Дальнее тропосферное распространение УКВ

Основные характеристики линий ДТР. Ранее показано, что механизм ДТР есть результат рассеяния радиоволн на слабых неоднородностях диэлектрической проницаемости тропосферы. Свойства механизма таковы, что ДТР используют только для систем радиосвязи.

На тропосферных радиорелейных линиях (TPPJI) пункты приема всегда располагаются в зоне глубокой тени. Протяженность интервалов между соседними станциями составляет от 150 до 1000 км. Основное применение TPPJI находят в труднодоступных, где их строительство и эксплуатация значительно выгоднее, чем обычных РРЛ.

На тропосферных линиях прием сопровождается глубокими общими и селективными замираниями, что объясняется флуктуирующей многолучевой структурой принимаемого рассеянного поля. Частотно-селективные свойства замираний являются причиной искажения сигналов и ограничения неискаженной полосы передачи информации. Линии ТРРЛ используются для передачи телефонных и телеграфных сигналов. Особенностью линий ДТР является быстрое убывание уровня сигнала с увеличением длины радиолинии, что объясняется двумя причинами. Наибольшая интенсивность рассеивающих неоднородностей наблюдается в нижних толщах тропосферы, поэтому на линиях ДТР независимо от длины интервала излучение и прием ведут примерно под нулевым углом к горизонту.

Рассмотрим две радиолинии разной протяженности: АВ₁ и AВ₂ (рисунок 8), на которых ДН антенн прижаты к поверхности Земли. Из рисунка видно, что увеличение длины радиолинии сопровождается увеличением угла рассеяния Ѳ_рас и смещением эффективного объема рассеяния V _pac вверх (рисунок 8), где интенсивность неоднородностей ослаблена. Обе причины способствуют быстрому убыванию поля с расстоянием. Чтобы не усложнять требований к энергетике, рекомендуют выбирать протяженность интервалов не более 300...400 км. В результате значительного ослабления сигнала в процессе рассеяния и наличия глубоких замираний работа TPPJI возможна только при высоких энергетических показателях оборудования на передаче и приеме.

Рисунок 8. Принцип работы ТРРЛ

Энергетический расчет линий ДТР. Количественная оценка свойств поля при ДТР базируется на результатах обработки экспериментальных данных, поскольку сведения о статистических характеристиках слабых неоднородностей диэлектрической проницаемости тропосферы недостаточны для определения поля чисто аналитическим путем.

Основываясь на уравнении радиосвязи в свободном пространстве и учитывая особенности линий ДТР, статистическое распределение мощности сигнала на входе приемника можно записать в виде

где Р ₁ - мощность передатчика, дБВт; r - протяженность интервала TPPJI в той же размерности, что и длина волны λ; G ₁ и G ₂ - расчетные значения коэффициента усиления передающей и приемной антенн, дБ; ƞ ₁ и ƞ ₂ - коэффициенты полезного действия передающего и приемного фидеров, дБ; ∆ G - «потери усиления» передающей и приемной антенн, дБ; V_мм - долгосрочное медианное значение множителя ослабления, дБ; ∆ V (T) - отклонение мгновенного значения множителя ослабления от V_мм, дБ.

Первые шесть слагаемых последнего выражения полностью соответствуют уравнению радиосвязи, остальные три слагаемых учитывают особенности линий ДТР. Потери усиления антенн ∆ G проявляются в том, что на линиях ДТР использование антенн с большими коэффициентами усиления (КУ) не дает выигрыша в принимаемой мощности Р ₂. Чем выше коэффициенты усиления, тем больше отстает прирост мощности. Объясняют это явление двояко.

Повышение КУ антенны осуществляют увеличением ее размеров, в результате чего в пределах раскрыва антенны все больше проявляется некогерентность 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 принимаемого поля.

Месячное медианное значение множителя ослабления (V_мм) учитывает среднее (медианное) ослабление поля при рассеянии радиоволн на неоднородностях тропосферы дополнительно к обычному ослаблению за счет сферичности волны. Измерения показывают, что V_мм зависит от протяженности интервала TPPJI, частоты, сезона, климатических условий. На рисунке 9 приведены кривые зависимости V_мм от расстояния для диапазона частот 0,1...4 ГГц, справедливые для зимних месяцев в умеренном климате.

Рисунок 9. Зависимости V_мм от расстояния для диапазона частот 0,1...4 ГГц

Из рисунка видно, что дополнительное к свободному пространству ослабление сигнала на линиях ДТР составляет 70...100 дБ, что показывает резкое убывание поля с увеличением расстояния. Зависимость среднего уровня поля от частоты волны выражена сравнительно слабо, что может быть связано с тем, что электрические параметры тропосферы в данном диапазоне не зависят от частоты. Кроме того, в тропосфере имеются локальные неоднородности самых различных размеров, так что волны различных частот рассеиваются примерно с одинаковой интенсивностью.

Статистическое распределение мгновенных значений множителя ослабления (∆ V (T)), вычисленных относительно среднего уровня V_мм, учитывает быстрые и медленные замирания, возникающие на линиях ДТР вследствие флуктуирующей многолучевости. При использовании счетверенного приема необходим меньший энергетический запас. Это говорит об эффективности данного способа увеличения устойчивости связи.

Контрольные вопросы:

1. Какие параметры трассы и оборудования определяют ту интерференционную формулу, которую необходимо применить для расчета напряженности поля в освещенной зоне?

2. Что такое эффект «усиления» препятствием?

3. От каких параметров трассы и оборудования зависит месячное медианное значение множителя ослабления при ДТР?

4. Какие процессы обуславливают «потерю усиления» антенн?

5. Почему на линиях ДТР системы разнесенного приема не влияют на медленные флуктуации уровня сигнала?

6. Назовите основные особенности линий, использующих рассеяние на неоднородностях ионосферы.

10. Поясните порядок энергетического расчета линий ДТР.