Распростарнение радиоволн

     Рассеяние УКВ на неоднородностях тропосферы. Неоднородности  тропосферы  представляют собой области, в которых ди­электрическая проницаемость отличается от среднего значения для окружающей тропосферы. Под действием поля проходящей волны в каждой неоднородности тропосферы на­водятся токи поляризации и создается элек­трический момент. В результате неоднородности действуют как вторичные излучатели. Вторичное излучение совокупности неоднородностей можно характеризовать некото­рой диаграммой направленности с максиму­мом излучения в сторону первоначального движения волны.

 

 


Рис. 5.8. Распространение УКВ в условиях атмосферного волновода

 


Рис. 5.9. Схема линии радиосвязи, использующей тропосферное рассеяние


     Поле, созданное вблизи земной поверх­ности, есть результат интерференции полей, переизлученных большим числом неоднородностей. Вследствие изменения структуры и местоположения неоднородностей поле не­прерывно флуктуирует и является случайной функцией времени. Характер распределения мгновенных значений уровня сигнала зави­сит от среднего уровня сигнала. Чем уро­вень меньше, тем ближе закон распределе­ния к рэлеевскому. При больших уровнях сигнала мгновенные значения его амплитуды распределены по обобщенному закону Рэлея, что свидетельствует о наличии в месте приема помимо быстро ме­няющейся компоненты сигнала медленно меняющейся регулярной компоненты, полученной путем отражения от слоистых неоднородностей тропосферы.


     Работу линии связи, использующей рас­сеяние радиоволн на неоднородностях тро­посферы, можно объяснить следующим. В результате пересечения в пространстве диаграмм направленности передающей и приемной антенн, условно ограниченных прямыми AD—AС1 и BD—BC (рис. 5.9), образуется объем атмосферы CDС1D1, называемый рассеивающим   объемом. Он и участвует в передаче   радиоволн   от пункта А к пункту В.   Для увеличения на­пряженности   электрического   поля  в месте приема стремятся к уменьшению угла меж­ду  направлением   первоначального   движения волны и направлением в точку приема (угол q на рис. 5.9).


      Характерной особенностью рассматри­ваемых линий связи является их узкополосность. Максимальная ширина полосы частот, которая может быть передана без искаже­ний, определяется временем запаздывания луча АСВ относительно луча AC1B, т. е. шириной диаграмм направленности антенн. Практически   с   допустимыми   искажениями можно передать полосу частот в   1—2 МГц.


     Расчет мощности на входе приемной антенны на линии связи, использующей тро­посферное рассеяние, разработан советски­ми учеными под руководством Б. А. Введенского и М. А. Колосова [7].


     Для борьбы с замираниями прием производится на разнесенные (две или четыре) антенны. Сигналы, принятые на эти антенны, складываются после детектирования.     


      Используется также разнесение по частоте, когда одна и та же информация одновременно передается на частоте 1  и частоте              2 = 1 + D, причем D /  = (25)10-3. Замирания на этих двух частотах не коррелированны. Ведут прием либо наиболее силь­ного из двух сигналов, либо сигналы скла­дываются после детектирования.


     Рассеяние и отражение метровых волн   в ионосфере. Ионизированные слои характеризуются большой неоднородностью. Наличие мест­ных объемных неоднородностей ионосферы приводит к рассеянию УКВ, которое проис­ходит аналогично рассеянию на неоднородностях тропосферы.

      Рассеяние радиоволн происходит на вы­соте 70—90 км, что ограничивает макси­мальную протяженность линии радиосвязи расстоянием в 2000—2300 км. Основная часть энергии волны, падающей на ионосфе­ру, рассеивается в направлении первона­чального движения волны. Чем больше угол, составляемый направлением на приемную антенну с направлением первоначального движения волны, тем меньше уровень мощ­ности рассеянного сигнала. Поэтому прием возможен только на расстояниях более 800—1000 км. Напряженность поля рассеян­ного сигнала убывает с повышением рабо­чей частоты и применимыми для связи ока­зываются волны частотой 30—60 МГц. Сигналы при этом виде радиосвязи на метровых волнах подвержены быстрым и глубоким замираниям.

     Для борьбы с замираниями применяет­ся прием на две антенны.   

     Большими преимуществами радиосвязи путем ионосферного рассеяния метровых волн по сравнению с линиями связи на KB являются возможность круглосуточной ра­боты на одной рабочей частоте и отсутствие нарушений связи. На этих линиях достига­ется большая надежность радиотелеграф­ной связи в приполярных областях. Однако связь на метровых волнах требует примене­ния передатчиков мощностью порядка 10 кВт и антенн с коэффициентом усиления 20—30 дБ.     


5.5. Особенности распространения ультракоротких волн в космическом пространстве

Основные типы космических радиолиний. Космические   радиолинии   решают   сле­дующие основные задачи:

     наземная радиосвязи и ретрансляция радиовещательных и телевизионных про­грамм через ретрансляторы, расположенные на искусственных спутниках Земли;

     радиосвязь пилотируемых космических кораблей с Землей и между собой;

     радионаблюдение за полетом и управ­ление полетом космических кораблей;

     передача с космического корабля радиотелеметрической информации (результатов измерений режима работы аппаратуры, па­раметров полета, данных научных наблю­дений) ;

     изучение космоса, сбор метеорологиче­ских  и  геодезических данных.


 

    К космической радиосвязи относится также распространение радиоволн на трас­сах Земля — планета, между двумя планета­ми, между двумя корреспондентами, нахо­дящимися на планете.


    Искусственные спутники Земли (ИСЗ) имеют траектории с тремя характерными участками. На начальном, стартовом участ­ке траектории

спутник с ракетой-носителем при работающих двигателях движется в сравнительно   плотных    слоях   атмосферы.  Здесь происходит отделение отработавших ступеней ракеты. На втором участке траектории скорость движения спутника несколь­ко превышает первую космическую скорость и движение вокруг Земли происходит по эллиптической орбите в сильно разреженной атмосфере. Третий участок траектории соот­ветствует возвращению спутника, вхожде­нию его в плотные слои атмосферы. У невозвращаемых спутников третий участок тра­ектории отсутствует.


     Особенности радиосвязи на первом и третьем участках траектории обусловлены тем, что вблизи спутника образуется скоп­ление ионизированного газа большой элек­тронной плотности (на несколько порядков больше электронной плотности ионосферы). Причиной образования ионизации на первом участке траектории является раскаленный отработанный газ двигателя, а на третьем участке -  термодинамический нагрев возду­ха при движении спутника в плотных слоях атмосферы (на высотах менее 100 км) со сверхзвуковой скоростью.

     На первом и на третьем участках тра­ектории расстояния от наземных станций до спутника невелики и распространение ра­диоволн осуществляется в пределах прямой видимости.


     На втором участке в зависимости от вы­соты нахождения спутника и от длины ра­бочей волны радиосвязь возможна как в пределах прямой видимости, так и за ее пределами. На условия распространения радиоволн оказывают влияние тропосфера и ионизированные слои атмосферы Земли.


     Космические корабли имеют траекто­рию, которая может быть также разбита на три участка, причем условия радиосвязи на первом и третьем участках для спутников и космических кораблей совпадают. На вто­ром участке траектории скорость корабля превышает вторую космическую скорость, корабль выходит из поля тяготения Земли и движется в межпланетном пространстве. Протяженность радиолинии космический ко­рабль — Земля может достигать сотен мил­лионов километров.


Атмосфера Земли и в этом случае оказывает влияние на условия радиосвязи.


     Если космический корабль направлен на одну из планет, то при вхождении корабля в атмосферу планеты условия радиосвязи изменяются в зависимости от радиофизиче­ских свойств атмосферы планеты.


     Характеристики межпланетной среды. В межпланетном пространстве элект­ронная концентрация равна протонной и в целом плазма квазинейтральна. На рас­стояниях более 30км от Солнца скорость перемещения плазмы можно считать постоянной и равной 500 км/с. На этих рас­стояниях электронная концентрация Nэ см-3  вследствие постоянства потока частиц в единичном телесном угле зависит от расстояния до Солнца   r (км) по закону

                      

 

     На расстоянии    150106 км от Солнца, электронная   концентрация   Nэ = 2 – 20 см -3. Межпланетная плазма  является статистически неоднородной средой со средним размером неоднородностей около 200 км. Помимо этого существуют крупномасштабные неоднородности с размерами  (0,1 — 1)106 км. Напряженность постоянного магнитного поля на расстоянии 150106 км от Солнца составляет  = 410-3 А/м.    После солнечных вспышек электронная концентрация и скорость потока    плазмы, а также    напряженность постоянного магнитного поля увеличиваются в несколько раз. Экспериментальное исследование    прохождения    радиоволн в космическом пространстве от источника, излучающего белый спектр   (созвездие Тельца) или монохроматические колебания (передатчики, установленные на космических объектах), показали, что поток энергии   УКВ   в том и другом случае практически не поглощается межпланетной средой. Однако установлено, что межпланетная среда вызывает  замирания радиоволн, связанные с движением неоднородностей плазмы.


     Так как неоднородности межпланетной среды различны в различных областях межпланетного и околосолнечного пространства, то флуктуации фаз, амплитуд и изменение спектра радиоволны зависят от расположения трассы относительно Солнца.        

    

     Особенности УКВ  радиолинии Земля — космос. Потери энергии.    На  радиолинии Земля— космос межпланетная   плазма    оказывает слабое поглощающее   или    рассеивающее действие на радиоволны. Определяю­щим является ослабление сигнала из-за большой протяженности трассы и поглоще­ния в атмосфере Земли.


    Диапазон радиочастот, пригодный для радиосвязи с космическим кораблем, огра­ничен поглощающими и отражающими свой­ствами земной атмосферы. Радиоволны длиннее 10 м отражаются от ионосферы и поэтому непригодны для связи с объектами, находящимися за ее пределами. Поглощение радиоволн в ионосфере с повышением рабо­чей частоты убывает по квадратичному за­кону. При прохождении всей толщи ионо­сферы волнами с частотами выше 100 МГц поглощение не превышает 0,1 дБ. Во время вспышек поглощения потери на волне с частотой 100 МГц возрастают до 1 дБ и условия прохождения метровых волн ухудшаются. Верхняя граница частот, применимых для космической радиосвязи, опре­деляется поглощением радиоволн в тропосфере и равна примерно 10 ГГц. При расположении наземного корреспонден­та на высоте около 5 км верхняя граница рабочих частот может    быть    повышена до 40 ГГц.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14



Реклама
В соцсетях
рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать