Главная  Тропосферное распространение ультракоротких волн 

1 2 3 [ 4 ] 5 6 7

500 600 км. Ра-бота на опытных линиях показала, что прн применении вы сок о эффективного оборудования можно обеспетить надёжность работы на 99,9% и даже выше.

При выборе длины трассы следует иметь в виду, что с увеличением расстояния сильно возрастает сложность оборудования из-за необходимости применения передатчиков большой мощности и антенн с высоким оэффиицентом усиления. Работа радиолинии может вестись на фиксированной частоте, выбор которой определяется рядом условий.

Потери в тракте распространения увеличиваются с повышением частоты. Если работа должна вестись на большие расстояния, то выгоднее пользовать более низкие частоты, распространяющиеся с меньшими потерями. Однако выигрыш от применения более низкой частоты можно реализовать только при использовании антенн больших размеров, ели по каким-либо причинам размер антенны лимитированы, то выгоднее использовать более высокие частоты. До настоящего времени на опытных линиях связи использовался в основном диапазон до 5СЮ0 Мгц. Частот! дециметрового диапазона (400-600 Мгц) нашли наибольшее применение, частоты сантиметрового диапазона (3000-5000 Мгц) рекомендуются для широкополосных передач, в частности, телевидения.

Необходимые мощности передатчиков оцениваются величнна-ии порядка 110 кет и существенно зависят не только от параметров распространения, но и от требований к надёжности и качеству работы линии. Получение таких мощностей в диапазоне сантиметровых и дециметровых волн представляет ещё значительные трудности. На опытных линиях ис. льзо лись передатчики с ус телями мощности на тетродах и клистронах. Частотной границей для применения тетродов в настоящее время является примерно частота 1000 Мгц. Наиболее перспективными для получения больших мощностей на сверхвысоких частотах считают многоконтуриые клистроны из-за их большого коэффициента усиления по мощности, большого срока службы и ряда других качеств. В американской литературе олубликов ы данные двух кли р нов: на 2000 Мгц с выходной мощностью 10 кет и коэффициентом усиления 50 дб и на 6000 Мгц мощностью 2 Кбт и коэффицентом усиления 50 дб. Указывается, что парэметры этих ламп не являются для клистронов пред ми.

Система модуляции на линиях с рассеянным распространением, вообще говоря, может быть применена любая, но желательно избегать таких систем, которые предъявляют чрезмерные требования к ширине полосы или очень чувствительны к шумам. Частотная модулиция обладает известными преимуществами: относительно малыми искажениями и нечувствительн тью к быстрым замираниям до тех гор, пока сигнал превышает пороговый уровень. Однако при ЧМ ке очень эффективно используется занимаемая

полоса частот и имеется ясно щлраженный пороговый эффект. Система модуляции с одной боковой полосой желательна для применения по следующим соображениям: очень экономное использование пачосы частот (в 6-8 раз меньше, чем при ЧМ), меньшее влияние многолучёвости, отсутствие порогового эффекта, значительно меньшая потребная мощность по сравнению с ЧМ. С другой стороны, системы с одной боковой полосой предъявляют жёсткие требования к линейности усилителей мощности стабиль частоты аппаратуры.

Приёмники на линиях дальнего тропосферного распространения должны обладать высокой чувствительностью и избирательностью. Поскольку в используемом диапазоне частот внутренние шумы приёмника являются ограниченными, входные ступени должны быть с малыми шумами. В приёмном тракте должна соблюдаться высокая степень линейности.

На опытных линиях использовались приёмники с фильтрами высокой частоты, состоящими нз нескольтх последовательно соединён X четвертьволновых коаксиальных резонаторов с добротностью от 100 до 400. На более низких частотах (примерно ниже 900 Мгц) значительного улучшения отношения сигнал/шум оказалось возможным достичь пр енением' предварительных усилителей. На частотах выше 900 Мгц удалось добиться коэффициента шума, приблизительно равного 8 дб, путем применения кристаллического смесителя специальной конструкции. Гетеродин приёмника о но представлял собой кварцевый осциллятор, работающий на частоте 10- 50 Мгц с последующим умножением. Промежуточная частота выбиралась в предстах от 10 до 60 Мгц.

Антенны при создании радиолиний являются одной из наиболее сложных н дорогостоящих частей аппаратуры. Вследствие искажений, вызываемых многолучевым приё.мом, и зкого уровня поля, желательно применен антенн с высоким коэффициентом усиления и соответственно узкой диаграммой направленно сти. Реализуемые коэффициенты усиления до 45 50 дб соот т-ствуют ширине основного лепестка меньше I*. Более сложные антенны^ устр ства необходи.мо применять на линиях, где используются многоканальные широкополосные системы. Так, для передачи полосы 6 Мгц на расстояние в 300 км необходимо иметь антенны на приёмном и передающем концах с шириной лепестка порядка 0.73 . На этих же расстояниях антенны с шириной лепестка 3 1,5° обеспечивают передачу без искажений полосы шириной всего лишь в 3 Мгц. Для получения требуемых характеристик антенн наибольшее пр ение находят параболоиды вращения. Ширину лепестка меньше одного градуса воз.можно получить в том случае, если применить параболоид с диаметром около 100 л. Это значит, что на волне 3 см диаметр параболоида должен быть 3 ж, а на волне 30 см соответственно 30 м. На опытных линиях использовались антенны с диаметром не более 20 м. Па-



ruTllo? Убранный из сваренных алюминиевых ITTs LA ? Р^Фи т^-ой антенны нршедеиа на рис. 18. Ввиду болыиой сгоимосги антенн и необходимости при-


Рис 18

менять сдвоенную систему приёма стремятся одновременно работать с одной антенны на приём и передачу. Выполнить эту задачу нелегко, так к^к от о енне уровней передаваемого и принимаемого сигналов в некоторых случаях достигает 200 дб. Для ведения дуплексной работы применяют специальные меры: тщательно подавляют паразитные частоты, используют различные поляризации на передаче и приёме, а также применяют сложные фильтры в питающих линиях.

Окончательный выбор параметров аппаратуры требует в первую очередь знания потерь в тракте распространения, которые, как указывалось выше, зависят не только от длины трассы и рабочей частоты, но и от географического расположения. Б литературе имеется ряд работ, посвященных расчёту радиолиний с использованием дальнего тропосферного распространения укв. Бее они дают в основном методику расчёта и не дают достаточно надёжных абсолютных величин потерь, так как условия распространения изучены пока в пределах ограниченных районов.

Широкому применению этого вида связи в СССР должны предшествовать изучение условий распространения для наших географических условий и климата, а также оценка экономической целесообразности строительства таких линий. Заметим, что

уже на сегодняшний день ясно вырисовываются выгоды применения дальнего тропосферного распространения в трудно доступных районах.

IV. ДАЛЬНЕЕ ИОНОСФЕРНОЕ РАСПРОСТРАНЕНИЕ УЛЬТРАКОРОТКИХ ВОЛН

Особенности диэлектрической проницаемости ионосферы

При исследованиях дальнего распространения укв было обнаружено, что, аниная с расстояний порядка 800-1000км, закономерности изменения поля приобретают ряд специфических особенностей, не свойственных более кор ким трассам. К таким особенностям в первую очередь следует отнести резкое уменьшение уровня сигнала при увеличении частоты. Практически оказывается возможным применять частоты в диапазоне 2560 Мгц {к =12,5 5 Второй особенностью приёма на расстояниях свыше 1000 км является малое изменение уровня поля в пределах 1000 2200 км. Эти особенисстн. а также геометрия эксперимента заставили предположить, что приё.м укв на расстояниях, больших 1СЮ0 км, с^условлен рассеярием и отраженне.м радиоволн на неоднородностях днэлектр!ческой проницаемости в ионосфере на высоте 80 90 км, т. е. в нижней части слоя Е. Б дальнейшем это предположение -было подтверждено многочисленными опытами.

Для оценки условий распространения в этом случае следует рассмотреть основные характеристики диэлектрической проницаемости ионосферы. Ранее говорилось, что в ионизированном газе величина диэлектрической проницаемости зав т от степени ионнзаци газа и от рабочей частоты. Если пренебречь тепловыми потерями и влиянием постоянного магнитного поля Земли, то относительную диэлектрическую проницаемость на высоте Л можно определить из соотношения

80,8 W (А) Г'

где/V(A)-электронная плотность в ионосфере на высоте Л, -,

f - рабочая частота, кгц. Средние значения электронной плотности Af/ij не постоянны на различных высотах, а меняются в соответствии с изменением плотности газа в атмосфере к интенсивности основного ионизирующего агента, которым в умеренных широтах является ультрафиолетовая радиация Солнца. Эти из.менения N(h), а следовательно, и диэлектрической проницаемости обусловливают



возможность нормального отражения радиочастот вплоть до 30 Мгц. Наиболее высокие нз них (15 -ЬЗО Мгц) отражаются от ионосферы не всегда, а только в периоды высокой ионизации слоев.

Кроме средних изменений диэлектрической проницаемости, в ионосфере беспрерывно наблюда тся флуктуации этого параметра, т. е. случайные отклонения As от средних значений е„. Эти отклонения могут быть вызваны как местными изменениями электронной плотности an(h) из-за турбулентных воздушных течений, так и появлением дополнительных ионизирующих агентов. Как указывалось выше, наличие локальных неоднородностей диэлектрической проницаемости приводит к рассеянию радиоволн. Экспериментальные ис дования влияния турбулентности на неоднородность диэлектрической проницаемости ионосферы проводились в основном косвенными методами путём лиза явлений п спорадическом слое е^, изучения сигналов, отражённых от слоев ионосферы прн работе частотах, меньше критических, и ряда других. По современным представлениям, на высоте 80-=-90 /ш аиболее вероятные размеры флуктуирующих областей лежат между 50 и 400 м с максимумом около 200 м. Флуктуации электронной плотности имеют порядок \q~* .

Кроме неоднородностей д и электрической проницаемости, вызванных аэродина ескимн процессами, на высотах 80-н 120 км существуют области с повышенной ионизацией, появляющиеся за счёт метеорных частиц. Известно, что в зе ную атмосферу непрерьгв о вторгается огромное количество метеоров с р чной массой. В настоящее время обнаружены метеорные частицы с массами от 10* до 10 и радиусами от 8 с до 0,2 мк. Чем меньше массы частиц, тем большее нх число попадает в земную атмосферу. Частиц с массо 1 кг ежесуточно захватывается около 100. частиц с массой 10~ г и боль е - около 10- а с массой до 10 г - в среднем около 10°. Эти данные относятся к так называемым спорадическим метеорам. Метеорные ливни, такие как Персеиды, Гемениды и Квадрантиды, появляются только один раз в год и для регулярного распространения радиоволн практически не играют роли. Скорость, с которой метеорные частицы достигают земной атмосферы, лежит в пределах от И до 73 кмсек. При движении в атмосфере, вследствие трения метеорная ч-астйца сильно нагревается, и на высоте порядка 90 км сгорает. При переходе метеорной частицы в газообразное состояние выделяется большое количество ионизированных атомов, которые образуют ионизированный след удлинённой формы в виде столба- Сначала след и..меет небольшие размеры, а затем, благодаря диффузии, быстро увеличивается в объёме. Метеор величиной с булазрчную головку оставляет ионизированный ц^Д про-

тяжённостью до 10 км и продолжительностью от нескольких миллисекунд до нескольких секунд. Очень маленькие части1цы с массой от 10 до 10~г ( микрометеоры ) проходят через атмосферу неповреждёнными.

Следы частиц обладают различной линейной электронной плотностью, т. е. различным числом электронов, приходящихся на 1 м длины следа. Для частиц с массой 10 г эта плотность равна

9, -Ь 12 ЭЛ

10~, для частиц с массой 10 г она равна 10 -. Ра-

диоволны могут отражаться от ионизированных следов, создаваемых частицами с массой более 10 ~г. Если линейная электронная

то э-1ектроны в сле-

плотность следа равна или меньше 10

де можно считать ые-.ависимыми центрами рассеяния. Такие следы назыз т едсуплотнён^ы . Они играют главную роль в метеорном распространении радиоволн. Переуплотнённые следы, где линейная электронная плотность превосходит 10 -

ведут себя как металли^ргкир отражате.тл тех частот, для которых объёмная электронная плотность следа превосходит /рдб/80,8. Отражения от нереуплотнёиных следов резко увеличивают силу приёма. Наибольшая интенсивность отражённого сигнала получается в том случае, когда падающий луч перпендикулярен оси следа.

Наблюдение за отражением от метеорных следов ведётся при помощи радиолокационных установок. Установкой с приёмной антенной, имеющей ширину основного лепестка диа аммы направленности в вертикальной плоскости около 30°, на высоте 100 км освещается площадь порядка 10 км. Через эту площадь может пролететь в течение секунды около 20 метеорных частиц, из которых примерно 5% образуют ионизированные следы, ориентированные так, что они обнаруживаются на приёмнике в виде эха. Таким образом, в течение секунды может появляться примерно одно эхо, ызванное ней весом 10 ~. г или более.

В низких географических широтах степень ионизации метеора ми достигает наибольших значений. Предполагают, что в этих районах рассеяние от метеорных след имеет наибольший уд ь-ный вес в общем механизме дальнего ионосферного распространения- В средних и высоких широтах метеорные следы играют существенную роль в те периоды времени, когда сигнал, рассеянный на турбулентных неоднородностях, слаб, например, в ночное время.

Ознакомившись с основными особенностями ф^туктуаций диэлектрической проницаемости ионосферы иа высоте 80 - 90 км, рассмотрим результаты опытных данных дальнего ионосферного распространения метровых волн.



1 2 3 [ 4 ] 5 6 7