Измерения при помощи рефрактометров показали, что в атмосфере почти одновременно наблюдаются неоднородности Д^ различных размеров и интенсивности, меняюшдеся во времеяи'и пространстве. Измерения показали также, что в тропосфере на разных высотах очень часто (особенно летом) встречаются слоистые неоднородности с резкими изменениями диэлектрической проницаемости.

Таким образом, условия распространения радиоволн в тропосфере определяются совокупиостью воздействия всех изменений диэлектрической проницаемости; монотонного изменения, связанного с метеорологическими условиями, многочисленных локальных неоднородностей, вызванных постоянной турбулентностью воздуха, и наличием слоистых неоднородностей.

Исследования дальнего тропосферного распространения в диапазоне частот 100- 10000 Мец проводились в основном в США на радиолиниях протяжённостью от 75 до 800 км. Наибольшее количество измерений проведено на линиях протяжённостью до 300 км. При исследованиях использовались передатчики мощностью 1~ 10 кет, обычно с частотной модуляцией, н большие антенны с коэффициенто,м усиле я 20 - 50 дб. Приёмники обладали высокой чувствительностью и избирательностью. Система приёма применялась сдвоенная.

Рассмотрим особенности приёма ультракоротких волн на больших расстояниях за горизонтом, обусловленные тропосферным распространением.

Средний уровень поля

от расстояния. Прн тропосферном

распространении уров ь сигнала быстро уменьшается с расстоянием. На рис. 5 приведены кривые изменения среднего уровня поля в зависимости от расстоэния для двух частот. Кривые нолученьрпу-тём усреднения большого количества измерений и показывают ослабление поля по сравнению с тем, которое можно наблюдать при распространении в свободном пространстве. Прн р аспр остр а нени и в Расстояниб,гм свободном пространстве

-рис 5 напряжённость поля, как

известно, убывает только :ферической ра-елодимости фронта волны по закону

Зависимость -to

-so %-fm

-/Z0

вследствие 10

обратной про'порциональности расстоянию, т' е.

(мкв \

о -

кат atfi

где Р кет - мощность, подводимая к передающей антенне, кет. ант - коэффициент усилення антенны. На рис. 5 по оси ординат отложена величина коэффициента ослабления ¥, выраженного в децибелах.

20 Ig

где Рт и Ет -соответственно мощность и напряжённость поля в точке приёма при тропосферном распространении, и соответственно моццюсть и напряжённость поля в точке приёма при раопространеиии в свободном пространстве.

В дальнейшем оценка интенсивности принимаемого сигнала будет вестись по коэффициенту ослабления Р.

Из рис. 5 видно, что на частоте /=100 Мгц на расстоянии г=185 км коэффициент ослабления Р=-50 д6 (0,003). При

мощности излучения источника Р

кет ант

= I кет И распрост-

ранении в свободном пространстве напряжённость ПОЛЯ Ёо на том же расстоянии равна 1620 мкв/м. Очевидно, что прн дальнем тропосферном распространении Е j = EfF= 1620-0,003 = 4,9 л'кв/м.

На расстоянии / =740 км, где £о = 405 - , FSod6 (0.00005),

в

поле при тропосферном распросграиеини составляет £. = 0,02-

1аким образом, при увеличении расстояния в четыре раза, поле в свободном пространстве уменьшается всего лишь в четыре раза, а цри дальнем тропосферном распространении в 245 раз, т. е. на больших расстояниях за горизонтом напряжённость поля обратно пропорциональна четвёртой степени расстояния, а принимаемая мощность восьмой степени. По отношению к свободно,.му про-

странству, где Го = - , получаем, что -= - .

Однако приведённые на рис. 5 усреднёвдые величины коэффициента ослабления могут существенно меняться в зависимости от

географических и климатических условий. В разных опытах при тропосферном распространении принимаемая мощность Рт по-отношению к мощности в свободном пространстве Ро составляла

Рт 1 I

Нужно также отметить, что ослабление поля за горизонтом хорошо изучено лишь для расстояний до 300 км. Для больших

расстояний имеются данные единичных экспериментов,

с точки зрения теории рассеяния быстрое убывание поля с расстоянием можно объяснить двумя причииамн. При тропосферном распространении удлинение трассы эквивалентно увеличению угла рассеяния Ь (рис. 6). При рассеянии вперёд , когда основная часть энергии поля рассеивается в направлениях, ,л близких к прямому распрост-

ранеииго волны, большие уг-9Z лы рассеяния соответствуют

малой нитенсивности поля. Кроме того, чем больше протяжённость трассы, тем а больших высотах располагается рассеивающий объём.

По современным представлениям интенсианость Рис. 6 турбулентности тропосферы,

а следовательно, и её рассеивающие свойства уменьшаются по мере удаления от -поверхности земли. Поэтому, несмотря на увеличение рассеивающего объёма (V2>Vi), иитенсивность поля уменьшается по мере увеличения расстояния.

Считают, что дальнее тропосферное распространение можно использовать до расстояний порядка 500-600 км.

Зависимость от частоты. При тропосферном распространении средний уровень сигнала ма-ао зависит от частоты. С повышением частоты наблюдается некоторое уменьшение напряжённости поля. Из кривых, приаед на рнс. 7, видно, что увеличение частоты в 10 раз (от 100 до 1000 Мгц) приводит к уменьшению поля на 5-6 дб. Однако в ряде опытов пол)д|ена более резкая зависимость от частоты, например, на частотах 4000 и 505 Мгц разница в уровнях составляла 18 дб, а на частотах 10 000 и 1250 Мгц -20 дб.

С точки зрения теории р а ссе я н и я отн ос итмьн о малая зависимость уровня поля от частоты может :i\uTb место из-за того, что Г' тропосфере имеются неоднородности различных раз.меров и их интенсивность, т. е. изменение диэлектрической проницаемости, не зависит от час** то ты.

На основании опытных данных считают, что при иопользовании дальнего тропосферного распространения возможно работать на частотах

3ffo то SOQQ Частота,Мгц

Рис. 7

100-10 000 Мгц и даже выше. При выборе частоты учитывают, что работа на более высоких частотах соответствует большему ослаблению на трассе. Следует, вирочем, заметить, что распространение частот е 5000 Мгц изучено пока недостаточно.

Суточные и сезонные закономерности. Резких суточных изменений уровня поля при дальнем тропосферном распространении не наблюдается, но некоторые авторы отмечали повышение среднего уровня сигнала иа несколько децибел в первую половину суток между полночью и полднем.

Сезонные изменения среднего уровня поля выражены явно. Летом среднемесячные уровни сигнала выше, чем зимой. В раз-

п

37

Пеоцсмт случаев, квгда ynoSenb iuim&m Рис. 8

ных опытах эта разница достигала величин 13-25 дб. Для иллюстрации сезонных изменений на рис. 8 приведены интегральные кривые распределения часовых медианных значений коэффициента ослабления для летнего месяца, когда наблюдались наиболее высокие уровни сигнала, и для зимнего, когда наблюдались наиболее низкие уровни.

Сезонные изменения наблюдаются на всех частотах с примерно равной интенсивностью. При проектировании радиолиний необходимо знать наиболее низкие уровни поля в зимние месяцы.

Полагают, что сезонные колебания в основном определяются сезонными изменения.ми метеорологических условий (температуры, влажности воздуха и т .п.), а следовательно, изменениями средних величии рефракции. На рнс. 9 приведены кривые месячных меднарных значений уровня поля на частотах 505 и 4090 Мгц, полученные на основании измерений на трассе протяжённостью 270 км, и кривые месячных медианных значений температуры и точки росы у поверхности земли. Нетрудно заметить, что наблюдается хорошая корреляция между всеми кривыми. Наличие связи между уровнем поля и средним метеорологическим состоянием тропосферы на траосе позволяет предполагать, что на радиолн-

ниях, проходящих в различных климатических условиях, устойчивость работы может быть различной.

Обработка результатов наблюдений на трассах протяжённостью до 170 км позволила установить приближённую количественную связь между среднемесячными значениями коэффнци -

Ивйб Леи Яиб Феб Moffm iae Mai Him Ш Сямт Окт

Рис. 9

тов ослабления и километровым градиентом:? показателя преломления тропосферы. Километровый градиент Ал определяется как разность величин [показателя преломления у земли и над поверхностью земли на высоте 1 кж. Величина tin вычисляется на основании изменений температуры, влажности и давления на указанных двух уровнях.

Колебания поля от часа к часу. На больших расстояниях за горизонтом так же, как и на открытых трассах, наблюдаются медленные колебания уровня поля от часа к часу. Эти колебания происходят одновременио иа разных частотах.. На рис. 10 показаны отклонеиня уровня поля от медианного зна-

Mean Апр. m-j lXU:a liLU Ait ССмЛ Ока

Рис. !0

чения за месяц, полученные в результате наблюдений иа трассе-протяжённостью 270 км иа частоте 505 Мгц. Нижняя кривая соответствует медианным значениям сигнала за те часы, в течение

Яроиеш SotMCKu. когда уроёет пЩесюёит аялпту Рис. И

которых наблюдались самые низкие уровни, верхняя кривая соответствует медианному значению за часы с наиболее высоким уровнем поля и средняя кривая даёт меднаииое значение за месяц. Распределение часовых медиан в децибелах следует закону Гаусса со стандартным отклонением около 8,5 дб от годовой медианы. Полагают, что медленные колебания поля связаны с изменениями средних условий рефракции на трассе и должны учитываться при оценке устойчивости работы радиолиний.

Влияние осадков. Было установлено, что величина поля заметно изменяется при наличии на трассе снега, дождя и тумана, т. е. при наличии так называемых гидрометеоров. Влияние онега и тумана иа условия приёма демонстрируется кривыми рис. 11, получешыми в результате язмереннй иа трассе цротяжённостью 270 км прн аботе на частоте 505 ц. Среди кривая {3) соответствуе интегральной кривой распределения медианных часовых значений коэффициента ослабления, полученных нз всех наблюдений за 6 месяцев. Нижняя кривая (/) показывает распределение уровней только для тех часов, когда на обоих концах трассы шёл снег. В этом случае средний сигнал был на 6-7 дб ниже шестимесячной медианы. Верхняя кривая {5) соответствует те.м часам, гда на х концах трассы был туман. В этом случае медианный уровень сигнала был на 12 дб выше медианных значений за 6 месяцев. В опытах, проводившихся на более низких частотах (220 Мгц) и на более южных трассах, повышения урня п я при наличии тумана ие наблюдалось.

Влияние гидрометеоров на условия дальнего приёма укв требуют тщательного дополнительного исследования.

Влияние высоты установки антенн и ориентировки диаграммы направленностн. В результате многих наблюдений было установлено, что средний уровень поля иа больших расстояниях за горизонтом практически не зависит от высоты поднятия антенн над поверхностью земли. Высота башен определяется поэтому только местными препятствиями ( домами, лесом и т. п.), так как; горизонт перед антеннами должен быть открытым. Установлено также, что диаграммы направленности передающей и приёмной антенн в вертикальной плоскости должны давать максимум излучения под нулевым углом возвышения, т. е. параллельно линии горизонта. На рис. 12

4-107 L5