ЭД / Новая папка (2) / PDF / ЛК 15_ТЭД_и_РРВ_ч_2

ЭД и РРВ (ЛК 15)

ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН РАЗЛИЧНЫХ ДИАПАЗОНОВ

Ультракороткие волны

Особенности распространения ультракоротких радиоволн;

классификация распространения ультракоротких радиоволн;

особенности распространения УКВ в космическом пространстве;

влияние на траекторию луча атмосферной рефракции в УКВ диапазоне;

эффект Доплера в УКВ диапазоне;

задержка распространения сигнала УКВ в космическом пространстве.

ЭД и РРВ (ЛК 15)

Особенности распространения ультракоротких радиоволн

Ультракороткими называются радиоволны короче 10 м (частота выше 30 МГц). Со стороны более низких частот диапазон УКВ примыкает к коротким волнам, а со стороны высоких частот граничит с длинными инфракрасными лучами. Граница

УКВ определена тем, что на этих волнах, как правило, не может быть удовлетворено условие отражения радиоволн от ионосферы.

Диапазон УКВ можно разбить на четыре поддиапазона: метровый — от

10 до 1 м (30—300 МГц), дециметровый — от 1 до 10 см (300—3000 МГц),

сантиметровый — от 10 до 1 см (3000—30 000 МГц) и миллиметровый —

короче 1 см (выше 30000 МГц). Диапазон метровых волн используется в телевидении и частотно-модулированном вещании, а в последнее время — для осуществления радиосвязи на дальние расстояния. Диапазоны дециметровых и сантиметровых волн используются в телевидении, радиолокации и многоканальной связи, мобильных системах связи.

ЭД и РРВ (ЛК 15)

Особенности распространения ультракоротких радиоволн

Каждый из поддиапазонов имеет свои особенности распространения, но основные положения свойственны всему диапазону УКВ. На УКВ, как правило, применяют направленные антенны, поднятые над поверхностью Земли на

значительную высоту в масштабе длины волны. Поверхность Земли нельзя считать ровной, имеет место рассеяние радиоволн при отражении. Сантиметровые волны испытывают поглощение в тропосфере.

Классификация распространения ультракоротких радиоволн

Распространения УКВ удобно классифицировать следующим образом.

1. Распространение УКВ на расстояния, значительно меньше расстояния прямой видимости: r 0,2r0 (до 5 — 6 км), когда можно пренебречь сферично-

стью Земли и считать ее плоской.

ЭД и РРВ (ЛК 15)

Классификация распространения ультракоротких радиоволн

2. Распространение УКВ на расстояния, не превышающие расстояние прямой видимости: 0,2r0 r 0,8r0 (до 50 — 60 км) или ненамного превышающие это

расстояние (до 80 — 100 км). На этих расстояниях существенное ослабляющее действие оказывает сферичность Земли.

3.Распространение УКВ на те же расстояния (до 5 — 6 км; 50 — 60 км), но в гористой местности или в большом городе, когда на пути волны имеются значительные препятствия.

4.Распространение УКВ (сантиметровых и дециметровых) на большие расстояния — до 200 — 1000 км путем рассеяния на неоднородностях тропосферы.

5.Распространение УКВ (метровых) на расстояния свыше 1000 км путем от-

ражения от ионосферы и рассеяния на ее неоднородностях.

ЭД и РРВ (ЛК 15)

Особенности распространения УКВ в космическом пространстве

Поглощение в тропосфере

Поглощение сигнала атмосферой находится в зависимости от его частоты. Максимумы поглощения приходятся на 22,3 ГГц (резонанс водяных паров) и 60 ГГц (резонанс кислорода). В целом, поглощение существенно сказывается на распространении сигналов с частотой выше 10 ГГц.

Ионосферные эффекты

Эффекты в ионосфере обусловлены флуктуациями распределения свободных электронов. К ионосферным эффектам, влияющим на распространение ра-

диоволн, относят: мерцание, поглощение, задержку распространения, дисперсию, изменение частоты, вращение плоскости поляризации. Все эти эффекты ослабляются с увеличением частоты. Для сигналов с частотами, большими 10 ГГц, их влияние невелико.

ЭД и РРВ (ЛК 15)

Особенности распространения УКВ в космическом пространстве

Основные особенности, которые отличают процессы распространения радиоволн в системах космической связи от процессов распространения в наземных условиях: во-первых, необычное влияние на траекторию луча атмосферной рефракции; во-вторых, явление допплеровского изменения частоты и, в-третьих, гораздо большее, чем в обычных условиях, время задержки сигнала при распространении.

Рассмотрим каждую из этих особенностей в отдельности.

ЭД и РРВ (ЛК 15)

Влияние на траекторию луча атмосферной рефракции

вУКВ диапазоне

Всистемах космической связи (как при передаче информации на космические корабли или станции, так и при работе спутников связи) радиоволны проходят сквозь всю толщу атмосферы, притом не только под пологими, но под произвольными углами скольжения, вплоть до 90°.

Казалось бы, что прекрасно разработанную в астрономии теорию оптической рефракции можно непосредственно применить к проблемам космической связи. Но это не так, ибо, как известно, влажность воздуха почти не влияет на преломление электромагнитных волн оптического диапазона и, наоборот, в диапазоне сантиметровых и дециметровых волн содержание влаги сильно влияет на преломляющие свойства тропосферы.

Если рассматривать только диапазон сантиметровых волн, то влиянием ионосферы можно пренебречь.

ЭД и РРВ (ЛК 15)

Влияние на траекторию луча атмосферной рефракции

вУКВ диапазоне

Вдиапазоне дециметровых волн необходимо учитывать рефракцию и в ионизированных слоях атмосферы.

Влияние тропосферной рефракции сводится к тому, что волна, излученная космическим объектом М, приходит под углом скольжения α, и ее направление отличается от действительного направления МА. Очевидно, что те же соотношения сохраняются при распространению волны от А к М. Задача, таким образом, сводится к определению по заданному удалению r и действительному углу β угла α, под которым приходит луч на поверхность Земли. Для определения угла α относительно величин r и β существуют номограммы и таблицы (справочные данные).

ЭД и РРВ (ЛК 15) Эффект Доплера в УКВ диапазоне

Эффект Доплера описывает сдвиг частоты сигнала в зависимости от относительного движения источника и приемника. Так волна, посланная источником, который удаляется от приемника, будет приниматься им на меньшей частоте по сравнению с волной от неподвижного источника или от источника, приближающегося к приемнику. Если же приемник приближается к неподвижному источнику, то частота принимаемой им волны будет больше по сравнению с неподвижным приемником или приемником, удаляющимся от источника. Это явление обнаружил Христиан Доплер в 1842 году.

HНИСЗ

П

ЭД и РРВ (ЛК 15) Эффект Доплера в УКВ диапазоне

Предположим, что источник (спутник), излучающий импульсы с периодом T, движется с радиальной скоростью VР относительно среды по направлению к покоящемуся приемнику П. В момент времени t 0 расстояние между источником и приемником равно D1 . Первый импульс достигнет приемника в момент времени t D1 v , где v — скорость волны. Второй импульс будет послан к приемнику в момент времени t T , когда расстояние между источником и приемником равно

D2 D1 VРT .

Таким образом, второй импульс достигнет приемника в момент времени t1 T D1 VРT v .

В результате, приемник будет регистрировать импульсы с периодом

Tдоп t1 t T 1 VР v