Самостоятельная работа по предмету: Электромагнитные поля и волны

Рис. 10.7. Угол и объем рассеяния при (рис.10.7) на которых ДН антенн ДТР на трассах разной протяженности прижаты к поверхности Земли.
Из рисун­ка видно, что увеличение длины радиолинии сопровождается увеличением угла рассеяния θ_рас и смещением эффективного объема рассеяния V_pac вверх, где интенсивность неоднородностей ослаблена. Обе причины спо­собствуют быстрому убыванию поля с расстоянием.
Чтобы не усложнять требований к энергетике, рекомендуют выбирать (если это возможно) про­тяженность интервалов не более 300...400 км. В результате значительного ослабления сигнала в процессе рассеяния и наличия глубоких замираний работа ТРРЛ возможна только при высоких энергетических показателях оборудования на передаче и приеме.

Энергетический расчет линии ДТР. Количественная оценка свойств по­ля при ДТР базируется на результатах об­работки экспериментальных данных.
Основываясь на уравнении радио­связи в свободном пространстве и учиты­вая особенности линий ДТР, статистиче­ское распределение мощности сигнала на входе приемника можно записать в виде

P₂(T) = P₁ + 20lg(λ / 4πr) + G₁ + G₂ + η₁ + η₂ + ∆G + +V_MM + ∆V(T)
множителя ослабления, дБ; ∆V(T) -отклонение мгновенно­го значения множителя ослабления от V_MM, дБ. Первые шесть слагае­мых в формуле полно­стью соответствуют уравнению радиосвязи, остальные три слагае­мых учитывают осо­бенности линий ДТР.
где Р₁ - мощность передатчика, дБВт; r -протяженность интервала ТРРЛ; λ - длина волны; G₁ и G₂ - значения коэффициентов усиления передающей и приемной антенн, дБ; η₁ и η₂ - коэффициенты полезного действия передающего и приемного фиде­ров, дБ; ∆G - величина «потери усиления» передающей и приемной ан­тенн, дБ; V_MM - долго­срочное медианное значение
Потери усиления антенн ∆G проявляются в том, что на линиях ДТР ис­пользование антенн с большими коэффициентами усиления (КУ) G не дает того выигрыша в принимаемой мощности Р₂ который следует из уравне­ния радиосвязи. Чем выше значения коэффициентов усиления, тем больше
отстает прирост мощности. Объясняется это явление двояко. Повышение КУ антенны осуществляют увеличением ее размеров, в результате чего в пределах раскрыва антенны все больше проявляется некогерентностъ структуры принимаемого поля, т.е. нарушается синфазность возбуждения раскрыва приемной антенны волнами, приходящими с направления мак­симума ее ДН, что в свою очередь, приводит к уменьшению ее КУ. Второе объяснение сводится к тому, что сужение ДН антенн приводит к сокраще­нию объема рассеяния, т.е. к уменьшению уровня принимаемого поля. Потери усиления ∆G определяются при измерениях как суммарная величина для передающей и приемной антенн. На рис.10.8 приведена зависимость ∆G от суммарного коэффициента усиления G₁ + G₂.
Месячное медианное значение множителя ослабления(V_MM) учиты­вает среднее (медианное) ослабление поля при рассеянии радиоволн на неоднородностях тропосферы дополнительно к обычному ослаблению за счет сферичности волны. Измерения показывают, что V_MM зависит от про­тяженности интервала ТРРЛ, частоты, сезона, климатических условий. На рис.10.9 приведены кривые зависимости V_MM от расстояния для диапазона частот 0,1...4 ГГц, справедливые для зимних месяцев в умеренном клима­те. Из рисунка видно, что дополнительное к свободному пространству oc-
лабление сигнала на линиях ДТР составляет 70...100 дБ, что подтверждает сделанное ранее предположение о резком убывании поля с увеличением расстояния. Зависимость среднего уровня поля от частоты волны выраже­на сравнительно слабо.
Статистическое распределение мгновенных значений множителя ослабления ∆V(Т), вычисленных относительно среднего уровня V_мм учи­тывает быстрые и медленные замирания, возникающие на линиях ДТР вследствие флуктуирующей многолучевости. На рис.10.10 приведено ин­тегральное распределение ∆V(Т) для сдвоенного (n = 2) и счетверенного (n = 4) приемов. Кривые справедливы для системы автовыбора большего из сигналов. Параметром для каждой кривой является значение стандартного отклонения σ_м, характеризующего распределение медленных замираний. Значение Т(∆V) определяет процент времени, в течение которого глубина замираний равна или меньше величины ∆V, указанной на оси ординат. Из рис.10.10 видно, что чем меньший процент времени срыва связи стремятся получить, тем больший энергетический запас мы должны обеспечить. Сравнение кривых для сдвоенного и счетверенного приемов показывает, что при использовании счетверенного приема необходим меньший энерге­тический запас. Это говорит об эффективности данного способа увеличе­ния устойчивости связи.
Принимают, что для удовлетворительной развязки флуктуации сиг­нала в каналах разнесения в среднем достаточно иметь относительный частотный разнос ∆f / f = (2...5) × 10^-3. Разнесение антенн в направлении по­перек трассы должно составлять не менее (100...150)λ, а при разнесении по высоте - не менее (30...50)λ. На ТРРЛ чаще всего используется счетверен­ный прием с разнесением двух приемных антенн по пространству и двух передатчиков по частоте.

2. Свойства распространения ионосферных радиоволн, свойство ионосферы. Ионосферные слои. Отражение радиоволн от слоев ионосферы.

Картину распространения и отражения радиоволн в ионосфере можно представить, используя плоско-слоистую модель ионосферы (рис.8.21.) и

учитывая , что с ростом концентрации электронов  диэлектрическая
- 64 -
проницаемость  и волновое число  уменьшаются .

Ионо-
сфера
Р ис. 8.20. Отражение радиоволн в ионосфере
На основании второго закона Снеллиуса можно записать:
.
Так как отражение происходит от слоя, где угол преломления  [1], то  и условие отражения принимает вид:
, (8.51)
т.е. при заданном угле падения на ионосферу  отражение происходит от слоя, где диэлектрическая проницаемость, определяемая выражением (8.7), равна  . Отсюда, определив и зная ее распределение по высоте, можно найти высоту точки отражения луча при заданной частоте.
С учетом (8.7), (8.7а) выражение (8.51) принимает вид:
. (8.52)
Отсюда следует, что при заданной частоте  существует критический угол падения волны на ионосферу  , определяемый максимальной электронной концентрацией  , и при углах падения  волна не отразится , а пройдет сквозь ионосферу.
Из (8.52) найдем максимальную рабочую частоту, при которой волна , падающая на ионосферу под заданным углом , отразится от ионосферы
в слое с электронной концентрацией :
- 65 -
. (8.53)
Если волна падает на ионосферу нормально  , то
,
т.е. отражение в этом случае происходит от слоя , где  . При этом , если отражение происходит от слоя с максимальной концентрацией электронов, то частота называется критической, т.е.
. (8.54)
Волны с частотой  при нормальном падении от ионосферы не отражаются. При наклонном падении критическая частота увеличивается :
. (8.55)