Atmosferoje sklindančiųjų elektromagnetinių bangų klasifikavimas
Reali, dažniausiai sutinkama nevienalytė terpė yra atmosfera. Atmosferoje sklindančios elektromagnetinės bangos skirstomos į tiesiogines, antžemines (paviršines), troposferines ir jonosferines.
Tiesioginėmis vadinamos bangos, sklindančios neapribotoje kosminėje erdvėje. Jomis palaikomas ryšys tarp kosminių objektų. Žemės rutulys neturi jokios įtakos šių bangų sklidimui, o kosminė erdvė yra vienalytė terpė. Todėl tiesioginių elektromagnetinių bangų sklidimo greitis vienodas visoje trasoje, o jų sklidimo trajektorija – tiesė. Sąlyginai prie jų priskiriamos bangos, taikomos ryšiui tarp Žemės ir kosminių objektų, radioastronomijoje stebimos žvaigždžių, rūkų bei kitų galaktikos kūnų spinduliuojamos bangos ir visos atmosferoje bei kosminėje erdvėje sklindančios bangos, kurių bangos ilgis mažesnis už 10 m.
Antžeminės(paviršinės)bangos sutinkamos ryšio linijose tarp arti Žemės paviršiaus arba ant Žemės paviršiaus esančių korespondentų (8.3 pav., trajektorija 1). Jos sklinda prie Žemės paviršiaus prigludusiu atmosferos sluoksniu (iki kelių šimtų metrų nuo Žemės paviršiaus), sąveikaudamos su Žemės paviršiumi. Todėl antžeminės bangos sklidimui turi įtakos Žemės paviršiaus laidis, dielektrinė skvarba, kreivumas, nelygumai ir prie pat Žemės paviršiaus prigludusio atmosferos sluoksnio savybės. Elektromagnetinio lauko stipris priėmimo taške priklauso nuo realaus atstumo tarp siuntimo ir priėmimo punktų (r) santykio su tiesioginio matomumo nuotoliu (r0). Tiesioginio matomumo nuotoliu (r0) vadinamas atstumas tarp siuntimo ir priėmimo antenų, kai jas jungianti tiesė liečia Žemės paviršių (8.1 pav., a). Iš 8.1 pav., a matome, kad šis nuotolis susideda iš dviejų atkarpų
. Iš trikampių ACO ir BCO, įvertinę, kad h<<a gausime:
, ![]()
čia a – Žemės rutulio spindulys, o h1 ir h2 – antenų aukščiai. Tad tiesioginio matomumo nuotolis
(8.1)
priklauso nuo antenų aukščio ir Žemės rutulio spindulio.
Elektromagnetinių bangų sklidimo sąlygos priklauso nuo realaus atstumo tarp antenų santykio su tiesioginio matomumo nuotoliu (
). Jeigu šiam santykiui galioja nelygybė – (
), turime interferencinę sritį, nes priėmimo anteną pasiekia dvi bangos: tiesioginė ir atsispindėjusioji nuo Žemės paviršiaus (8.1 pav., b). Kai
teigiama, kad Žemė plokščia, o kai
,reikia įvertinti Žemės paviršiaus sferiškumą.
Kai
turime difrakcinę*) sritį, kuri dalijasi į pusšešėlio (
) ir šešėlio (
) sritis (8.1 pav., c). Priėmimo anteną pasiekia apie Žemės rutulio segmentą difraguojančioji banga (8.2 pav.). Žemės segmento aukštis (h) priklauso nuo trasos ilgio ir kinta nuo 3,1 cm, kai trasos ilgis 1 km,iki 7,8 km, kai trasos ilgis 500 km. Tačiau net mažiausias segmento aukštis yra daug didesnis už šviesos bangų ilgį. Todėl šviesos bangos virš Žemės paviršiaus sklinda nedifraguodamos tiesialinijinėmis trajektorijomis. Tuo tarpu daug ilgesnės elektromagnetinės bangos difraguoja. Ilgiausios bangos dėl difrakcijos pasiekia 3000–4000 km nuotolyje nuo siuntimo stoties esančius imtuvus.
Troposferinėmis vadinamos elektromagnetinės bangos, kurios labiau nei antžeminės nutolsta nuo Žemės paviršiaus, tačiau savo kelyje neperžengia troposferos ribų (8.3 pav., 2 ir 2¢ trajektorijos). Jų sklidimui didelės įtakos turi troposferos lūžio rodiklio kitimas priklausomai nuo aukščio, hidrometeoritai bei troposferos nevienalytiškumai. Pastarųjų išsklaidytos troposferinės bangos pasiekia Žemę ir nuo jos atsispindėjusios keliauja toliau. Todėl troposferinių bangų sklidimas priklauso nuo troposferos būvio bei Žemės parametrų atspindžio zonoje.
Jonosferinėmis arba erdvinėmis vadinamos elektromagnetinės bangos, kurios dėl vienkartinio arba daugkartinių atspindžių nuo jonizuotų atmosferos sluoksnių ir Žemės paviršiaus pasiekia tolimus Žemės taškus arba apskrieja Žemės rutulį (8.3 pav., 3 ir 3¢ trajektorijos). Skaičiavimai rodo, kad nuo jonosferos sluoksnių atsispindi tiktai ilgesnės už 10 m elektromagnetinės bangos. Taigi šioms bangoms jonosfera yra „nepermatoma“ ir jos negali palikti Žemės atmosferos. Prie jonosferinių priskiriamos ir jonosferos nevienalytiškumų bei jonizuotųjų meteorų pėdsakų išsklaidytosios bangos (8.3 pav., 3′ trajektorija). Jie sklaido elektromagnetines bangas, kurių ilgis mažesnis už 10 m., t. y. bangas, kurių normali jonosfera neatspindi. Šie netolygumai sklaido ir ilgesnes bangas, tačiau jų elektromagnetinio lauko stipris yra daug mažesnis už nuo reguliariųjų jonosferos sluoksnių atspindėtųjų bangų elektromagnetinio lauko stiprį. Didžiausios įtakos jonosferinių bangų sklidimui turi jonosfera ir Žemės paviršiaus savybės atspindžių zonose. Pastaraisiais dešimtmečiais plačiai taikomi dirbtiniai jonosferos nevienalytiškumai – tai dirbtiniai Žemės palydovai. Jie elektromagnetines bangas atspindi arba retransliuoja, t. y. priima ir sustiprinę vėl išspinduliuoja. Pastaruoju atveju nedidelės galios siųstuvais galima pasiekti tolimus Žemės taškus. Retransliuojant neretai keičiamas virpesių dažnis. Ryšio linijos per Žemės palydovus plačiai taikomos radijo ir televizijos programoms perduoti bei mobiliajam telefoniniam ryšiui.