Лекция 12. 1. Почему наблюдаются замирания сигнала при связи за счет тропосферного рассеяния?

Контрольные вопросы

1. Почему наблюдаются замирания сигнала при связи за счет тропосферного рассеяния?

2. С какой целью и каким образом осуществляется разнесенный прием на ли­ниях связи с тропосферным рассеянием?

3. Какие особенности имеет радиосвязь с использованием отражения радио­волн от метеорных следов?

4. Почему для связи через ИСЗ нельзя применять радиоволны длиной более 3 м?

5. Какие преимущества дает ретрансляция сигналов через ИСЗ, находящийся на геостационарной орбите?

6. В чем заключается эффект Доплера, в каких случаях его необходимо учи­тывать при космической связи?

1. Какие преимущества имеют волны сантиметрового, дециметрового и мет­рового диапазонов?

2. Как изменяется при изменении высот подвеса антенн напряженность поля УКВ при связи в пределах прямой видимости?

3. В чем заключается и как объясняется эффект усиления поля за счет препятствия?

4. Какая рефракция называется положительной?

5. Как может повлиять отрицательная рефракция на связь в пределах прямой видимости?

6. Что такое эквивалентный радиус Земли?

7. Почему наблюдаются замирания сигнала при связи за счет тропосферного рассеяния?

ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ДЕКАМЕТРОВЫХ (КОРОТКИХ) ВОЛН

Поверхностная волна в декаметровом диапазоне при мощности передатчика несколько десятков киловатт может быть принята расстояниях не более нескольких десятков километров. Короткие волны распространяются в основном в виде пространственных ионосферных волн. При отражении от слоя F2 радиоволна может перекрыть одним скачком расстояние 3500... 4000 км (расстояние скачка измеряется вдоль поверхности Земли). При отражении от слоев Е или Еs максимальное расстояние скачка равно 2000 км. Проводимость ионосферы на коротких волнах сравнительно мала, и поглощение радиоволн в ионосфере при правильном выборе рабочей частоты оказывается небольшим. Благодаря этому короткие волны путем многократного отражения от ионосферы и поверхности Земли могут обеспечить связь между любыми точками на земном шаре без применения ретрансляторов (рис. 4.1). Вместе с тем на декаметровых волнах невозможно организовать такие же широкополосные радиоканалы, как на УКВ. Декаметровые волны применяют для радиовещания на большие стояния, для построения магистральных телефонных и телеграфных линий большой протяженности в тех случаях, когда нецелесообразна организация УКВ радиолиний, а также для связи с морскими судами и самолетами.

При радиовещании на декаметровых волнах необходимо учитывать возможность появления так называемой зоны молчания. Для отражения радиоволн от ионосферы необходимо выполнение условия

Минимальный угол падения , при котором еще возможно отражение радиоволны от ионосферы, называется критическим. Если расстояние между передающим и приемным пунктами мало, угол падения радиоволны на ионосферу может оказаться меньше и волна уйдет в мировое пространство (рис. 4.2). На поверхности Земли образуется зона молчания, в пределах которой прием сигналов на данной частоте невозможен. Зона молчания имеет вид кольца. Внутренняя граница зоны определяется максимальным расстоянием, на котором возможен прием по­верхностной волны, а внешняя — расстоянием, при котором угол . С ростом частоты при прочих равных условиях зона молчания увеличивается, т.к. поверхностная волна при большей частоте распространяется на меньшее расстояние, а угол растет, что приводит к увеличению радиуса внешней границы зоны r2(рис. 4.2). Если частота близка к критической, зона молчания исчезает, так как если , радиоволна отражается от ионосферы при .

На декаметровых волнах поле в точке приема практически всегда образуется за счет сложения множества лучей. При угле падения на ионосферу равном критическому, в точку приема при­ходят луч, испытавший «зеркальное» отражение в ионосфере, и множество лучей, рассеянных ионосферными неоднородностями (рис. 4.3,а). В точку приема могут прийти также обыкновенный и необыкновенный лучи (рис. 4.3,б). При угле в точку приема могут прийти лучи, совершившие различное число скач­ков на данной трассе (рис. 4.3,в). Если учесть при этом, что каждый такой луч помимо зеркальной составляющей содержит множество рассеянных, а также обыкновенную и необыкновенную компоненты, то многолучевость при значительно возрас­тает. Многолучевость приводит к интерференционным замираниям, средний период которых составляет около 1 с.

Рис. 4.2. К образованию зоны молчания

Рис. 4.1. Распространение декаметровых волн на большие расстояния примногократного отражения от поверхности Земли и ионосферы

Эти замирания могут иметь селективный характер, что приводит к искажениям принимаемого сигнала. Особенно заметные искажения за счет селективных замираний происходят при ослаблении уровня несущей частоты амплитудно-модулированного колебания, так как при этом сильно искажается форма огибающей сигнала. Эти искажения уменьшаются при пользовании однополосной модуляции с подавленной несущей. При этом колебание несущей частоты восстанавливается в приемнике с достаточно большой амплитудой и детектирование колебаний происходит без искажений.

4.3. Причины интерференционных замираний на декаметровых волнах:

а - интерференция рассеянных лучей; б — интерференция обыкновенной и необыкновенной волн, с — интерференция лучей, совершивших различное число скачков

На декаметровых волнах помимо интерференционных наблюдаются прляризационные замирания вызываемые изменением типа поляризации радиоволны при ее распространении в ионосфере (см. § 2.5). Средний период замираний на декаметровых волнах составляет секунды. Для борьбы с замираниями приемные устройства снабжают автоматическими регуляторами усилен (АРУ), которые изменяют усиление приемника при изменении уровня сигнала. Если уровень уменьшается, усиление приемника увеличивается, когда уровень сигнала растет, усиление уменьшается. При этом уровень сигнала на выходе приемника поддерживается неизменным. Однако при глубоких замираниях минимальный уровень сигнала на входе приемника может оказаться достаточным для обеспечения необходимого отношения сигнал-помеха. На профессиональных линиях для борьбы с замираниями помимо АРУ применяют разнесенный прием (см. с. 54). При этом приемные антенны должны быть разнесены в пространстве на расстояние, примерно равное десяти длинам волн. При таком разнесении замирания сигналов на выходах антенн происходит взаимонезависимо. Кроме пространственного разнесения иногда используют поляризационное, при котором прием ведется одновременно на антенны, принимающие радиоволны с вертикальной и горизонтальной поляризациями.

При передаче коротких радиоимлульсов многолучевость может привести к появлению радиоэха. Эхо возникает, если запаздывание распространения сигнала по более длинному пути по сравнению с более коротким превышает длительность сигнала. Интерференции сигналов при этом не происходит и замирания отсутствуют, но повторяющиеся за счет эха сигналы нарушают рабе радиолинии, вызывая ложное срабатывание оконечных устройств, например, телеграфных аппаратов. Для устранения эха следует работать при углах падения на ионосферу, близких к критическому. В этом случае по трассе распространяется только один зеркально отраженный луч. Эхо, вызываемое многолучевостью, называется ближним. На декаметровых волнах может возникать кругосветное эхо, при котором радиоволны приходят в точку приема не только по кратчайшему пути, но и обойдя весь земной шар. Запаздывание кругосветного эха составляет примерно 0,137 с.