Электронная плотность ионосферы меня­ется в течение суток и в течение года. Зна­чит, изменяются и границы рабочего диапа­зона, что приводит к необходимости измене­ния рабочей длины волны в течение суток: днем работают на волнах 10—25 м, а ночью на волнах 35—100 м. Необходимость пра­вильного выбора длины волны для сеансов связи в различное время усложняет конст­рукцию  станции   и   работу   оператора.

    Зоной молчания KB называют кольце­вую область, существующую на некотором расстоянии от передающей станции, в пре­делах которой невозможен прием радио­волн. Появление зоны молчания объясня­ется тем, что земная волна затухает и не достигает этой области (точка В на рис.5.3,а), а для ионосферных волн, падающих под малыми углами на ионосферу, не выполняются условия отражения (4.9). Пределы зоны молчания (ВС) расширяются при уко­рочении длины волны и снижении электрон­ной плотности.

Рис. 5.3. Схема распространения КВ на большие расстояния:

а– интерференция волн, отраженных однократно и двукратно от ионосферы: 1 – поверхностная волна; 2 – волна, распространяющаяся путём одного отражения от ионосферы; 3 – волна, распространяющаяся путём двух отражений от ионосферы; 4 – волна, рабочая частота которой больше максимально допустимой; б – интерференция рассеянных волн;   в – интерференция магниторасщеплённых составляющих волн

Рис. 5.4. Дальнее наземное рассеяние коротких волн

     Замирания в диапазоне KB более глу­боки, чем в диапазоне СВ. Основной причи­ной замираний является интерференция лу­чей, распространяющихся путем одного и двух отражений от ионосферы (рис.5.3,а). Помимо этого замирания вызываются рассеянием радиоволн на неоднородностях ионосферы и интерференцией рассеянных волн (рис.5.3,б), а также интерференцией обыкновенной и необыкновенной составляю­щих магниторасщепленной волны (рис.5.3,в). Обработка измерений за короткие интервалы времени (до 5 мин) показала, что функции распределения амплитуд близки к рас­пределению Рэлея. В течение больших интервалов времени наблюдений распреде­ление ближе к логарифмически    нормальному. Для борьбы с замираниями применяется прием  на  разне­сенные антенны.

     Сигналы, принятые на разнесенные антенны, складывают после детектирования. Эффек­тивным является разнесение по поляриза­ции— прием на две антенны, имеющие вза­имно перпендикулярную поляризацию. Ис­пользуются также приемные    антенны с узкой диаграммой направленности, ориен­тированной на прием только одного из лучей.

     При благоприятных условиях распрост­ранения KB могут огибать земной шар один и несколько раз. Тогда помимо основного сигнала может быть принят второй   сигнал, запаздывающий примерно на 0,1 с и называ­емый радиоэхо. Радиоэхо оказывает мешающее действие на линиях меридиональ­ного направления. Короткие волны при распространении испытывают наземное рассея­ние (рис.5.4). Не вся энергия волны, па­дающей на неровную земную поверхность (луч 1), отражается зеркально, часть ее рассеивается в разных направлениях (лучи 2, 3, 4, 5). При этом часть энергии, отража­ясь от ионосферы, возвращается к месту из­лучения радиоволны (луч 5). Возвратно-рассеянные волны могут быть приняты в пункте излучения, что указывает на возмож­ность прохождения радиоволн данной часто­ты по трассе. Это явление, называемое эффектом   Кабанова, используется для коррекции рабочих частот: перед началом передачи посылают на выбранной рабочей частоте сигналы с импульсной модуляцией. По времени запаздывания и искажению возвратно-рассеянных импульсов судят о пра­вильности выбора рабочей частоты.

     Радиосвязь на KB претерпевает нару­шения, основной причиной которых являют­ся ионосферно-магнитиые бури. При этом слой F разрушается и отражение KB стано­вится невозможным. Наиболее часто эти на­рушения наблюдаются в приполярных райо­нах и длятся от нескольких часов до двух суток. Второй вид нарушений — внезапные поглощения (наблюдаются только на осве­щенной части земного шара), которые длят­ся от нескольких минут до нескольких ча­сов. Часто оба вида нарушений связи возни­кают одновременно.

     Расчет KB линий связи разбивается на два этапа: определение суточного хода мак­симальных применимых частот (МПЧ) и оп­тимальных рабочих частот (ОРЧ); определе­ние напряженности электрического поля в месте приема или определение суточного хода  наименьших  применимых  частот (НПЧ) [7].

5.4. Особенности распространения ультракоротких волн в приземном пространстве

     Общие свойства. К диапазону ультра­коротких волн (УКВ) относят радиоволны длиной от 10 м до 1 мм ( = 30 МГцЗ105 МГц). В нижнем пределе частот диа­пазон УКВ примыкает к КВ. Эта граница определена тем, что на УКВ, как правило, не может быть удовлетворено условие отра­жения радиоволн от ионосферы (4.8). В верхнем пределе частот УКВ граничат с длинными инфракрасными волнами. Диапа­зон УКВ делится на поддиапазоны метро­вых, дециметровых, сантиметровых, милли­метровых волн, каждый из которых имеет свои особенности распространения, но основ­ные положения свойственны всему диапазо­ну УКВ. Условия распространения зависят от протяженности линии связи и специфики трассы.

     Из-за малой длины УКВ плохо дифра­гируют вокруг сферической поверхности Земли и крупных неровностей земной поверх­ности или других препятствий. Антенны стре­мятся расположить на значительной высоте над поверхностью Земли, так как при этом, во-первых, увеличивается расстояние прямой видимости (см.(2.11),(3.5)) и, во-вторых, уменьшается экранирующее влияние мест­ных предметов, находящихся вблизи антен­ны. При этом, как правило, выполняется условие, при котором высота расположения антенны много больше длины волны и расчет напряженности поля можно вести по интерференционным формулам (2.12),(2.13). Если это условие не выполняется (переносные или автомобильные станции, работающие на мет­ровых волнах), расчет ведут по (2.15).

    В диапазоне УКВ земная поверхность может рассматриваться как идеальный ди­электрик, и проводящие свойства земной по­верхности следует учитывать только при распространении метровых волн над морской поверхностью. Поэтому изменение про­водящих свойств почвы (изменение ее влаж­ности) практически не сказывается на распространении УКВ. Но согласно (2.9) даже небольшие неровности земной поверхно­сти существенно изменяют условия отраже­ния УКВ от поверхности Земли.

     Распространение УКВ в пределах прямой видимости. Отражение   от земной поверхности. При расстояниях, много меньших преде­ла прямой видимости (3.5), можно не учи­тывать влияние сферичности Земли и влия­ние рефракции радиоволн в тропосфере. Ха­рактерными особенностями распространения УКВ при этом являются большая устойчи­вость и неизменность уровня сигнала во вре­мени при стационарных передатчике и при­емнике. Расчет напряженности поля можно вести по формуле Введенского (2.14),   если выполняются    условия      применимости     этой формулы.

     На линии радиосвязи Земля — самолет или при радиолокационном наблюдении са­молета сигнал флуктуирует благодаря изме­нению угла наблюдения при движении само­лета и изрезанности диаграммы направлен­ности системы излучатель — Земля (см.рис.2.8).

     При расстояниях, лежащих в пределах 0,2 <  <0,8 , необходимо учитывать влияние сферичности Земли. Одновременно следует учитывать влияние рефракции, используя принцип    эквивалентного радиуса Земли (см.(3.4)). При таких расстояниях на распространение УКВ влия­ют и метеорологические условия. С измене­нием коэффициента преломления тропосфе­ры меняется кривизна траектории волны, причем для прямого и отраженного от зем­ной поверхности лучей эти изменения могут оказаться различными. В результате изменя­ется разность фаз между прямым и отра­женным лучами, а следовательно, меняется и уровень поля радиоволны, происходят за­мирания сигнала. Мешающее действие замираний уси­ливается с увеличением расстояния.

     Радиолокационные отражения. Отраже­ния УКВ от неровной земной поверхности имеют особое значение в радиолокационной технике. В основном они носят рассеянный характер, причем часть отраженной энергии оказывается направленной к источнику. Та­кие отражения чаще всего относятся к ме­шающим сигналам, которые затрудняют распознавание полезных радиолокационных це­лей. Однако отражения от земной поверхности к источнику используются при прове­дении наблюдений за поверхностью Земли с воздуха, например при высотометрии.

     Случайные значения амплитуды сигнала, излученного движущимся радиолокато­ром (например, с самолета) и отраженного земной поверхностью, подчиняются закону Рэлея. Только при отражении от спокойной воды и от ровных участков пустыни присутствует постоянная составляющая и закон распределения амплитуд соответству­ет обобщенному закону Рэлея. Кор­реляционная функция сигнала описывается экспоненциальным законом, причем масштаб корреляции зависит как от высо­ты неровностей, так и от скорости движения источника [7].

     Распространение  УКВ  над  пересеченной  местностью  и   в  городах. Обычно вдоль линии связи на УКВ име­ются большие или малые неровности, кото­рые влияют на распространение радиоволн. В общем случае учесть это влияние не пред­ставляется возможным. Для расчета напряженности электрического поля в каж­дом конкретном случае необходимо постро­ить профиль трассы и в зависимости от ха­рактера этого профиля вести расчет тем или иным методом. Рассмотрим несколько при­меров профилей трасс. 

     Трасса, проходящая над небольшими пологими холмами.     На (рис.5.5,а), изображен  профиль трассы,  при  котором  передающая антенна расположена на пологом склоне холма. В этом случае к приемной ан­тенне могут прийти прямой луч АВ и три отраженных   луча   ,  и . При расчете напряженности электрического поля следует учитывать разность фаз этих лучей, обусловленную разностью хода и раз­ными условиями отражения в точках , ,  и . В результате рассмотрения такой картины можно получить выражение для расчета напряженности поля, аналогичное интерференционным формулам, но более сложное. На рис 5.5,б  изображен профиль, при котором имеется возвышенность в середине трассы.   В  простейшем   случае   в  точку В приходит только один луч, отражающийся в точке С. Для расчета такой трассы удобно ввести   понятие    приведенных    высот антенн  h1пр и h2пр и свести задачу к известному   случаю   распространения   радиоволн  над фиктивной  плоскостью,  касательной к поверхности Земли в точке отражения.

Рис. 5.5. Распространение УКВ в пересеченной местности:

а – одна антенна находится на пологом склоне; б – пологая возвышенность в середине трассы

Рис. 5.6. Распространение УКВ на трассе с препятствием, открытая и закрытая трассы (а); зависимость множителя

ослабления V от параметра z (б)

Рис. 5.7. Схема трассы с «усиливающим препятствием»

     Трасса, проходящая над высоким хол­мом или горным кряжем. Для приближен­ного определения напряженности поля на трассе, имеющей высокий холм или горный кряж, можно воспользоваться теорией дифракции электромагнитных волн на непроз­рачном клиновидном экране. Если препятст­вие не перекрывает линии прямой видимо­сти между антеннами, то трасса называется открытой; когда препятствие поднимается выше линии   прямой   видимости,   трасса  называется закрытой   (рис.5.6,а ).

    Если препятствие хотя бы частично перекрывает первую зону Френеля   (1.5),  интенсивность электромагнитного поля на трассе  изменяется. При   применении  остронаправленных антенн излученные волны не попадают на ровные участки земной поверх­ности и напряженность поля за препятствием определяется формулой  Em = Em cв V, где Em cв находится по (1.1).

Множитель ослабления V зависит от длины волны и «просвета» d, который при­нято считать положительным  при закрытой трассе и отрицательным    при    открытой трассе. На рис.5.6,б изображена  зависимость  множителя  ослабления   V  от  пара­метра z :

     На трассах  УКВ  протяженностью при­мерно 100—150 км, проходящих через гор­ные кряжи высотой 1000—2000 м, наблюда­ется    явление,    называемое    усиление препятствием.   Это   явление заключается в том, что  интенсивность электромаг­нитного   поля   радиоволны   при    некотором удалении за препятствие оказывается больше, чем на том же расстоянии от передат­чика на трассе без препятствий. Объяснить усиление препятствием можно тем, что вер­шина горы служит естественным пассивным ретранслятором (рис. 5.7). Поле, возбуждающее вершину горы, складывается из двух волн — прямой АС и отраженной ADC. Волны дифрагируют на острой вершине го­ры, как на клиновидном препятствии, и рас­пространяются в область за гору. При этом к месту расположения приемной антенны В придут два луча СЕВ и СВ. Следовательно, на участках трассы передатчик — гора и го­ра — приемник распространение идет в пределах прямой видимости. При отсутствии препятствия на расстоянии 100—150 км, на­много превышающих предел прямой види­мости, к месту приема доходит только весь­ма слабое поле, обусловленное дифракцией на сферической поверхности Земли и ре­фракцией. Расчеты и эксперименты показы­вают, что такое препятствие — ретрансля­тор может дать усиление напряженности электрического поля  на 60—80 дБ.

     Использование явления усиления пре­пятствием оказывается экономически выгод­ным, избавляя от, необходимости устанавли­вать высокогорные ретрансляционные стан­ции.

     На некоторых радиорелейных линиях, проходящих в равнинной местности, соору­жают искусственное усиливающее препятст­вие в виде сетки или системы проводов, что дает выигрыш в мощности и позволяет уменьшить высоту антенных мачт.

     Распространение УКВ в пределах боль­шого города. Большой город можно рас­сматривать как сильно пересеченную мест­ность. Многочисленные опыты показали, что в среднем напряженность поля метро­вых и дециметровых волн в городе меньше, чем на открытой местности, примерно в 3—5 раз. Поэтому грубую оценку среднего уровня напряженности поля на этих волнах можно производить по (2.14), вводя в  нее множитель 0,2—0,4. В сантиметровом диапа­зоне волн ослабление еще сильнее.

     Если имеется прямая видимость между передающей и приемной антеннами, то расчет  можно  вести  по   (2.14),  причем   высоту расположения антенны следует отсчитывать от среднего уровня крыш.

     Внутри помещений структура поля яв­ляется еще более сложной и практически не поддается расчету. Измерения напряженно­сти поля внутри помещения показали, что в помещениях верхних этажей напряженность поля составляет 10—40% напряженности поля над крышей, а в первом этаже - 3— 7% этой величины.

     Распространение  УКВ    на большие расстояния  в условиях сверхрефракции. При расстояниях, превышающих рас­стояние прямой видимости, напряженность поля радиоволн резко убывает. На этих расстояниях распространение происходит вследствие дифракции радиоволн вокруг сферической поверхности Земли, рефракции радиоволн в тропосфере и рассеяния их на неоднородностях  тропосферы.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9