7.3. Особенности распространения полезных радиосигналов
Диапазон частот 10 кГц…30 МГц На частотах ниже 30 кГц потери при распространении радиоволн приближаются к уровню потерь при распространении в свободном пространстве. При этом распространение радиоволн этих частот в волноводе, образованном нижней границей ионосферы и поверхностью Земли, может происходить на очень большие (десятки тысяч км) расстояния. В этом случае полезные сигналы в основном распространяются земной волной, а мешающие – ионосферной. Для расчета напряженности поля земной волны в этом случае используют кривые напряженности поля, которые учитывают диэлектрическую проницаемость и проводимость земной поверхности и справедливы при низко расположенной приемной антенне. В поддиапазоне 1…30 МГц преобладающим механизмом становится распространение за счет ионосферной волны, при этом для расчета напряженности поля используют специальные карты ионосферных прогнозов, которые учитывают состояние ионосферы в зависимости от месяца года, времени суток и других условий.
Потери при распространении радиоволн в свободном пространстве называются основными потерями радиолинии и рассчитываются по формуле:
,
дБ, (7.4)
где R – длина трассы “по дуге большого круга” (т.е. по выпуклой поверхности Земли между точками передачи и приема – см. раздел …), км; f – частота, МГц.
Диапазон частот 30МГц … 1 ГГц
Этот диапазон используется для создания систем и сетей радиотелевещания, подвижной связи и ряда других видов. За исключением самых нижних его частот распространение радиоволн происходит не за счет отражения от ионосферы, а за счет прямой видимости, дифракции и тропосферного рассеяния (убрать лишнее!!). При определенных метеоусловиях возникают явления сверхрефракции (очень интенсивного искривления траектории распространения радиоволн, приводящего к многоскачковому характеру распространения радиоволн и образованию тропосферных волноводов), которые являются следствием инверсии градиента индекса рефракции атмосферы (нарушения монотонного уменьшения диэлектрических свойств атмосферы по мере увеличения высоты над поверхностью Земли за счет динамических процессов различного происхождения в тропосфере). Другими существенными отклонениями от распространения в свободном пространстве в этом диапазоне являются тропосферное рассеяние и дифракция радиоволн на выпуклости Земли и на препятствиях на трассе распространения. Для учета тропосферного рассеяния радиоволн используется Рекомендация МСЭ-Р Р.369, а для учета дифракции на выпуклости Земли используется Рекомендация МСЭ-Р Р.527.
Рис. 7.2. Аномальные (кратковременные) механизмы распространения помех
При расчетах распространения радиоволн в условиях города в этом диапазоне используется Рекомендация МСЭ-Р Р.529 и модель Окамура-Хата. В этой модели учитываются расстояние, высоты расположения передающей и приемной антенн, процент застройки зданиями вблизи расположения приемной антенны, степень неровности земной поверхности и другие параметры. Иногда радиоволны этого диапазона (до 70 МГц) могут распространяться на большие расстояния за счет локальных неоднородностей ионосферы (так называемый, спорадический слой Еs). Распространение радиоволн этого диапазона в тропосферном волноводе и за счет сверхрефракции рассматриваются в Рекомендациях МСЭ-Р Р.834 и Р.455. При этом учитывается характер трассы (сельская местность, пригород, город), высоты передающей и приемной антенн, а также тип трассы: сухопутная, или морская.
Диапазон частот 3 … 20 ГГц
В этом поддиапазоне действуют все описанные ранее факторы распространения радиоволн, за исключением отражения от ионосферы. Кроме того, в этом поддиапазоне весьма существенное влияние приобретает рассеяние и ослабление радиоволн на гидрометеорах и их поглощение в водяных парах и атмосферном кислороде. В частности, на частотах выше 6 ГГц ослабление радиоволн в дожде может привести к существенному ухудшению качества принимаемого сигнала. Методы расчета поглощения радиоволн за счет этих механизмов их распространения предполагают учет интенсивности дождей и климатологических параметров (давления, температуры и влажности) в различных регионах мира, что описано в Рекомендациях МСЭ-Р Р.837, Р.838, Р.45Пр. 3.
На трассах «Земля-космос» помимо затухания радиосигналов в водяных парах и атмосферном кислороде важное значение имеют такие явления распространения радиоволн, как замирания за счет мерцаний и деполяризации сигнала. Учет этих явлений описан в рекомендациях МСЭ-Р Р.679, 680, 681, 685.
Диапазон частот выше 20 ГГц
Основное достоинство этого диапазона заключается в широкой доступной полосе частот и возможности применения антенн с большими коэффициентами усиления. Основной недостаток – высокая подверженность атмосферным эффектам, которые приводят к большим ослаблениям сигнала. Кроме того, данный поддиапазон характеризуется наличием так называемых «окон прозрачности» и «окон поглощения» для радиоволн определенных частот. Наличие этих «окон» обусловлено селективным поглощением радиоволн конкретных частот в газах атмосферы (в основном, в кислороде и в парах воды). В частности, поглощение в кислороде максимально на частотах 60 и 119 ГГц, а в парах воды – на частотах 22 и 183 ГГц.