши ва ботиши вақтида майдоннинг чуқур минимумлари пайдо бўлади.  Бу ходисани сумеркали эффект деб юритилади.

Майдон ўзгаришининг мавсумий ўзгариши  оралиқ ва узоқ зоналарида кам белгиланган ва доимо бир хил бўлмайди. Одатда Ёз мавсумида Е киймати Киш мавсумига нисбатан камрок бўлади.

Қуёш активлик циклининг таъсири.   Кўпгина кузатувлар шуни кўрсатадики, Қуёш активлиги ортиши билан СДВ ва ДВ диапазон тўлқинлар майдон кучланганлиги ортиб боради ва уз навбатида Қуёш активлик жараёни ортгандаги ионосфера асосидаги электрон зичлик градиентини ортиши билар  тушунтирилади.

Майдон кучланганлигининг доимий бўлмаган ўзгариши  вақт бўйича ўзгарувчи ионосферанинг нобиржинсли структураси билан шарланган. СДВ ва ДВ диапазонидаги майдоннинг тасодифий тебранишлари  чуқурлиги бўйича мухим эмас бўлиб, шундай секин ва паст даражада окиб утадики, оханг ва нутк қабул қилиш жараёнида деярли эшиттилмайди. Уларни фақат майдон кучланганлигини мазсус ёзувчи ускуна ердамида езиб олингандагина аниқлаб олса бўлади.  Тебранишлар интерференцион келиб чикишга эга ва интерференцион ташкил этувчилари фазалари силжиши билан шартланган. Сингалнинг сатхининг тасодифий ва  чуқур бўлмаган ўзгаришлар  текис характерга эга ва бир неча соат мобайнида окиб утади. Тезкор котишларнинг йуклиги  СДВ ва ДВ диапазонида қабул қилишнинг характерли хусусиятларидан биридир.  Тасодифий «ВСПЫШКА» каби активлик хар доим майдон кучланганлигини ортишига олиб келади –D қатламининг ионизацияси ортиб боради  ва ионосферанинг ютувчи қатламига СДВ ва ДВ тўлқинларинг сингиши камаяди. Тўлқин узунлиги камайиши билан бу  тенденция сусаяди.

Ер юзаси тўлқини ёрдамида тарқалиш.  Бу тўлқин диапазонида  Ер юзасининг барча турлари учун ўтказувчанлик токлари силжиш токларига нисбатан анча устунрок бўлади. Бунинг натижасида Ер юзаси тўлқинининг тарқалишида Ерни ичига энергиянинг оз микдори сингиб утади. Ернинг сферик холати радиотўлқинларнинг тагри чизиқли тарқалишига тусик бўлиб, тахминан 1000…2000 км масофагача  тўлқин узунлиги билан деярли тенг бўлади, ва уз навбатида Ер шарини узун тўлқинлар билан енгиб ўтишга ердам беради. Бу икки фактор  узун ва ута узун тўлқинларнинг 3000 км масофагача тарқалишини белгилайди. 500…600 км масофадаги майдон сатхини хисоблашда Шулейкин-Ван-дер-Поль формуласидан фойдаланса бўлади, узоқ масофаларда эса МККР графигидан фойдаланиш тавсия этилади.