Главная  Тропосферное распространение ультракоротких волн 

1 2 3 4 5 [ 6 ] 7

системы разнесённого приёма. Опыты показали, что при расположении антенн по линии, перпендикулярной направлению на станцию, и разнесении их на расстояние 3,5 I получается уже удовлетворительный приём. Такие же результаты можно получить п при расположении антенн по направлению на принимаемую станцию и разносе их на 40 длин волн. Следовательно, выгоднее располагать антенны но линии, перпендикулярной направленик> приёма. Для увеличения выигрыша расстояние между антеннами желательно брать не менее 10

Сужение полосы частот, передаваемой без искажений. В гл. II было рассмотрено влияние запаздывающих сигналов на искажения в пределах полосы передаваемых частот. Там же указывалось, что время запаздывания и амплитуда запаздывающих сигналов ограничивают полосу частот, которую можно передать без искажений. При дальнем ионосферном распространении укв наблюдаются различные типы запаздывающих сигналов:

1) Сигналы, пришедшие из разных областей рассеивающего объёма,. Прн этом запаздывание не превышает примерно 20 мксек^ Напомним, что аналогичное запаздывание при тропосферном распространении достигает его лишь десятых долей микросекунды.

2) Сигналы с гораздо большим временем запаздывания. Такие сигналы появляются за счёт отражения от областей метеорной ионизации, расположенных вне рассеивающего объёма. Эти сигналы приходят по разным напра нням и имеют высокую интенсивность. Время запаздывания в этом случае может дост ть-5 мсек. Вторым источником сильных сигналов с большим врё\1е-нем запаздывания являются сигналы, пришедшие с боковых направлений после отражения от спорадического слоя Е^. Время запаздывания при этом может достигать 50 мсек.

Влияние сигналов, пришедших с боковых направлений за счёт различных путей распространения, можно значительно ослабить, применяя антенны с низким уровнем боковых лепестков. Эксперименты показали, что использование антенн с низким уровнем боковых лепестков позволяет осуществить неискажённую передачу в пределах полосы 2-i- 3 кгц.

Искажения, вызываемые метеорной ионизацией. Основным видом искажений, появляющихся в результате приёма поля, рассеянного от метеорных следов, является эффект Допплера, т. е. изменение частоты передаваемого сигнала. Эти изменения обнаруживаются в приёмнике в виде свистов, представляющих собой результат биений частот местного гетеродина и принимаемого сигнала. Опыты показали, что частота биений меняется в широких пределах от нуля до единиц килогерц, не превышая обычно 3 кгц.

Как известно, эффект Допплера обнаруживается в тех случаях, когда источинк сигнала, в данных условиях рассеивающий мете-

-орный след, перемещается относительно наблюдателя, т. е. при^ емника. Если скорость перемещения источника значительно меньше скорости света и направление вектора скорости совпадает с прямой, соединяющей источник и точку наблюдения, частота Допплера определяется из соотношения

где fo - частота передатчика,

и-скорость перемещения источника относительно наблюдателя, с скорость света. Увеличение частоты (знак плюс) соответствует приближению .источника к наблюдателю, уменьшение частоты (знак минус) - удалению.

Предполагают, что сиг лы с частотой Допплера могут появиться как результат рассеяния от быстро увеличивающихся в размерах метеорных следш в процессе их формиро1В!ания, когда скорость перемещения рассеивающей области, как и скорость метеора, достато о велика. Наблюдения показали также, что обычно частоты Допплера выше несущей частоты передатчика, т. е. источник эффекта приближается к приёмнику. Мгновенные амплитуды составляющих частот Допп ера няются в широких пределах относительно основного сигнала. Ночью их интенсивность уве^тичивается. В периоды высокого уровня сигнала (летний день, ионосферные возмущения) удельная составляющая частоты Допплера заметно понижается. На частотах ниже 50 Мгц составляющие частот Допплера обычно слабее основного сигнала. Для подавления свистов метеорного происхождения ставится ряд жёстких требований к используемому оборудованию.

Кроме искажений в виде свистов, влияние метеоров обнаруживается, как указывалось выше, в случайных значительных повышениях уровня сигнала, которые могут длиться от долей секунд до нескольких секунд. Такие повышения уровня являются результатом отражения сигнала от переуплотнённого метеорного следа. Если скорость дрейфа ноннзированного следа значительно меньше скорости перемещения метеора, то эффект Допплера при всплесках поля практически не обнаруживается и принимаемая частота отличается от частоты передатчика всего на несколько герц. Выбросы амплитуд сигнала, достигающие многих децибел, требуют использования систем с широким динамическим диапазоном.

Итак, многолучевой приём при дальнем распространении метровых волн является причиной быстрых и глубоких замираний поля; он ограничивает полосу передаваемых частот всего до нескольких килогерц, что делает невозможным передачу сигналов с широкой полосой. Приём метеорной составляющей создаёт пара-



зитные свисты и резкие колебания уровня, которые являются эна^ чительной помехой для работы, в особенности для телефонии.

Влияние антенн

Рациональное использование дальнего ионосферного распространения метровых волн в значительной степени зависит от правильного выбора характеристик антенных устройсти.

Опыты показали, что наибольшие уровни сигнала можно получить в том случае, если максимальное излучение антенны в. вертикальной плоскости направить на точку, находящуюся на высоте 85 км над серединой трассы. В горизонтальной плоокост максимальное излучение должно быть направлено по дуге большого круга трассы.

Выбор ширины лепестка диаграммы направленности в вертикальной и горизо альной плоскости зависит от углов, в пределах которых рассеяна основная часть энергии. Рассеяние на метеорных следах значительно осложняет этот вопрос. На рис. 26 приведены медианные значения интенсивности сигнала за 13 дней, п ученные путём одновременного приёма на ромбическую антенну с номинальным коэффициентом усиления 19 дб антенну типа волновой канал с номинальным коэффициентоы усиления 9 дб. Из кривых видно, что в д ное ремя р ница в интенсивности сигнала примерно соответствует расчётной величине н равна приблизительно 9 дб. В остальное время суток эта

разница сглаживается н Ьколс-двух часов ночи антенна типа волновой канал даёт более интенсивный сигнал, чем ромбическая.

Следов а тел ыт! о, в ношое время, когда метеорная составляющая имеет большую удельную величину, приём на антенну с узким лепестком может быть невыгодным, так как метеорное рассеяние распределено в большом растворе угла диаграммы направленности и приём на менее направленную антенну может сказаться лучшим.

Г

>вf

,

л

м

Амгти

мт тиг

олнаоои нан

1 I

ооог 04 06 вв ю iz fk te is хо ii Рис. 26

Таким образом, выигрыш от применения сложных антенн сильно меняется в течение суток, и з дневное время реализуемый-коэффициент усиления выше, чем во все остальные часы. Кроме того, эксперименты показали, что выигрыш, получаемый от применения сложной антенны на одном конце трассы, зависит от на-

правленностй антенны, используемой на противоположном конце. Это объясняется тем, что размер используемого рассеивающего объёма зависит от диаграмм об х антенн.

Сложные изменения реализуемого коэффициента усиления антенн требуют дальнейшего детального учения.

Для практических целей рекомендуется использовать антенны^ с коэффициентом усиления 20 - 25 дб, шириной лепестка в горизонтальной плоскости не более 8°, в вертикальной - не более б *. При этом желательно иметь возможность управлять диаграммой направленности для того, чтобы следить за суточными изменениями рассеянного поля.

Характеристики аномального сигнала

Для дальнего ионосферного распространения метровых вол№ весьма характерны периоды аномального сигнала, которые наиболее часто наблюдаются в полярных широтах.

Аномально повышенный уровень сигнала имеет место при появлении отражений от спорадического слоя Е^., когда нитенскв-ность поля приближается к полю свободного пространства. Чем ниже передаваемая частота, тем больше вероятность этих отражений. На частотах порядка 50 М.гц в умеренных широтах отражения от слоя Е появляются в основном летом в дневные часы, а в арктических районах - в течение всего года, преимущественно с 18 до 02 часов местного времени. На частоте 107 Мгц такие отражен почти не наблюдались.

В периоды аномального состояния ионосферы, когда регулярное распространение коротких волн нарушается, а в некоторых случаях имеет место полная потеря связи, приём рассеянного поля на метровых волнах оказывается возможным. Так, при внезапных кратковременных возмущениях, в ывающих прекращение связи на коротких волнах, иа частотах порядка 50 Мгц и выше уровень сигналов возрастает. На частотах порядка 30 Мгц сначала наблюдается увеличение уровня сигнала, а затем быстрое снижение. Однако и при этом уровень поля намного превышает уровень помех.

Сопоставление изменений уровней сигнала с индексами геомагнитной активнО'С:1 и, т. е. возмущениями магнитного иол я Земли, и поглощением в ионосфере, показывает, что иа частоте 50 Мгц уровень рассеянного поля, как правило, выше при повышенной геомагнитной активности и высоком поглощении. При появлении полярного поглощения (блэкаутов) средней интенсивности на частоте 50 Мгц уровень сигнала увеличивается и только прн сильных блэкаутах понижается. На частотах порядка 25 Мгц во время блэкаутов уровень сигнала всегда понижается.

Для полярных районов характерен особый вид распространения, называемый спаттер , при котором, помимо основных сиг-



здалоз, появляются сигналы, промодулированные очень высокой частотой замираний - порядка 200 300 периодов в секунду. Устранение на приёме этих паразитных сигналов облегчается тем, что интенсивность их значительно меньше интенсивности нормальных сигналов.

Спаттер -сигналы наблюдаются при некоторых типах полярных сияний.

Устойчивость частот 50 60 Мгц против влияния внезапных ионосферных возмущений, блэкаутов повышенного полярного поглощения и геомагнитной активности указывает на перспективность применения этих частот в арктических районах.

Основные требования к оборудованию радиолиний

Исследование дальнего ионосферного распространения показало, что приём метровых волн на больших расстояниях за горизонтом весьма устойчив во времени. Несмотря на относительно малый абсолютный уровень сигнала, при правильном выборе оборудования возможно обеспечить устойчивую многоканальную буквопечатающую связь, а также передачу радиотелефона. Особенно важное значение этот вид распространения должен иметь в арктических районах.

Прн прое ровании линий следует иметь в виду, что наивыгоднейшие расстояния лежат в пределах от 1000 до 2200 км. Наиболее применимый диапазон частот в этом случае 25ч-60 Мгц. Поскольку потери в тракте р спространения мало меняются в течение суток н года, то возможна paidora на фиксированных частотах. Следует иметь в виду, что низкие частоты (порядка 25 Мгц) невыгодны из-за возможной интерференции за счёт отражения от регулярных или спорадических слоев. На частотах порядка 30 - 40 Мгц может быть получено наилучшее отношение сигнала к помехе. В арктических районах наиболее устойчивую связь можно обеспечить на частотах 50 - 60 Мгц, ие подверженных влиянию разного рода возмущений, о при этом требуется большая мощность излучения, чем на более низких частотах.

Мощность передатчика определяется необходимым отношением сигнала к помехе. В диапазоне частот от 25 до 60 Мгц преобладающими являются внешние помехи, в основном космического происхождения. Для простого вида работы, например, для передачи одного канала системы телетайп, предполагают, что достаточна мощность порядка 5 кет, в частности, в арктических районах. Для работы телефонного канала в многоканальных буквопечатающих системах мощность должна быть увеличена до 30 - 40 кет. Вследствие помех метеорного происхождения (свистов), появления спаттер -сйгналов и относительно низкого уровня поля возможность качественной телефонной передачи ограничена. Считают, что на линиях с ионосферны.м рассеянием нан-

большее применение получат многоканальные радиотелеграфные системы. Однако в литературе имеются указания на то, что проектируются и радиотелефонные л^1нни, даже многоканальные, с передачей на одной боковой полосе частот и. применением искусственного сжатия динамического диапазона.

При выборе типа модуляции следует иметь в виду, что используемый диапазон волн уже загружен. Кроме того, искажения, свойственные данному виду распространения, ограничивают ширину полосы передачи до 2 3 кгц. Всё это делает нежелательным использование широкополосных с модуляции.

Вследствие относительно низкого уровня сигнала предпочтительнее использование многоканальных телеграфных систем с временным разделением каналов. При этом, известно, в отличие от систем с частотным разделением, в каждый данный момент использует< полная мощность передатчика. В настоящее время считают, что наиболее эффективной является импульсная синхронная система с временным разделением капало

При рациональном выборе кода, высокой стабильности синхронизирующих устройств (порядка 10~%а сутки) и применении регенераторов на приёме предполагают, что с импульсами продолжительностью 2,5 мсек можно передать 15 телетайпных каналов со скоростью 60 слов в минуту. Такая система передачи должна предусматривать возможность увеличения продолжительности импульгя и уменьшения числа каналов на периоды ухудшенных условий распространения.

Приёмники, используемые на линиях с ионосфер м рассеянием, должны обладать высокой чувствительностью и збиратель-ностью. Желательно применение сдвоенного приёма. Защита от мешающих сигналов типа свистов основьгаается на том, что помехи этого вида отличаются по частоте от полезного сигнала. Поэтому резкое повышение стабильности частоты передатчика и гетеродинов приёмника при одновременном применении высокой избирательности приёмных устройств может дать желаемые результаты.

Антенное устройства играют большую роль в обеспечении качественной работы. Коэффициент уси ия используе.мых антенн должен быть порядка 20 - 25 дб. При этом рекомендуются следующие их параметры: ширина диаграммы в горизонтальной плоскости не более, 8 , в вертикатьной - не более 6°. Направление максимального излучения в горизонтальной плоскости - по дуге большого круга трассы, в вертикальной плоскости - на точку, находящуюся на высоте 85 км над серединой трассы. Уровень боковых лепестков должен быть на 40 дб ниже уровня основного лепестка диаграммы. Поляриза предпочтительней горизонтальная. Указанным требованиям могут удовлетворить, ромбические антенны с длиной стороны 30 40 X. Но на более выгодных частотах передачи (30-40 Мгц) такие антенны будут иметь



1 2 3 4 5 [ 6 ] 7