Законы распространения радиоволн

Обзор явлений

mindmap
  root((Распространение<br/>радиоволн))
    Дифракция
      Огибание препятствий
      Зона тени
    Рефракция
      Искривление траектории
      4 типа
    Многолучёвость
      Прямая волна
      Отражённые волны
      Смазывание сигнала
    Интерференция
      Усиление
      Ослабление
    Затухание
      Поглощение средой
      Рассеяние

Дифракция

Дифракция — огибание радиоволнами непрозрачных препятствий.

graph LR
    TX[📡 Передатчик] -->|прямая волна| OBJ[🏔️ Препятствие]
    OBJ -->|дифракция - огибание| RX[📻 Приёмник]
    TX -->|зона тени<br/>нарушение приёма| SHADOW[❌ Зона тени]

Степень дифракции зависит от соотношения размера препятствия и длины волны:

• Длинные волны (ДВ, СВ) → хорошо огибают препятствия и саму Землю
• Короткие волны (УКВ, СВЧ) → дифракция слабая, нужна прямая видимость

Зона тени

В зоне тени за препятствием условия приёма нарушаются. Для длинных волн зона тени мала — волна огибает препятствие. Для коротких — значительна.

Рефракция

Рефракция — распространение радиоволн по криволинейным траекториям в неоднородных средах (атмосфере).

Чем резче изменяются свойства среды, тем больше кривизна траектории.

graph TD
    subgraph Типы рефракции
        N[1. Нормальная<br/>стандартное искривление вниз]
        K[2. Критическая<br/>луч параллелен земле]
        S[3. Сверхрефракция<br/>луч загибается к земле<br/>дальность увеличивается]
        O[4. Отрицательная<br/>луч загибается вверх<br/>дальность уменьшается]
    end

Многолучёвость

Многолучёвое распространение — один и тот же сигнал приходит к приёмнику несколькими путями одновременно: прямым и через отражения от стен, потолка, земли.

sequenceDiagram
    participant TX as 📡 Передатчик
    participant RX as 📻 Приёмник
    TX->>RX: Прямая волна (путь L₁)
    TX->>RX: Отражение от стены (путь L₂ > L₁)
    TX->>RX: Отражение от пола (путь L₃ > L₁)
    Note over RX: Все три волны приходят<br/>с разными задержками → смазывание

Последствие: сигналы суммируются с разными фазами → смазывание (intersymbol interference) → ошибки декодирования.

Борьба с многолучёвостью:

• Антенное разнесение (diversity) — две антенны на приёмнике, выбирается лучший сигнал
• Антенны физически разнесены, чтобы одна из них была меньше подвержена многолучёвости
• Программная фильтрация и алгоритмы принятия решений

Интерференция

Интерференция — сложение нескольких волн в пространстве.

В разных точках пространства результат разный — зависит от соотношения фаз волн:

Соотношение фаз	Результат
Волны в фазе (0°)	Усиление — амплитуды складываются
Волны в противофазе (180°)	Ослабление — амплитуды вычитаются
Промежуточный сдвиг	Частичное усиление/ослабление

Связь с многолучёвостью

Интерференция — это физический механизм, через который многолучёвость влияет на качество сигнала. Прямая и отражённая волна интерферируют в точке приёма.

Затухание

Затухание — уменьшение мощности сигнала при распространении.

Причины:

• Поглощение средой (стены, препятствия, атмосфера)
• Рассеяние в пространстве (энергия расходится в стороны)
• Расстояние — интенсивность убывает пропорционально квадрату расстояния (закон обратных квадратов)

$P_r \propto \frac{1}{d^2}$

Удвоение расстояния → сигнал ослабевает в 4 раза.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение дифракции радиоволн. От чего зависит её степень?
2. Дайте определение рефракции. Назовите 4 типа рефракции.
3. Что такое многолучёвое распространение и к каким последствиям оно приводит?
4. Как бороться с многолучёвым распространением?
5. Дайте определение интерференции. Когда волны усиливают, а когда ослабляют друг друга?
6. По какому закону убывает мощность сигнала с расстоянием?