Главная  Тропосферное распространение ультракоротких волн 

1 2 3 4 [ 5 ] 6 7

в течение последних четырёх-пяти лет в США на линиях протяжённостью 1000-2300 км в средних н полярных широтах проводилась работа в диапазоне частот 25100 Мгц. Передатчики имели мощность порядка 30 -40 кет, антенны с коэффициен ом усиления 20-25 дб, система приёма сдвоенная. Измерения на опытных линиях показали, что в обычных условиях принимаемое поле содержит две составляющие. Одна из них постоянно присутствует и подвержена быстрым замираниям, вторая, более мощная, появляется и быстро пропадает. Предполагают, что быстро проходящая составляющая является результатом отражения от переуплотнённых метеорных следов.

Ряд опытов был поставлен для того, чтобы изучить, какой компонент поля, в свою очередь, Я1вляется доминирующим в постоянно присутствующем поле - рассеянный на турбулентных неод-црродностях или рассеянный на недоуплогненных метеорных следах. Последний может создать непрерывный приём, если приходящие рассеянные н отражённые сигналы настолько многочисленны и длительны, что накладываются друг иа друга. Наблюдения показали, что принимаемое поле создано одним, так и другим источником рассеяния. Было высказано предположение, что в дневное время преобладает составляющая поля, рассеянная на турбулентных неоднородностях; роль метеорной составляющей повышается в ночной период. Без применения специальной аппаратуры разделить эти составляющие до сих пор не удалось. Далее рассматриваются условия приёма постоянно присутствующего флуктуируюше-о поля, которое представляет собой результат совокупного действия неоднородностей турбулентного и метеорного происхождения. Использование для целей связи метеорного компонента в чистом виде будет рассмотрено отдельно.

Б за1ключение отметим, что, как показали наблюдения, при дальнем ионосферном распространении укв v а рактеристики поля меняются в шир пределах. При этом различа периоды нормального и аномального состояния поля. Периоды аномального состояния связаны с появлением отражения от спорадического слоя Е^, с возникновен'ием ионосферных возмущений и рядом других явлений.

Рассмотрим сначала характеристики поля в периоды нормального сигнала.

* Средний уровень поля

Зависимость от расстояния. Наблюдаемые медианные значения поля в пределах расстояний 1000- 2200 км меняются мало н в среднем на .80 - 100 дб ниже поля в свободном пространстве. Это означает, что напряжённость поля в 10*-10 раз меньше, чем прн убывании по закону обратной пропорциональности от расстояния. На рис. 19 приведены средние значения

коэффициента ослабления F, на- блюдавшиеся на частотах 35 и c-i 50 Мгц.

Б зависимости от времени

- / ~J9MUi

tm tsoB zeeo

Ллина линии, нм Рнс. 19

суток, времени года и географй-ческого м тоположения трас- S-сы уровень поля может существенно меняться. Однако во всех случаях при дальностях меньше 1000 км уровень поля от ионосферного рассеяния настолько мал, что выгоднее использовать дальнее тропосферное распро* странение.

Предельные длины трасс 1СЮ0- 2200 км. а также малое из-. менение среднего уровня поля в пределах этих расстояний можно объяснить двумя причинами: высотой, где располагаете рассеивающая область в ионосфере, и диаграммой рассеяния, т. е. изт менением принимаемой мощности в зависимости от величины, угла рассеяния в (рис. 4).

Сдеци^ о поставленные опыты подтвердили предположениа

о том, что рассеяние в ионосфере происходит в нижней части слоя Е днём на высотах 75-ь 80 км., ночью - на высотах 85-ь- 90 км. Как видно, раз.меры рассеивающей о'гтяс до высоту весьма ограничены и мало изменяются в течение суток. Б умеренных и полярных широтах верхняя часть слоя Е и вся область, слоя f 2 не дают интенсивного рассеяния.

Для ионосферного рассе ия справед;щво следующее приближённое соотношение меЖду принимаемой мощностью Р и , углоц рассеяния в и расстоянием / до центра рассеивающего объёма


Рис. 20

Наиболее вероятные-значения q, установленные из опыта, оцениваются величинами б-9. Это значит, что при больших углах рассеяния уровень поля очень мал, т. е. в ионосфере происходит рассеяние высоты рассеивающей длины тр а ссы угол

вперёд . Относительное постоянство области означает, что с увеличением рассеяния уменьшается (рис. 20) н направление приё.ма приближается к прямому рас^тространению, т. е. используется наиб ее интенсив ная часть поля, рассеянного вперёд . Короткие расстояния, где приём осуществляется на больших углах рассеяния, на-



ходятся в невыгодных условиях, так как прн углах рассеян1я, больших примерно 25 , абсолютный уровень сигнала таков, чго Приём практически октзывается невозможным. Углу 25

прн высоте рассеивающей области 85 км соответствует длина трассы около 1000 км. Наибольшее воз.можное расстояние передачи 2000- 2200 км ограничивается предельным расстоянием, перекрываемым лучом по сферической Земле, так как рассеяйне постоянно происходит на высоте порядка 85 км.

Зависимость от частоты. Для ионосферного рассеяния характерно резкое уменьшение уроэня поля с увеличением рабочей частоты. На рис. 21 приведена усреднённая кривая, характеризующая такую зависимость для трассы протяжённостью 1243 км, проходящей в умеренных широтах. Из кривой видно, что увеличение рабо-чей частоты в три раза продит к уменьшению поля на 3U дб. т. е. в 30 раз.

Более общие исследования частотной зависимости пoiKaзaли, что пр аемая мощность связана с велич1ИНой рабочей частоты соотношением

J9 0 so SdwsosowBmm Частотами

Рис. 21

Величина степени п неустойчива во времени и меняется в широких пределах. Её крайние значения, полученные из опыта, равны 4 - 11. В периоды высокого уровня сигната частотная зависимость проявляется наиболее резко, т. е. величина п возрастает. В разных уча'с используемого диапазона величина п также разная. Так, дл частот 50 и 25 Мгц были получены наиболее вероятные значения порядка 3 - 5, а для частот 100 и 50 Мгц - 7 8. Резкое убывание интенсивности рассеянного поля с увеличением частоты приводит к тому, что даже прн высо ффектив-ных передающих и приё.миых средствах явление рассеяния в ионосфере можно практически использовать на частотах не выше ,50 -60 Мгц. Нижняя граница используемого диапазона ограничивается частотами, нормально отражающимися от ионосферы. Обнчно нсиользоваиие частоты ниже 25 Мгц оказывается невыгодным из-за интерференции рассеянного и нормально отражённого ей. Т м образом, ионосферное рассеяние можно использовать только в наиболее длинноволновой части метрового диапазона.

Наблюдающаяся резкая частотная зависимость может быть объяснена тем, что в ионосфере неоднородности диэлектрической

проницаемости имеет разную интенсивность для разных частот-. Действительно, из формулы для диэлектрической проницаемости ионизированного газа, приведённой выше, видно, что изменение электронной плотности на величину Д даёт тем большее изменение £ц, чем ниже частота.

Зависимость от времени суток, времени года и географической широты. Наблюдения показа ли, что медианные значения поля подвержены суточной, сезонной и широтной закономерностям- На рнс. 22 приведены кривые


1=4-

й Ч). П я 1. я и я 0. о li д.

i-литй /щгздит б ijftepBHHbix широтах (j3- 123 нг) О- линия пвоходит б тяяанап mttpmaj (в w. Рис. т2

характеризующие эти закономерности по медианным значениям за месяц. Кривые построены по результатам наблюдений на двух трассах примерно одинаковой протяжённости, но одна из них проходила в умеренных широтах, вторая же - в полярных, пересекая зону наиболее сильных ионосферных возмущений.

В течение суток наибольший уровень сигнала наблюдается днём, наименьший - в вечерние часы (19-21 час. местного времени). Сезонные изменения таковы, что зимой и летом в дневные часы поле имеет наивысшие значения. Ночной уровень сигнала максимален летом. Суточные и сезонные закономерности, а также абсолютные медиснные уровня поля повторяются из года в год. Предполагают, что суточные закономерности являются результатом суточных изменений ионизации за счёт солнечной радиации и метеоров. Изменение ионизации за счет этих явлений приведено на рис. 23. Из кривых видно, что солнечной радиацией можно объяснить п-оявление максимума рассеянного поля в полдень, а метеорная ионизация создает условия для появления

значения


£/.7 Z ts QS Рис, 23



второго максимума в ранние утренние часы и минимального аначения поля вечером.

В северных широтах средний уровень поля всегда выше, чем в умеренных, а суточные и сезонные изменения выражены менее резко. Предполагают, что в северных широтах, вследствие постоянной возмущённости ионосферы, создаются более благоприятные условия для появления локальных неоднородностей, а следовательно, и возможности более интенсивного рассеяния укв.



I-Линия прилдит 9 ifnepemwt имроякх fl-ffOim) Е~Лимиа прахоёит 6 пояйрмиж ширатам (Dms кп)

а - нрибйя уро6мгй. кторые превишатль Ю% дней 6 декабре f9S7g ,

6- . - . - . - . - ЯГД . - . - .

. - . - . - . да> . -. - .

Рис. 24

Ото дня ко дню медианный урове сигнала для данного часа суток изменяется в широких пределах (рис. 24). В северных широтах эти колебания накбольшие и достигают величин ±10 дб.

Резюмируя сказанное о среднем уровне поля в периоды нормального сигнала, необходимо отметить следующее. Средний уровень поля мало изменяется в пределах расстояний 1000-i- 2000 км; коэффициент ослабления достигает величин 80- 100 дб. Резкое уменьшение интенсивности сигнала с повышением частоты позволяет использовать для практических целей диапазон метровых волн в пределах 25 - 60 Мгц (/- =12,5- 5м). Суточные, сезонные и широтные изменения интенсивности сигнала обусловлены сложными процессами рассеяния в ионосфере.

Явления, связанные с многолучевым распространением

Общие замечания. Как и при дальнем тропосферном ттрнёме укв, иа линиях, использующих ионосферное рассеяние, на-блюдается ряд искажений сиггаала, обусловленных приёмом многих рассеянных компонентов поля с быстро меняющимися фазами и амплитудами. В данном случае эти искажения усугубляются наличием сильно запаздывающих сигналов, рассеянных и отражён-

ых от метеорных следов и участков спорадического слоя Е , расположенных вие рассеивающего объёма.

Быстрые замирания. Эти за-ирйния существуют постоянно при приёме поля, рассеянного на ионосферных неоднородностях. Изучение орости и глубины замираний осложняется появлением мощны составляющих, отражённых от метеорных следов. На риг. 25 приведены осциллограммы записи сигнала на


Одна сея У

г StemHp /Шг 1


Рис. 25

выходе приёмника в разные часы суток. Запись проводилась на линии протяжённостью 1243 км, проходящей в умеренных широтах. Работа велась на частоте 49,8 Мгц.

Осциллограмма на рис. 25а даёт представление о быстрых замираниях в дневное время, когда метеорная составляющая поля играет второстепенную роль. Рис. 256 соответствует записи ночного поля, когда метеорная составляющая наиболее сильная. На рис. 25в приведена осциллограмма, полученная в вечерние часы, когда обе составляющие поля слабы.

Изучение быстрых замираний показало, что в периоды, когда принимаемый сигнал явно не содержит мощных составляющих, отражённых от метеорных следов, частота замираний меняется по случайному закону в пределах от 0,2 до 5 периодов в секунду. Распред1;ление мгновенных значений амплитуд поля, как и при дальнем тропосферном распространении, близко к распределению по закону Рэлея. При наличии мощных метеорных отражений или отражений от слоя кривые распределения отличаются от ривых распределения по закону Рэлея. Характеристики быстрых замираний не подвержены суточным изменениям.

Быстрые замирания приводят к необходимости применения



1 2 3 4 [ 5 ] 6 7