Радиолюбители общаются по всему миру на КВ-диапазонах благодаря распространению сигналов за счёт ионосферного отражения. Высокие слои атмосферы плотно насыщаются ионами — заряженными частицами, образующимися в результате солнечного излучения. Эти слои ионосферы изгибают (преломляют) КВ-сигналы.
А иногда преломляют и УКВ-сигналы, обратно к Земле, что позволяет осуществлять дальнюю связь за горизонт.
Максимальная дальность однократного ионосферного прохождения через слой F составляет около 4000 километров. Однако отражения сигналов от Земли обратно в ионосферу встречаются часто, что обеспечивает многократное прохождение и значительно увеличивает дальность связи.
Сигналы при многократном прохождении становятся очень слабыми, отчасти из-за земных отражений, при которых сигналы поглощаются Землёй и рассеиваются неровным рельефом местности и рукотворными объектами.
Рис. 1. Ионосфера состоит из четырех отдельных слоев, названных D, E, F1 и F2. На ночной стороне Земли слой D рассеивается, слой E ослабевает, а слои F объединяются. Распространение ВЧ-волн обычно происходит через слои F.
Однако при определённых условиях ионосферное распространение может происходить без отражений от поверхности, что снижает потери сигнала и обеспечивает связь на очень большие расстояния. Сигналы, проходящие через многократные преломления в ионосфере перед возвращением на Землю, могут поддерживать дальнее распространение, при котором сигналы огибают земной шар в направлении, противоположном кратчайшему расстоянию по поверхности между станциями.
При некоторых ионосферных условиях станция может даже принимать собственный сигнал, распространяющийся вокруг света, а другие станции могут слышать лёгкий эффект эха от приёма сигналов как по короткому, так и по длинному пути.
Как это возможно? Что здесь происходит?
Преломляющая способность ионосферных слоёв изменяется в зависимости от солнечной активности, времени суток и частоты сигнала. Крутизна угла ионосферного скачка будет изменяться пропорционально этим факторам.
При большом количестве солнечных пятен ионосфера становится очень плотно насыщенной электронами и положительно заряженными ионами, и она очень эффективно преломляет высокочастотные сигналы, возвращая их к поверхности Земли.
Однако более высокие частоты, такие как сигналы 28 МГц в 10-метровом диапазоне, будут преломляться под меньшими углами, чем более низкие частоты, такие как сигналы 14 МГц в 20-метровом диапазоне. Преломляющий эффект уменьшается с увеличением частоты.
Кроме того, на ночной стороне Земли, где ионосфера ослабевает, сигналы любой частоты будут преломляться не так круто, как на дневной стороне планеты, где ионосфера остаётся сильной.
При надлежащем балансе ионосферных условий и частоты излучения геометрия ионосферной рефракции может напоминать геометрию, показанную на рисунке 2, где представлены траектории потенциальных лучей ВЧ-сигнала, распространяющегося с помощью хордовых скачков.
Рис. 2. Хордальные скачки. Преломляющая способность ионосферы на ночной стороне Земли искривляет сигналы под небольшим углом, что позволяет совершать многократные скачки без возвращения на Землю. Более сильная ионосфера на дневной стороне искривляет сигналы более круто, возвращая их на поверхность.
Название этого явления распространения происходит от геометрического термина. Хорда — это линия внутри и поперёк дуги окружности или сферы. Сигнальные лучи на ночной стороне Земли преломляются неглубоко, образуя множество хорд, пока не достигнут дневной стороны, где они более круто изгибаются обратно к Земле, чтобы быть принятыми станциями.
Ионосфера на дневной стороне поддерживает более сильный эффект преломления благодаря высокой плотности ионов, в то время как эффект на ночной стороне достаточен лишь для создания малых углов хордовых скачков.
Из этой геометрии легко понять, как может происходить прохождение на большие расстояния с хордовыми скачками. Поскольку сигналы распространяются на большие расстояния без необходимости отражения от Земли, сила сигнала сохраняется лучше.
WØSTU