Вопросы состояния и развития систем электросвязи давно вышли за пределы интересов и деятельности узкого круга специалистов. Современная аппаратура содержит узлы, устройства, приборы, детали и материалы, разрабатываемые инженерами многих десятков «родственных» специальностей. Такая аппаратура является итогом деятельности специалистов обширного перечня сравнительно узких профессиональных направлений. За недостатком времени специалисты этих категорий не всегда имеют возможность знакомиться с кругом проблем, стоящих перед разработчиками систем связи.
Быстрое развитие радиоэлектроники, теории и техники связи, теории информации и других наук привело к появлению в последнее время новейших систем беспроводной связи, позволяющей передавать на многие сотни и тысячи километров телевизионные, телефонные, телеграфные, факс сообщения, информацию от ЭВМ, интернет. Эти системы не уступают, а во многом и превосходят проводные системы дальней связи. Для их работы используются ультракороткие волны (УКВ), обычно дециметрового и сантиметрового диапазонов, где удается обеспечить высокую помехозащищенность, большую пропускную способность и необходимую надежность канала связи.
Радиоволны УКВ диапазона распространяются прямолинейно или с некоторым отклонением (огибанием земной поверхности) от прямой, соединяющей антенны приемопередающих станций. Следовательно, все препятствия, встречающиеся на путях распространения радиоволн УКВ диапазона, являются экранами, которые снижают или вообще преграждают их прохождение. Неровности земной поверхности также принимают участие в формировании диаграмм излучений приемопередающих станций. По условиям отражения радиоволн участки трассы могут быть гладкие, зеркальные, например поверхность водоема, или шероховатые – пересеченная местность. Зеркальные участки создают условия направленного отражения радиоволн, шероховатые – рассеянного.
Зеркальное отражение на участке трассы будет в том случае, когда высота () форм рельефа характеризуется выражением

где - длина радиоволн;
- угол между направлением распространения радиоволн и поверхностью Земли.
В зависимости от условий местности и высоты поднятия излучающих информационных систем трассы могут быть открытые, полуоткрытые и закрытые.
Открытой трассой принято называть трассу, у которой прямая линия, соединяющая центры передающей и приемной антенны (линия прямой видимости), проходит выше всех точек местности (рельефа, леса, строений).
Закрытая трасса имеет формы рельефа и местные предметы такой высоты, которые значительно возвышаются над линией прямой видимости.
На полуоткрытых трассах линия прямой проходит несколько выше точек земной поверхности или пересекает их на отдельных небольших участках. Важной характеристикой трассы является величина ее просвета или закрытия.
Просветом трассы (клиренсом) называется пространство по высоте между высшими точками земной поверхности и линией прямой видимости.
Величиной закрытия называется высота препятствия (экрана) на трассе выше линии прямой видимости.
Современное информационные системы связи УКВ имеет различные рабочие частоты (длины радиоволн), отсюда вытекают различные требования к условиям местности как в районе их расположения, так и на трассе. Одни станции могут работать только на открытых трассах, а другие и на закрытых, но если величина закрытия не превышает предел, присущий определенному классу систем связи.
Дальность прямой (геометрической) видимости на участке трассы радиорелейной линии связи зависит не только от расположенных на ней возвышенностей и местных предметов, но и шарообразности земной поверхности.
Таким образом, при определении геометрической видимости с целью использования информационных систем УКВ диапазона необходимо учитывать влияние следующих факторов:

• влияние кривизны (шарообразности) земной поверхности;
• влияние атмосферной рефракции;
• экранирующее действие рельефа и местных предметов.

На интервалах радиолиний связи прямой видимости почти всегда обеспечивается видимость между антеннами двух соседних систем связи благодаря сооружению достаточно высоких антенных опор, устанавливаемых обычно на возвышенных участках местности.

Общий принцип действия обычных радиорелейных линий проиллюстрирован рисунок 1. На изображенных здесь интервалах должна быть обеспечена «прямая видимость», определяемая формулами (1) без учета атмосферной рефракции и (2) с учетом атмосферной рефракции (см. приложение 1).

Протяженность интервала в этом случае определяется обычно несколькими десятками километров.
Но для расчета трассы этого мало. Нужно еще учесть влияние Земли и тропосферы на интенсивность сигнала у приемной антенны. Важно, например, знать, в какой фазе по отношению к прямому лучу (рисунок 2) приходит в точку Б расположения приемной антенны отраженный от Земли луч и какова его интенсивность по сравнению с прямым лучом. От обоих этих факторов зависит величина результирующего поля у приемной антенны, а значит и уровень сигнала на входе приемника. Нежелательно, чтобы по мощности отраженный луч был близок к прямому, так как, если в этом случае его фаза в точке приема будет противоположна фазе прямого луча, результирующее поле будет резко ослаблено. Отсюда — общие правила, которые стремятся обеспечить при выборе трассы: интенсивность отраженного луча (лучей) должна быть по возможности меньшей, а фаза электромагнитных колебаний этого луча в точке приема должна быть близка к фазе колебаний прямого луча. Первое условие очень важно, так как если оно удовлетворяется в полной мере, то второе теряет свое значение. Интенсивность отраженного луча зависит от характера «подстилающей» поверхности в области отражения (точка М на рисунке 2). Местность, покрытая лесом, кустарником или изрезанная оврагами, способствует рассеянию отраженного луча и его ослаблению у приемной антенны. В гористой местности отраженный луч, как правило, сильно рассеян, а иногда и совсем экранируется одной из гор.

Итак, наиболее благоприятные условия создаются, когда трасса проходит над лесистой, сильно пересеченной местностью; хуже, если она пролегает над водной гладью или равниной. В общем случае напряженность поля Е в точке приема из-за влияния Земли будет отличаться от напряженности поля , которая была бы при отсутствии такого влияния (в свободном пространстве) при том же взаимном удалении станций. Величина V=E/ является коэффициентом ослабления поля свободного пространства. На практике для значительной части времени суток V < 1. Поскольку труднее всего обеспечить качественную связь в периоды максимального ослабления поля, для практики важно уметь рассчитывать величину множителя ослабления V для любых видов трасс. При выборе трассы необходимо стремиться к тому, чтобы среднее значение V было близким к 1, а вероятность уменьшения V по сравнению с 1 была бы минимальной.
Чтобы получить общее представление об имеющихся в этом смысле возможностях, затронем здесь (в упрощенном виде) вопрос подхода к количественному анализу явления интерференции прямого и отраженного от поверхности Земли лучей.
Места расположения радиорелейных станций на местности выбираются так, чтобы с учетом высот антенных опор между антеннами обеспечивалась радиовидимость в соответствии с формулой (2). В этом случае, как видно из рисунка 2, между отраженным от Земли и прямым лучами имеется разность хода (жирная линия на чертеже), от величины которой зависит разность фаз прямого и отраженного лучей, а значит и величина множителя ослабления V. При отражении от плотной среды (земля, вода) фаза отраженной волны изменяется скачком (запаздывает) на угол близкий к 180°, что соответствует (где — длина волны). Если равно нечетному числу полуволн, отраженный луч совпадает по фазе с прямым, если же равно четному числу полуволн, фазы прямого и отраженного лучей будут противоположными. В первом случае результирующее поле в точке приема будет максимальным, а во втором — минимальным. Если предположить, что при отражении не происходит потерь энергии (отраженный луч по интенсивности равен прямому), то в максимумах напряженность поля удвоится по сравнению со свободным пространством, а в минимумах будет равна нулю. На самом деле интенсивность отраженной волны зависит от вида подстилающей поверхности и характеризуется абсолютным значением коэффициента отражения <1. Например, для водной поверхности или солончаков =0,90—0,95, для равнины, лугов =0,8—0,9, для среднепересеченной местности =0,80—0,85 и т. д.
Разность хода зависит от расстояния R и от высот подвеса антенн h1 и h2 и выражается приблизительной формулой

При изменении величина V изменяется в соответствии с интерференционной формулой, которая в упрощенном варианте имеет вид

Эта зависимость (для =1) представлена на рисунке 3. Из формулы и рисунка видно, что при величина V=1, т. е. влияние Земли как бы отсутствует.

На практике задача расчета трассы сводится к выбору высот h1 и h2 подвеса антенн (высот антенных опор). Из приведенной предельно упрощенной картины распространения радиоволн на интервале радиорелейной линии следует, что величины h1 и h2 (при данном R) должны быть выбраны так, чтобы величина лежала в пределах между и (точка А на рисунке 3) или же по величине была равна нечетному числу полуволн (максимумы величины V на рисунке 3). Из этих же соображений открытыми называют трассы, для которых >, и полуоткрытыми, когда . Закрытые трассы — такие, на которых вообще отсутствует радиовидимость, определяемая формулой (2).
Указанный выбор значения , несмотря на сильное упрощение картины распространения, часто вполне оправдан на практике, в особенности в дециметровом диапазоне, в случаях, когда отраженный от Земли луч не слишком интенсивен и когда нет возможности или необходимости производить фундаментальный расчет трасс (например, при прокладке временных линий мобильными средствами радиорелейной связи).
При расчете же реальных стационарных радиорелейных магистралей учитывают весь комплекс явлений распространения радиоволн на интервалах, который значительно более сложен по сравнению с нарисованной картиной благодаря следующим обстоятельствам.
Во-первых, отражения от Земли зачастую возникают не на одном, а на ряде участков.
Во-вторых, как правило, имеет место множество более или менее интенсивных, изменяющихся во времени отражений от неоднородностей тропосферы (областей с различными локальными значениями ее параметров: температуры, давления и влажности).
Вследствие указанных причин в точке приема обычно интерферируют не два, а несколько лучей с различными и, главное, изменяющимися амплитудами. В-третьих, в связи с изменением метеорологических условий на трассе непрерывно изменяется степень рефракции радиоволн и притом различно на различных высотах, т. е. в областях пролегания траекторий различных лучей (из числа интерферирующих в точке приема). В результате непрерывно изменяются (и притом неодинаково) разности хода между любым из отраженных лучей и прямым лучом, что приводит к непостоянству разности фаз между колебаниями прямой волны и отраженных волн. Перечисленные явления, а также ряд других явлений вызывают существенные колебания величины V, как медленные, так и быстрые. Сложность их учета обусловлена случайным характером колебаний величины V и вызывает необходимость использования методов теории вероятностей.
Инженерная методика расчетов трасс радиорелейных линий разработана А. И. Калининым. Она позволяет рассчитывать как открытые, так и полуоткрытые и закрытые (применяемые на метровых волнах) трассы с разнообразными профилями и различной подстилающей поверхностью, пролегающие в районах с различными климатическими условиями. В результате расчетов определяются оптимальные значения высот антенных опор, при которых обеспечивается максимальная устойчивость уровня электромагнитного поля в точке приема, т. е. — минимально допустимая вероятность снижения значения множителя ослабления F ниже рассчитываемого для каждого интервала минимально допустимого значения множителя ослабления .

При практических расчетах оперируют не величиной , а количественно связанной с ней величиной , называемой просветом. Просвет — это выраженный в метрах минимальный зазор между траекторией прямого луча и поверхностью Земли на интервале. Для определения просвета, пользуясь топографическими картами масштаба 1:200 000 или 1:100 000, снимают профиль местности интервала с учетом кривизны дуги земной поверхности (рисунок 4). Профиль строят в прямоугольных координатах, где по оси абсцисс в некотором масштабе откладываются расстояния вдоль интервала R (в километрах), а по оси ординат в другом масштабе — высоты соответствующих точек местности интервала над дугой земной поверхности. Последняя имеет форму параболы (близкой к окружности) и может быть построена, например, по правилу, указанному на рисунке 5, на котором высота дуги Н определяется по формуле (учитывающей нормальную рефракцию):

где: D – расстояние между точками на Земной поверхности.
Реальный просвет , определяемый из профиля (см. рисунок 4), можно сравнить с воображаемым просветом (для которого =), определяемым по формуле

где: (Х — расстояние от самой высокой точки местности на интервале до ближайшей станции, см. рисунок 4).
Для практических расчетов формулу (6) удобнее использовать в виде

Результат сравнения именуется относительным просветом. Взаимосвязь между ним и разностью хода определяется выражением

На рисунке 6 показаны зависимости множителей ослабления V и (по напряжению и по мощности) от величины , причем жирные линии соответствуют идеальному отражению (=1), а пунктирные — некоторому реальному отражению (<1).

Из кривых можно сделать вывод, что, вообще говоря, желательно, чтобы величина лежала в пределах между 1 и (точка А на рисунке 6), либо (для сильно открытых трасс) должно равняться , , и т. д. Как видно, переход к более открытой трассе ведет к все более быстрому чередованию максимумов и минимумов величины V, из чего следует, что трассы с просветами, много большими, чем , не могут обеспечить устойчивую связь в течение длительного времени. Максимумы и минимумы поля возникают при таких значениях просвета , для которых разность хода равна целому числу полуволн (см. рисунок 3). Очевидно, можно себе представить эллипсоиды, в фокусах которых размещены антенны (рисунки 7 и 8), удовлетворяющие условию . Придавая значения n = 1, 2, 3..., получим так называемые эллипсоиды Френеля, разделяющие зоны Френеля. Эллипсоиды с нечетными номерами создают максимумы поля, с четными — минимумы. Из рисунков 7 и 8 следует, что важно обеспечить открытой первую зону Френеля, ограниченную на рисунок 8 сплошной линией. Этой зоне соответствуют относительный просвет h1= и разность хода (см. рисунок 6).