Главная  Тропосферное распространение ультракоротких волн 

1 2 [ 3 ] 4 5 6 7

приведена зависимость между принимаемой мощностью и углом возвышения диаграмм направленности передающей и приёмной антенн, полученная из экспериментов на линии протяжённостью 200 км на частоте 3670 Мгц. Прн проведении измерений угол возвышения основного луча диаграммы направленности антенн одновременно изменялся на передающей и приёмной стороне. Результаты опыта показывают, что наиболее интенсивный поток энергии поля приходит под очень низкими углами к горизонту, а энергия, проходящая через верхние области тропосферы, незначительна.


п

т tSS

emumtmeMffuitjaeeetib

Рис. !2

шкямсш/е В шимтталкнЬй плоскости от Зуги оомшш круга

Рис. 13

Результаты опытов с вращением диаграмм направленности в горизонтальной плоскости показаны на рис. 13. Кривые свидетельствуют о том, что механизм дальнего тропосферного распространения обеспечивает максимальный приход энергии в пределах нескольких десятых долей градуса около основного и равле-ния по дуге большего круга трассы. Ясно, что для получения наибольшего уровня поля следует вести излучение и приём по основному направлению. *

Резюмируя рассмотренные особенности изменения среднего уровня поля на больших расстояниях за горизонтом, можно сделать следующие основные выводы.

При тропосферном распространении средний уровень поля существенно уменьшается с расстоянием и мало зависит ат величины рабочей частоты.

Средний уровень поля больше лето.м, чем зимой. Резко выраженной суточной зависимости не обнаруживается.

Средний уровень поля связан с метеорологическими условиями на трассе. В разных географических районах можно ожидать различную устойчивость работы прн использовании одинаковой аппаратуры и антенн. 16

г 3 i S 6

? в S 10 и tt 15 к IS

/ / 3 4 S ё 7.k/s ie п ii is k is is

г i 4 f

9 7 8 9 to If 1Z 13 IS 1$ 8ремй Ш

Рис. !4

Несмотря на сложный характер распределения рассеянного поля в пространстве, наивыгоднейшие условия приёма по интенсивности среднего уровня сигнала имеют место при той же ориентировке диаграМ1М направленности антенн, что и на открытых трассах.

Явления, связанные с многолучевым приемом

Быстрые замирания. На больших расстояниях за горизонтом поле быстро изменяется воВремени (рис. 14), т. е. приём сопровождается бы- ijcm стрыми замираниями. Характер) флуктуации поля зависит от длины рабочей волны и протяжённости трассы.

Количественно зами-рания можно оценить их частотой и глубиной. Поскольку быстрые за мирания происходят с некоторым квазипериодом, то величина, обратная квазипериоду, может быть названа частотой замираний и измерена числом колебаний в едшицу времени. Глубина замираний определяется отклонением мгновевных значений уровня сигнала от некоторого среднего уровня.

Опыты показали, что частота замираний изменяется примерно обратно про рционально длине волны. На рнс. 15 приведены средине величины частоты замираний в зависимости от часов су ток на трёх частотах: ЮО; 192,8 и 1046 Мгц. Из кривых видно, что число колебаний в минуту изменяется от единиц до десятков. Отдельные измерения на часто-/t*tf fti*w f*f f те порядка IО ООО Мгц пока-

зали, что число колебаний достигает 200-250 в минуту. Из наблюдений установлено, что частота замираний и.меет суточную закономерность: днём, в- часы после полудня, она наибольшая. Предполагают, что это связано с дневным метеорологическим циклом.

Частота замираний зависит не только от величины рабочей частоты и временн суток, но и от длины трассы. На длинных трассах частота замираний больше, чем на более коротких.

Вторая характеристика быстрых замираний - их глубина -


Рис. 15

ssOpaufMSSt



3 32

to f

Рис. 16

является существенным факторо.м при оценке устойчивое приёма. Глубина 3 раний изменяется в широких пределах по случайному закону. Количественная оценка глубины замираний может быть приведена только после накопления большого числа результатов измерений и их последующей обработки при помощи

методов теории вероятности. Определено, что глубина замираний обычно не превосходит распределения случайных величин по закону Рэлея, который показан на рис. 16. Такое распределение мгновенных значений поля означает, что замирания глубиной (-20 дб) и более можно ожидать в течение 1% времени, а замирания глубиной (-30 дб) и более - в течение всего лишь 0,1% времени приёма.

Отметим, что наличие быстрых замираний явилось основой для предположения о механизме дальнего тропосферного расл-ространения путём рассеяния. Действительно, при постоянной мощности передатчика быстрое изменение амплитуды поля в точке приёма может явиться результатом только быстрых изменений свойств среды, через которую происходит распространение радиоволн.

Если в пределах рассеивающего объёма имеется беспрерывное хаотическое движение неоднородностей, и поле, воздействующее на приёмную антенну, является результатом сложения многих компонентов, рассеянных в разных областях этого объёма, то длина пути, проходимая отдель1ьц1И омпонеитами, должна меняться по хаотическому закону. Но длина пути / связана с величиной фазы принимаемой волны соотношением

9 = ?о н- - где - начальная фаза колебаний,

- / -приращение фазы после прохождения волной л пути /.

Случайные и несинхронные изменения величины / отдельных компонентов должны приводить к случайным и несинхронным изменениям фаз этих компонентов. Фазы отдельных слагаемых поля в точке приёл1а с равной вероятностью могут принимать любые значения в интервале от О до 2 Воздействие на приёмную антенну волн с меняющимися фазами должно дать результирующий сигнал с быстро меняющейся амплитудой.

Статистическая теория рассеяния доказывает, что частота

замираний пропорциональна скорости движения неоднородностей в пределах рассеивающего объёма, а также длине трассы и рабочей частоте.

Быстрые замирания на линиях с тропосферным рассеянием заставляют пр снять систему разнесённого приёма. Повышен устойчнвссти прн одновременном приёме на две антенны, разне- сёниые в пространстве, основано ча том, что прн переходе от одной точки пространства к другой меняются соотношения фаз случайных полей н на некоторых расстояниях замнрання оказываются несвязанными. Разнос антенн н^ 25 длин волн в направлении, перпендикулярном к направлению прихода волны, даёт удовлетворител ый результат. Обычно всё же анте-таы рекомендуют разносить на 100 длин в^лн и более. Если разнос производить в направлении трассы, то расстояние между антеннами следует брать р 3 в пять больше.

Сужение (полосы частот, передаваемой без искажений. Если сигнал складывается из нескольких ком-поиемтов, прошедших разные пути, то разность во времени прихода отдельных комнонэнтов, нлн так называемое время запаздывания, накладывает определённое ограничение на ширину полосы, которую можно передать без искажений. Это объясняется по-явл м избирательных зямираний отдельных учас передаваемого спектра, вызывающих амплитудные и фазовые искажения при передаче телефонии и телевидения.

Действительно, если в простейшем случае сигнал представлен

п

спекрро-м частот f, + 2* ° - несущая частота сигнала,

а Fl - модулирующие частоты, и все составляющие спектра достигают точки приёма, двигаясь по двум путя.м /j и т. е. время

запаздывания А/ = -то в результирующем сигнале фаза

С

гармоники /i - -f Fl будет равна 27г (/ + f ) Л / = + t, а гармон и f = -f F соответственно 2r.{f -f F ) = -- © .

Таким образом, кажда составляю ая спектра в результирующем сигнале вследствие запаздывания получает дополнительный сдвиг фаз. При Этом для ряда частот спектра, близко расположенных друг к другу, может быть близким к 180°, т. е. эти составляющие в результате сложения могут резко ослабиться, а другие, для которых с; близко к О, окажутся подчёркнутыми. Чем шире переда емый спектр, тем большее количество участков его будет подвергаться искажениям. Искажения усугубляются ещё тем, что время запаздывания непрерывно меняется из-за фт/ктуаций неоднородностей в пределах рассеивающего объёма. Поэтому подчёркивание и пропадание отдельных участков спектра беспрерывно меняется во времени.



Однако эти искажения мало заметны, если время запаздывания gecbMa мало по сравнению с периодом наивысшей составляющей полосы частоты , т. е. если < тг В этом

случае соотношение фаз отдельных гармоник определяется в основном ф^зой несущей частоты ср , так как9 <9о-

Для приблизительной оценки шир ны полосы сигнала, возможной для переда с допустимыми искажениями, принимают

Величина искажений зависит также от соотношения амплитуд приним мых компонентов. Искажения мало заметны в том случае, если амплитуды запаздывающих компоне^тов поля значительно слабее основных и их взаимодействие существенно не изменяет результирующий сигнал.

На линиях с дальним тропосферным распространением время запаздывания определяется размерами рассецн^его объёма, который, в свою очередь, зависит от длины трассы и ширины диаграмм направленности передающей и приёмной антенн. Наибольшее время запаздывания соответствует прохождению сигнала через верх1нюю и нижнюю часть рассеивающего ъёма. Опыты показали, что на трассах протяжённостью до 320 км при использовании антенн с коэффициентом усиления в 35-40 дб время запаздывания наиболее сильных по амплитуде составляющих меньше 0,1 мксек. Передача телевизионных сигналов в одном из опытов на линии протяжённостью 300 км с полосой частот в несколько мегагерц дали удовлетворительные результаты.

В настоящее время предполагают, что иа антеннах с коэффициентом усиления в 45-50 дб можно передать без искажений полосу частот шириной в несколько мегагерц, при этом с увеличением длины трассы неискажённая полоса передачи сужается.

Уменьшение эффективного усиления антенн. Расчёты коэффицне1та усиления и диаграмм направленности антенны при заданных её размерах ведутся в предположении, что электромагнитное поле, воздействующее на антенну, имеет плоский волновой фронт в пределах рабочей поверх1ности антенны.

Слздтайные флуктуации в рассеивающем объёме могут привести к тому, ЧТО колебания поля в пределах раскрыва антенны будут между собой не связаны и сиифазность волнового фронта нарушится. Это приведёт к уменьшению коэффициента усиления антенны, что эквивалентно некоторому расширению её диаграммы нанравленности. Однако для работы на больших расстояниях за горизонтом весьма желательно применение а'тггеин больших габаритов с высоким коэффициентом усиления, так как уровень поля на этих линиях очень низкий. До проведения специальных

Верлятт.

Semik иеалш в/тнати i

ИГ hi miatet

.Зншрапш-яяцая

Ю 20 30 40 so силв0ие аитшнми в,/юло пяветв

Рис. !7

ОПЫТОВ высказывались опасения, что сооружение сложных антенн не даст желаемых результатов.

На рис. 17 приведе1Щ усредненные величины коэффициента усиления сложной антенны, реали- зуемые с разной степенью вероят- ности на трассе длиной 300 км. Из кривых видно, что номинальный коэффициент усиления в 40 дб с 50-процентной вероятностью снижается до 38 дб, с 90-процеитной вероятностью до 35 (56 н с 99-процентной вероятностью - до 32 дб. Предполагают, что на трассах длиной 250-300 км антенна с номинальным коэффициентом усиления в 40 дб теряет в среднем 1-2 дб. Эта цифра считается несколько оптимистической, так как в ряде других опытов были получены худшие результаты. Считают, что 1щкаже-ине оинфазности волнового фронта делает нерациональным применение антенн с коэффициентом усиления выше 45т50 дб.

Итак, из-за многолучевого приёма рассеянного поля возникает ряд явлений, которые следует -читывать при проектировании радиолиний.

Быстрые^замирания делают необходимым нримененне разнесённого приема и повышение запасов мощности передатчика.

Условия распространения ограничивают ширину полосы передаваемого сигнала несколькими мегагерцами. Но передача даже такой полосы н ает ограничения на расстояние между передатчиком и приёмником и ставит жёсткие требования к ширине диаграмм направленности антенн.

Искажение синфазности волнового фронта ограничивает возможные размеры антенн.

Исследования дальнего тропосферного распространения доказали возможность организации многоканальных телефонных и телеграфных линий язи с использованием этого вида распространения. Для расстояний до 300 км, вероятно, возможна передача телевидения. При организации таких линий связи требуются пе-редатЧ1у(и большой мощности и сложные антенны с высоким коэффициентом усиления, ио эти требования практически выполнимы.

Основные требования к оборудованию радиолиний

Выше было сказано, что, используя дальнее тропосферное распространение, возможно спроектировать многоканальную телеграфную и телефонную связь иа радиолиниях протяжённостью до



1 2 [ 3 ] 4 5 6 7