книги из ГПНТБ / Белосток В.С. Распространение радиоволн (учебное пособие)

атмосферы (sr мало отличается от единицы), что радиоволны коро­ че 10 м, как правило, пронизывают ионосферу, не получая необхо­ димого преломления.

Во-вторых, в силу своей ма­ лой длины УКВ слабо дифраги­ руют вокруг сферической по­

ны в пунктах, между которыми осуществляется связь, находят­ ся в пределах прямой видимости.

ДАЛЬНОСТЬ ПРЯМОЙ

видимости

R--.Rt+ R v

где Ri " / (Р ...+ А )*-pL / " 2рэкв • А+ 1 г\

где R выражено в километрах, а высоты h и Я —в метрах.

80

Формула (6.1) имеет важное практическое значение, так как сна дает возможность оценить предельную дальность радиолока­ ции, телевидения и радиорелейной связи.

Таково, как известно, примерно расстояние между ретрансля­ ционными пунктами радиорелейной линии связи.

Такова примерная величина максимально возможной даль­ ности обнаружения МБР на данной высоте.

Без учета рефракции дальность прямой видимости вычисляет­ ся по формуле:

g

Следовательно.- g - = 1,15, то есть при нормальной рефракции

п>о дальность прямой видимости возрастает примерно на 15%.

Установлено, что в ряде случаев дальность распространения УКВ значительно превышает дальность прямой видимости.

Рассмотрим некоторые случаи сверхдальнего распространения УКВ.

§ 2. Дальнее распространение УКВ за счет нерегулярных изменений в ионосфере и тропосфере

ОТРАЖЕНИЕ ОТ СЛОЯ F2

Известны случаи приема телевизионных передач и программ вещания УКВ на расстоянии 1000 км и более. Такой сверхдаль­ ний прием УКВ объясняется наличием отражений ультракорот­ ких волн от ионосферы в некоторые периоды.

Установлено, что существует 11-летний период солнечной дея­ тельности, то есть в некоторые годы ионизирующее действие Солнца минимально, а примерно через 5 лет—максимально, затем снова минимально. Степень ионизации ионосферных слоев и в пер­ вую очередь наиболее сильно ионизированного слоя F2 находится в тесной связи с солнечной деятельностью. Считают, что в годы средней солнечной деятельности в дневные часы от слоя К2 ионо­ сферы могут отражаться короткие радиоволны, частота которых не превышает 30 Мгц. В годы максимума солнечной деятельности электронная концентрация слоя F2 достигает в дневное время

зимой таких высоких значений, что часто оказывается возможной радиосвязь на волнах длиной около 6 м ( / к р .м а кср = 5 0 Мгц). Этим

и объясняются случаи дальнего приема телевидения. Рассмотрение хода солнечной деятельности дает возможность

предсказать, что ближайший минимум придется на 1964—1965 го­ ды (последний максимум солнечной деятельности был в 1957 го­

100—120 км. Дальности распространения УКВ за счет отражений

скольких часов.

Характерной особенностью спорадического слоя является его

использование этого вида распространения УКВ для целей связи-, считается также невозможным.

РАСПРОСТРАНЕНИЕ УКВ ПРИ ВОЗНИКНОВЕНИИ ТРОПОСФЕРНЫХ ВОЛНОВОДОВ

В главе 3 рассматривались различные случаи атмосферной, рефракции и отмечалось, что при некоторых метеорологических условиях в тропосфере возникают области с резким изменением коэффициента преломления с высотой. По отношению к волнам короче 1 м эти области обладают свойствами волноводов, в ко­ торых дециметровые и сантиметровые волны могут распростра-

82

стояния.

§ 3. Основные виды дальнего регулярного распространения УКВ

Наряду с рассмотренными случаями нерегулярного дальнего распространения УКВ, установлены возможности регулярной дальней связи на УКВ.

Известные в настоящее время виды устойчивого дальнего распространения УКВ (исключая обычные радиорелейные линии связи) можно разбить на две группы [3].

Всостав первой группы входит:

—распространение за счет тропосферного рассеяния;

—рассеяние на неоднородностях ионосферы;

—отражение от ионизированных следов метеоров или искус­ ственно создаваемых ионизированных облаков;

—распространение с использованием активных ретранслято­ ров, устанавливаемых на самолетах или вертолетах.

В состав второй группы входит:

—использование отражений от Луны (или от солнечной атмосферы);

—использование отражений от искусственных спутников

Земли (ИСЗ);

— использование активных ретрансляторов сигналов на ИСЗ.

В настоящем учебном пособии кратко рассматривается толь­ ко первая группа *.

83

ДАЛЬНЕЕ РАСПРОСТРАНЕНИЕ УКВ ЗА СЧЕТ РАССЕЯНИЯ В ТРОПОСФЕРЕ

Примерно с 1959 года начали публиковаться сообщения об устойчивом приеме УКВ передач на расстояниях, в несколько раз превышающих дальность прямой видимости (до 500—800 км).

Самое существенное в новом явлении было то, что поле, обна­ руженное на больших расстояниях от передатчика (за предела­ ми прямой видимости), существовало в любое время дня и ночи

ив любое время года.

Вотличие от поля сигнала, распространяющегося в пределах прямой видимости, напряженность поля при этом виде распро­ странения подвержена глубоким и частым замираниям: напря­ женность сигнала изменяется в 100 и более раз при длительности замираний от долей секунд до 2—,3 сек. Однако, несмотря па за­ мирания, измерения показывают, что среднее значение поля до­ статочно устойчиво, причем напряженность сигнала слабо зависит от частоты.

Рассмотрим существующие объяснения этого явления.

Было высказано предположение, что одной из причин дальне­ го распространения УКВ является рассеяние радиоволн на тур­

84

однородности данного типа могут иметь самую различную форме, размеры и ориентировку. Наличие множества таких перемеща­

пространении УКВ обычно применяются те же методы, которые используются в диапазоне коротких и средних волн.

то есть угол между направлением распространения падающей волны и направлением принимаемой рассеянной энергии.

Теории рассеяния показывают, что вторичное излучение не­ однородностей можно характеризовать некоторой диаграммой направленности, причем максимум излучения этой диаграммы ориентирован в сторону первоначального движения энергии (рис. 6.6). Поэтому большая часть энергии теряется для приема.

85

ности антенн возможно ближе к горизонту. Другими словами, следует использовать для рассеяния объем Q. лежащий на ми­ нимальной высоте h посредине трассы, но еще видимой из точки передачи А и точки приема В.

О полосе частот, пропускаемых тропосферными линиями связи

Характерной особенностью связи за счет рассеяния на неодно­ родностях тропосферы является невозможность передачи широ­ кой полосы частот без искажения.

Основным фактором, ограничивающим полосу частот, являет­ ся многолучёвость.

Пусть передается некоторый сигнал, который представляется спектром частот

Jf -г- V 1р.и

1

I X

где / — несущая частота сигнала; Ft ■— модулирующие частоты.

86

Таким образом, для каждой частоты передаваемого спектра сигнала имеется своя разность фаз двух лучей. Это приводит к тому, что в один и тот же момент времени напряженности поля

и, налагая условие (6.5), получаем:

Fn M<& 1.

Таким образом, максимальная ширина полосы, которая может быть передана без искажения, определяется наибольшим време­ нем запаздывания At луча АСВ относительно луча ADB.

разность хода интерферирующих волн и шире полоса частот, ко­ торую можно передать без искажений. Поэтому для передачи широкой полосы частот обычно применяют остронаправленные антенны.

В приведенной ниже таблице даны результаты расчета вре­ мени запаздывания и полосы пропускания для пяти линий связи, протяженность которых заключена между 200 и 600 км.

Как видно из таблицы 6.1, чем больше расстояние, тем мень­ шую полосу частот можно передать без искажений.

Б7

При применении антенн с высокой направленностью макси­ мальная разность хода лучей резко уменьшается, что приводит к увеличению полосы пропускаемых частот.

Эксперименты показывают, что реальная полоса пропускаемых частот на расстояниях порядка 300 км составляет 5—6 Мгц.

Использование тропосферного распространения УКВ позво­ ляет создать радиорелейные линии связи с интервалами до 600 км. В обычных радиорелейных линиях связи средний участок, в прелелах которого антенны смежных станций находятся в зоне пря­ мой видимости, равен 40—50 км. Однако тропосферные линии требуют применения мощных передатчиков (до нескольких де­ сятков киловатт), больших антенн с весьма высокой направлен­ ностью (с к.н.д. порядка 10 000) и чувствительных приемников с усилением на высокой частоте. Из-за этого стоимость промежуточ­ ных ретрансляционных пунктов оказывается довольно высокой. Кроме того, полоса частот, а следовательно, количество переда­ ваемых сообщений по тропосферным линиям значительно мень­ ше, чем по обычным. Поэтому тропосферные линии связи не могут полностью заменить радиорелейные линии с распростране­ нием ультракоротких волн вдоль поверхности земли. Их целесо­ образно применять при обеспечении связи через большие водные преграды, а также в труднодоступных арктических и горных районах.

Линии связи, использующие рассеяние в тропосфере, отлича­ ются большой степенью надежности, помехоустойчивостью, скрыт­

при этом более целесообразным считается применение метровых волн.

ДАЛЬНЕЕ РАСПРОСТРАНЕНИЕ УКВ ЗА СЧЕТ РАССЕЯНИЯ В ИОНОСФЕРЕ

Хотя ультракороткие волны обычно не отражаются от регу­ лярных ионосферных слоев, однако дальнее распространение их возможно вследствие отражений от некоторых ионосферных образований.

Установлено, что ионосферные волны на УКВ могут возник­ нуть за счет:

—рассеяния радиоволн на неоднородностях ионосферы;

—отражения радиоволн от ионизированных следов метеоров пли «искусственной ионосферы».

Рассмотрим характерные особенности перечисленных видов распространения.

Рассеяние метровых волн на неоднородностях ионосферы

С развитием техники УКВ стал наблюдаться сверхдальний прием метровых волн.

88

Исследования показали, что при применении специальной аппаратуры метровые волны могут быть уверенно приняты на расстояниях свыше 1000 км.

Возможность дальнего регулярного распространения метро­ вых волн объясняется наличием в слое D ионосферы местных неоднородностей, имеющих повышенную или пониженную диэлек­ трическую проницаемость.

На этих неоднородностях, расположенных на высоте 75—95 км (в области слоя D), происходит рассеяние радиоволн, аналогич­ ное тропосферному рассеянию. Неоднородности ионосферы созда ются флуктуациями электронной концентрации, которые, как по­ лагают, вызываются турбулентным движением воздушных масс.

Полагают также, что неоднородности диэлектрической прони­ цаемости ионосферы в области слоя D вызываются воздействием непрерывно вторгающихся в атмосферу микрометеоров (косми­ ческой пыли).

На рис. 6.8 изображена схема линии связи, использующей ионосферное рассеяние. Здесь рассеивающий объем Q находится в пределах прямой видимости одновременно из пунктов располо­

Ямакс^-2' 4’1* ^75Ю3 —2200 км.

Риг. 6.8. Схема линии связи, использующей ионосферное рассеяние ,

Как и в случае тропосферного рассеяния, основная часть энергии волны, падающей на рассеивающую область, продол­ жает двигаться в первоначальном направлении и только незначи­ тельная ее часть рассеивается в сторону к поверхности земли. Этим объясняется малая величина полей на небольших расстоя­ ниях, когда угол рассеяния 0р принимает большое значение.

89-