Спорадический E (сокращенно E s или SpE ) — это необычная форма распространения радиоволн с использованием низкого уровня ионосферы Земли , которая обычно не преломляет радиоволны выше примерно 15 МГц.
Спорадическое распространение E отражает сигналы от относительно небольших пятен ионизации в нижней области E , расположенных на высотах около 95–120 км (50–75 миль). Более традиционные формы распространения космических волн в более высокой F-области ионосферы преломляются от слоев электронов, оторванных от атомов и молекул газа интенсивным ультрафиолетовым светом , которые обновляются в регулярно повторяющемся ежедневном цикле. В обоих случаях электроны, если они присутствуют, преломляют (или «изгибают») радиосигналы обратно к поверхности Земли, создавая путь «изогнутой трубы» для радиосигналов.
Распространение E s часто поддерживает случайную связь на большие расстояния в течение примерно 6 недель, сосредоточенную в период летнего солнцестояния, на очень высоких частотах (ОВЧ) , которые в нормальных условиях обычно могут распространяться в основном по прямой видимости . [1]
Как следует из названия, спорадический E — это непредсказуемое событие, которое может произойти практически в любое время; однако он демонстрирует сильные сезонные и суточные закономерности. Спорадическая активность E предсказуемо достигает пика вблизи солнцестояний в обоих полушариях. В средних широтах Северного полушария активность обычно начинается в середине мая, причем пик наиболее заметно приходится на начало июня. Он начинает затухать после середины июля и становится гораздо менее надежным к началу августа. Гораздо меньший спорадический пик E возникает во время зимнего солнцестояния. Для средних широт южного полушария сроки обратные; наибольшая активность наблюдается во время летнего солнцестояния. [2]
Расстояния связи 800–2200 км (500–1400 миль) могут осуществляться с использованием одного облака E s . Эта изменчивость расстояния зависит от ряда факторов, включая высоту и плотность облаков. Максимальная полезная частота (МПЧ) также варьируется в широких пределах, но чаще всего попадает в диапазон 25–150 МГц , куда входят диапазон FM-вещания (87,5–108 МГц), диапазон I УКВ телевидения (американские телеканалы 2–6, российские каналы 1–5 и европейские каналы 2–4, которые больше не используются в Западной Европе), CB-радио (27 МГц) и любительское радио в диапазонах 2 метра , 4 метра , 6 метров и 10 метров . В очень редких случаях может быть достигнута МПЧ 225 МГц. [2]
Никакой убедительной теории происхождения спорадических E до сих пор не сформулировано. Попытки связать возникновение спорадической E с одиннадцатилетним циклом солнечных пятен дали предварительные корреляции. Кажется, существует положительная корреляция между максимумом солнечных пятен и активностью E в Европе. И наоборот, по-видимому, существует отрицательная корреляция между максимальной активностью солнечных пятен и активностью E s в Австралазии . Харрисон [3] предполагает, что существует корреляция между образованием спорадических E и абляцией железо-магниевых микрометеоритов в зоне абляции на высоте от 100 до 140 км над поверхностью Земли. Маруяма далее обсуждает эту возможность. [4]
Телевизионные и FM-сигналы, принимаемые через спорадический сигнал E, могут быть чрезвычайно сильными и варьироваться по силе в течение короткого периода времени от едва заметного до перегрузки. Хотя сдвиг поляризации может произойти, односкачковые сигналы E s имеют тенденцию оставаться в исходной передаваемой поляризации. Длинные однопролетные (900–1500 миль или 1400–2400 километров) спорадические телевизионные сигналы E, как правило, более стабильны и относительно свободны от многолучевых изображений.
Сигналы с более коротким пропуском (400–800 миль или 640–1290 километров) имеют тенденцию отражаться от более чем одной части спорадического слоя E, что приводит к появлению множественных изображений и ореолу, а иногда и к обращению фазы . Ухудшение качества изображения и затухание уровня сигнала ухудшаются с каждым последующим спорадическим скачком E.
Спорадический E обычно поражает нижний диапазон I УКВ (телеканалы 2–6, E2–E4 и R1–R5) и диапазон II (диапазон FM-вещания 88–108 МГц). Инженерное исследование FCC 1945 года пришло к выводу, что E s вызывает проблемы с помехами в 1% случаев для станции, вещающей на частоте 42 МГц, и только в 0,01% для станции на частоте 84 МГц. [5]
Типичные ожидаемые расстояния составляют от 600 до 1400 миль (от 970 до 2250 км). Однако в исключительных обстоятельствах сильно ионизированное облако E s может распространять сигналы УКВ диапазона I на расстояние примерно 350 миль (560 км). Когда происходит прием сигнала E с коротким пропуском , то есть на расстоянии менее 500 миль (800 км) в диапазоне I, существует большая вероятность того, что ионизированное спорадическое облако E будет способно отражать сигнал на гораздо более высокой частоте, то есть ОВЧ. Канал полосы 3 – поскольку острый угол отражения (короткий пропуск) благоприятствует низким частотам, меньший угол отражения от того же ионизированного облака будет способствовать более высокой частоте. В этом случае даже прием E s DVB-T может быть возможен, если MUX использует диапазон VHF 3, предпочтительно канал E5, особенно если используется режим QPSK , из-за его низких требований к сигналу. В дополнение к этому, сигналы диапазона 3 больше подвержены влиянию распространения в тропосфере , что может косвенно увеличивать фактическую МПЧ, поскольку сигналы необходимо преломлять только до достаточно низких высот, чтобы они преломлялись в сторону земли в тропосфере.
Экваториальный спорадический E — регулярное дневное явление в экваториальных регионах. Для станций, расположенных в пределах ±10° от геомагнитного экватора, экваториальный E-пропуск можно ожидать большую часть дней в течение года, достигая максимума примерно в полдень по местному времени.
В полярных широтах спорадическое E может сопровождать полярные сияния и связанные с ними возмущенные магнитные условия и называется авроральным E.
В отличие от экваториальных или среднеширотных E s , спорадическое распространение E по трассам в высоких широтах встречается редко и поддерживает неожиданные контакты между местами, окружающими Арктику, даже в периоды низкой солнечной активности. [6]
12 июня 2009 года спорадический E позволил некоторым телезрителям на востоке Соединенных Штатов видеть аналоговые ОВЧ-телестанции из других штатов на больших расстояниях, в местах и на телеканалах, где местные станции уже полностью отключили аналоговое телевидение в последний день переход на цифровое телевидение в США. Это стало возможным потому, что станции цифрового телевидения в основном избегали УКВ, оставляя аналоговые станции последними в этом диапазоне.
По состоянию на апрель 2010 года многие в США могли таким образом увидеть канадские и мексиканские аналоги во время спорадических событий E; это должно продолжаться до тех пор, пока все части этих стран не завершат отключение аналогового телевидения в течение следующих нескольких лет.
В некоторых случаях прием DTV E можно даже принимать на расстоянии более 1000 миль (1600 км), поскольку даже для DTV некоторые станции в США все еще используют полосу 1. Эти сигналы характеризуются либо чрезвычайно четкостью, либо чрезвычайно неоднородностью. Их также гораздо легче идентифицировать. Кроме того, ATSC 3.0 может облегчить спорадический прием E DTV, поскольку его обычная схема модуляции более устойчива к многолучевому распространению, а также к импульсному шуму, возникающему на этих частотах. [ нужна цитата ]
{{cite journal}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link)