ответы по зачёту / 40_49

40. Состав и строение тропосферы и ионосферы

Ионизация атомов и молекул воздуха происходит в основном под действием ультрафиолетового и корпускулярного излучений Солнца.

Самый нижний из ионосферных слоев — слой D — 60 и 90 км над поверхностью Земли. Ионизация воздуха в слое D выражена слабо. Второй слой ионосферы — слой E — 90 и 120 км над поверхностью Земли. Оказывают значительное влияние на распространение средних и коротких радиоволн, отражающихся от этой области ионосферы. Самым верхним слоем ионосферы является слой F, лежащий выше 130 — 140 км. В этом слое на высотах 150 — 200 км наблюдается максимальная степень ионизации воздуха в пределах всей земной атмосферы

Влияние на радиоволны: происходит задержка распространения и преломление траектории радиоволн в ионосфере, а для определенных длин волн даже отражение в ионосфере.

41. Определение радиуса кривизны луча в тропосфере

Вследствие неоднородности тропосферы радиоволны распространяются не прямолинейно, а по искревлённой траектории. Будем считать, что поверхности одинаковых значений коэф преломления n представляют собой плоскости, параллельные плоской поверхности Земли.

Луч падающий на нижнюю поверхность под углом φ испытывает преломление на участке dh, падает на верхнюю поверхность под углом φ+dφ

42. Виды абсолютный рефракции. Учёт атмосферной рефракции в формулах

43. Дальнее тропосферное распространение радиоволн

Механизм ДТР есть результат рассеяния радиоволн на слабых неоднородностях диэлектрической проницаемости тропосферы. На тропосферных линиях прием сопровождается глубокими общи­ми и селективными замираниями. 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.

44. Замирания и методы борьбы с ними

Сигнал может передаваться от передатчика к приемнику по множеству отражательных путей – многолучевое распространение, которое может вызывать флуктуации амплитуды, фазы и угла прибытия полученного сигнала. Два луча сигнала могут сложиться в приемнике, нейтрализовав друг друга. Сигнал вроде как перестает на время поступать между источником и приемником = замирание

Крупномасштабное замирание отражает среднее ослабление мощности сигнала или потери в тракте вследствие распространения на большое расстояние. Причины: выступающие наземные элементы. Происходят: отражение, дифракция и рассеяние. Можно рассчитать с помощью модели Окамура-Хата.

Мелкомасштабное замирание – это значительные изменения амплитуды и фазы сигнала, которые могут быть результатом небольших изменений (порядка половины длины волны) расстояния между передатчиком и приемником. Мелкомасштабное замирание проявляется двумя способами – расширение сигнала во времени (или дисперсия сигнала) и нестационарное поведение канала. Мелкомасштабное замирание называется релеевским, если имеется большое число многократно отражающихся путей и нет компонента сигнала вдоль луча обзора. Если преобладает незамирающий компонент сигнала, такой как путь распространения вдоль луча обзора, огибающая мелкомасштабного замирания описывается функцией плотности вероятности Райса.

Быстрые замирания – время когерентности канала меньше длительности импульса. Медленные – наоборот.

Причина быстрых замираний состоит в том, что напряженность поля в месте приема является результатом интерференции многих волн (лучей),

рассеянных различными неоднородностями. Из-за флюктуации (случайных перемещений) этих неоднородностей непрерывно меняется соотношение фаз интерферирующих радиоволн. Медленные замирания обусловлены изменением метеорологических условий и зависят от времени суток и сезона года.

Способы борьбы с замираниями:

- Перемежение(чередование битов) – получаем равномерное распределение ошибок

- Разнесённый приём: используем несколько антенн, разнесенные по линии, перпендикулярной радиотрассе. Принятые отдельными антеннами сигналы детектируются, а затем суммируются.

- Перескоки по частоте, уплотнение спектра

- Адаптивная коррекция

- Помехоустойчивое кодирование

- Управление мощностью

45. Ослабления радиоволн в тропосфере

Наличие в тропосфере Земли молекул воздуха, паров воды, гидрометеоров (туман, дождь, град, снег), а также частиц пыли, поднятой с поверхности, вызывает ослабление уровня сигнала в процессе распространения радиоволн. Принято рассматривать два механизма ослабления – поглощение и рассеяние. При поглощении энергия электромагнитной волны преобразуется в тепловую энергию, при рассеянии – перераспределяется в пространстве в направлениях, отличных от заданного. Наибольшее затухание радиоволны испытывают в дождях и туманах. Это связано с тем, что поле радиоволны вызывает в каждой капле появление тока поляризации, который, во-первых, приводит к тепловым потерям энергии и, во-вторых, является источником вторичного рассеянного излучения. Затухание зависит от длины волны электромагнитного излучения и интенсивности осадков. Так, укорочение длины волны и увеличение интенсивности дождя приводит к увеличению затухания.

Величину множителя ослабления радиоволн в тропосфере можно представить в виде:

Е – напряженность поля в реальных условиях, Е0 – в свободном пространстве, a(r) – множитель ослабления на единицу длинны в каждой точке пространства, r- путь пройденный волной в тропосфере

46. Процессы ионизации и рекомбинации в ионосфере

Основным источником ионизации земной атмосферы являются электромагнитные волны солнечного излучения длиной короче 0,1 мкм — нижний участок ультрафиолето­вого диапазона и мягкие рентгеновские лучи, а также испускаемые Солнцем потоки заряженных частиц. Помимо Солнца источником ионизирую­щего излучения являются звезды, особенно те, которые обладают высокой температу­рой (около 20 000°С) и создают интенсивное ультрафиолетовое излучение.

Процесс ионизации заключается в том, что под

воздействием внешних факторов (источников ионизации) с внешней электронной орбиты атома отрывается один или несколько электронов. В результате этого в атмосфере образуются свободные отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные ионы.

Процесс воссоединения заряженных частиц и образования нейтральных молекул называется рекомбинацией.

Интенсивность ионизации J_S- число электронов, образующихся в 1 см3 за 1 с. Электронная концентрация N - число свободных электронов, содержащихся в единице объема ионизированного газа с учетом ионизации и рекомбинации

47. Распространение ионосферных коротких волн

От ионосферы могут отражаться радиоволны, длина которых больше 10 м, т. е. волны короче метровых. критической частотой fкр ионизированного слоя называется наибольшее значение частоты, при которой радиоволна, направленная вертикально вверх, еще отражается этим слоем.

48. Особенности распространения радиоволн различных диапазонов

Сверхдлинные и длинные волны: 10³-10⁵ м

Средние волны: 300кГц-3Мгц 1000-100 м

Описывают в ионосфере криволинейную траекторию. Испытывают постепенное преломление,а не отражение.

Короткие волны: 100 – 10м , 3-30 Мгц

Метровые волны : 30-300Мгц

Распространение за счет рассеяния в ионосфере, отражения от ионизированных следов метеоров.

Дециметровые, сантиметровые, миллиметровые волны и волны оптического диапазона:

49. Помехи и их влияние на распространение радиоволн

Помехами (или шумами) называют посторонние сигналы, поступающие на вход радиоприемного устройства одновременно с полезным сигналом и имеющие частоту в полосе пропускания приемника Естественными являются помехи природного происхождения:

- атмосферные, образуемые электрическими процессами в атмосфере, главным образом грозовыми разрядами;

- космические, вызываемые электромагнитным излучением Солнца, звезд и Галактики;

- спорадические (нерегулярные) электромагнитные излучения околоземного пространства, вызываемые потоками заряженных частиц в ионосфере и магнитосфере;

- радиоизлучения полярных сияний и радиационных поясов Земли;

- отражения от метеорологических образований (дождь, снег, град, облака), земной и водной поверхности;

- акустические шумы океанов, морей и др.

Искусственные помехи создаются устройствами, излучающими энергию электромагнитных колебаний, или отражателями, рассеивающими энергию падающих на них волн. В зависимости от источника образования эти помехи бывают:

- непреднамеренными, вызываемыми источниками искусственного происхождения (посторонними передатчиками РЭС, установками электрооборудования и др.) Основные причины возникновения непреднамеренных помех:

- преднамеренными, создаваемыми специально для подавления РЭС