Особенности распространения радиоволн сантиметрового диапазона в спутниковых системах связи.

Для земных радиолиний (радиорелейные линии, тропосферные радиолинии) существенное влияние на распространение радиоволн оказывает только тропосфера, а для спутниковых радиолиний наряду с влиянием тропосферы необходимо учитывать также влияние ионосферы, которое проявляется в первую очередь в деполяризации электромагнитных волн.

С точки зрения условий распространения радиоволн тропосфера - неоднородная среда по следующим причинам:

• неоднородность диэлектрической проницаемости воздуха;

• возможность появления гидрометеоров (дождь, снег, град, туман).

Различают регулярные и случайные пространственно-временные изменения относительной диэлектрической проницаемости воздуха.

В реальной тропосфере всегда имеют место случайные отклонения по следующим причинам:

• слоистые неоднородности из-за температурных инверсий и наличия облаков;

• турбулентные неоднородности из-за быстрых перемещений воздушных масс.

При рассмотрении влияние тропосферы на распространение радиоволн необходимо учитывать следующие основные факторы:

• рефракцию радиоволн (искривление траектории волны);

• замирания радиосигнала, обусловленные множеством причин (интерференцию радиоволн, ослабление радиоволн газами и гидрометеорами, деполяризацию радиоволн и т.д.).

Причиной рефракции радиоволн является изменение относительной диэлектрической проницаемости воздуха с высотой. В основе рефракции лежит явление преломление радиоволн на границе раздела двух сред с различными коэффициентами преломления.

В зависимости от значений вертикального градиента диэлектрической проницаемости воздуха различают следующие виды рефракции радиоволн в тропосфере:

1. отрицательная рефракция (субрефракция);

2. положительная рефракция, частными случаями которой являются:

   • нормальная (стандартная) рефракция;

   • повышенная рефракция;

   • критическая рефракция;

3. сверхрефракция.

Виды замираний радиосигнала в реальных условиях распространения

1. Рефракционные замирания из-за экранирующего влияния препятствий. Эти замирания проявляются при отрицательной рефракции (субрефракции) и обусловлены уменьшением просвета на трассе и попаданием приемной антенны в область глубокой тени. Такие замирания сравнительно медленные, имеют слабую частотную зависимость.

2. Рефракционные замирания интерференционного типа. Эти замирания проявляются при положительной рефракции и обусловлены увеличением просвета на трассе и попаданием приемной антенны в интерференционные минимумы, проявляющиеся в результате взаимодействия прямой волны и волн, отраженных от земной поверхности. Такие имеют быстрый характер, их средняя длительность при глубине замираний 25…35 дБ составляет секунды – десятки секунд. Они частотно - селективные.

3. Интерференционные замирания из-за отражений от слоистых неоднородностей тропосферы. Замирания этого типа обусловлены интерференцией прямой волны и волн, отраженных от слоистых неоднородностей тропосферы и попаданием приемной антенны в интерференционные минимумы. К этому типу можно отнести также интерференционные замирания из-за многолучевого распространения в тропосферных волноводах. Такие замирания в большинстве случаев имеют самый быстрый характер, их средняя длительность при глубине замираний 25…35 дБ составляет секунды – доли секунд. Они также частотно – селективные.

4. Замирания из-за экранирующего влияния слоистых неоднородностей тропосферы. Эти замирания обусловлены ослаблением радиоволн при про- хождении через слоистые неоднородности тропосферы. Причинами переизлучения электромагнитной энергии являются рассеяние радиоволн на объемных неоднородностях, некогерентное отражение от слоистых неоднородностей и когерентное отражение от всей толщи тропосферы. Характер замираний специфичен: большие ослабления уровня сигнала даже на 10…30 дБ могут отмечаться вплоть до нескольких часов. Иногда они сопровождаются быстрыми флуктуациями сигнала относительно среднего уровня. Поэтому такие флуктуации вызываются не только потерей энергии радиоволны, но и дополнительной интерференцией прямой волны и волн, отраженных от других неоднородностей тропосферы.

5. Замирания из-за поглощения в газах. Поглощение в газах вызывается в основном кислородом и водяным паром и бывает нерезонансным и резонансным. Нерезонансное поглощение связано с затратами энергии падающей волны на преодоление взаимного трения молекул воды и кислорода. Резонансное поглощение происходит в результате затрат энергии падающей волны на переходы молекул и атомов газов в более высокие энергетические состояния. Поглощение электромагнит- ной энергии газами тропосферы становится заметным на частотах выше 10 ГГц.

6. Замирания из-за ослабления радиосигналов гидрометеорами. Ослабление в гидрометеорах (дожде, снеге, граде, тумане) происходит из-за нерезонансного поглощения и рассеяния электромагнитной энергии частицами гидрометеоров. Наибольшее ослабление радиоволны испытывают в дождях, так как диэлектрическая проницаемость воды слишком велика. В сухом снеге и граде (лед) ослабление радиоволн значительно меньше из-за меньшей диэлектрической проницаемости частиц.

7. Замирания из-за деполяризации радиоволн. Деполяризация радиоволн в тропосфере проявляется в возникновении ортогональной составляющей поля и наблюдается в интенсивных осадках на частотах выше 10 ГГц. Основными причинами деполяризации радиоволн в осадках являются наклонное падение частиц и отличие их формы от сферической. Деполяризация носит случайный характер из-за изменения ветрового режима и интенсивности осадков. Кроме того, на частотах ниже 5 ГГц при прохождении радиоволн в ионосфере проявляется эффект Фарадея – поворот плоскости поляризации электромагнитной волны. Основная причина – влияние магнитного поля Земли.