Поглощение в диапазоне СВ возрастает с укорочением длины волны и напряженность электрического поля ионосферной волны больше на более длинных волнах. Поглощение увеличивается в летние месяцы и уменьшается в зимние месяцы. Ионосферные возмущения не влияют на распространение СВ, так как слой Е мало нарушается во время ионосферно-магнитных бурь.
Замирания на средних волнах наблюдаются только в ночные часы, когда на некотором расстоянии от передатчика возможен приход одновременно пространственной и поверхностной волн в точку В (рис.5.2) причем длина пути пространственной волны меняется с изменением электронной плотности ионосферы. Изменение разности фаз этих волн приводит к колебанию напряженности электрического поля во времени, называемому ближним замиранием. На значительное расстояние от передатчика (точка С) могут прийти волны путем одного или двух отражений от ионосферы. Изменение разности фаз этих двух волн также приводит к колебанию напряженности поля, называемому дальним замиранием. Скорость замираний невелика (период замираний составляет 1 — 2 мин).
Для борьбы с замиранием на передающем конце радиолинии применяются антенны с диаграммами направленности, прижатыми к земной поверхности. При такой диаграмме направленности зона ближних замирании удаляется от передатчика, а на больших расстояниях поле волны, пришедшей путем двух отражений, оказывается ослабленным.
Напряженность поля ионосферной волны на расстояниях >300 км определяется по графикам, полученным в результате обработки большого числа наблюдений [7].
5.3. Особенности распространения коротких волн
К диапазону коротких поли (KB) относят волны длиною от 10 до 100 м ( = 303 МГц). Волны KB диапазона распространяются земной волной на расстояние не более 100 км вследствие сильного поглощения в земной поверхности и плохих условий дифракции. Расчет напряженности поля земной волны следует вести по (2.15).
Ионосферной волной KB распространяются на многие тысячи километров. При этом можно применять направленные антенны и передатчики не очень большой мощности. Поэтому KB используются главным образом для связи и вещания на большие расстояния.
Распространение KB ионосферной волной происходит путем последовательного отражения от слоя F (иногда слоя E) ионосферы и поверхности Земли. При этом волны проходят через нижнюю область ионосферы — слои E и D, в которых претерпевают поглощение (рис.5.3,а). Для осуществления радиосвязи на KB должны быть выполнены два условия: волны должны отражаться от ионосферы и напряженность электромагнитного поля в данном месте должна быть достаточной для приема, т. е. поглощение волны в слоях ионосферы не должно быть слишком большим. Эти два условия ограничивают диапазон применимых рабочих частот.
Для отражения волны необходимо, чтобы рабочая частота была не слишком высокой, а электронная плотность ионосферного слоя достаточной для отражения этой волны в соответствии с (4.9). Из этого условия выбирается максимальная применимая частота (МПЧ), являющаяся верхней границей рабочего диапазона.
Второе условие ограничивает рабочий диапазон снизу: чем ниже рабочая частота (в пределах коротковолнового диапазона), тем сильнее поглощение волны в ионосфере (см. рис.4.2). Наименьшая применимая частота (НПЧ) определяется из условия, что при данной мощности передатчика напряженность электромагнитного поля должна быть достаточной для приема.
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.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14
