Материал: 751
100 |
4. Тропосфера и ее влияние на распространение радиоволн |
|
|
Решение. Определим вначале потери в децибелах при распространении радиоволн в свободном пространстве, выразив их из формулы (1.10)
P2 P1 D1D2 22 ,
(4 r)
ãäå P2 — принятая мощность, должна быть 10–13 Âò; P1 — излучаемая мощность, подлежит определению; c
f 0,75 ì .
Отсюда
L 10lg |
P2 |
D |
D |
20lg |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
ñâ |
P1 |
1 |
2 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
4 r |
|
||
40 40 138,5 58,5 äÁ.
Эта цифра определяет отношение принятой мощности Ð2 к излучаемой Ð1 при заданных антеннах для свободного пространства. При этом потребовалась бы излучаемая мощность, равная
P1 P2 10 Lñâ 
10 7,08 10 8 Âò.
Определим потери, связанные с необходимостью достижения в точке приема медианного уровня Fìåä. По формуле (4.28) для частоты 400 МГц и дальности 500 км эти потери составляют 88 дБ.
Это означает, что при увеличении мощности передатчика на 88 дБ в условиях ДТР будет обеспечена связь в течение 50 % времени. При этом необходимая мощность передатчика составит
P1 7,08 10 8 1088
10 44,67 Âò.
Как следует из рис. 4.9 и формулы (4.26), уровень напряженности поля, который превышается в течение 99,9 % времени при быстрых замираниях и приеме на две антенны, лежит ниже медианного на 13,34 дБ. Это означает, что для обеспе- чения заданной надежности связи в присутствии быстрых замираний мощность передатчика должна быть увеличена на 13,34 дБ и составит
P1 44,67 1013,34
10 963,83 Âò.
Для компенсации медленных замираний необходимое увеличение мощности определим численным решением уравне-
4.5. Ослабление радиоволн в тропосфере |
101 |
|
|
ния (4.28). В результате при P 0,999 получим Fì 12,68 дБ, что потребует увеличения излучаемой мощности до
P1 963,83 1012,68
10 17860 Âò 17,86 êÂò.
Этот же результат можно получить, определив полные потери на линии связи как сумму отдельных слагаемых:
L 58,5 88 13,34 12,68 172,52 äÁ.
Необходимая мощность излучения составит
P1 P2 10 L
10 10 13 1017,252 17,86 êÂò.
В заключение заметим, что ошибка в определении полных потерь в линии связи ДТР может составлять от единиц до десятков децибел, поскольку экспериментальные данные по медианным уровням и медленным замираниям существенно зависят от конкретных условий.
4.5. Ослабление радиоволн в тропосфере
При распространении в тропосфере радиоволны испытывают дополнительное ослабление по отношению к ослаблению поля в свободном пространстве. Это ослабление называется затуханием. Причинами затухания волн в тропосфере являются: 1) поглощение радиоволн гидрометеорами и газами атмосферы; 2) рассеяние радиоволн гидрометеорами — дождем, снегом, градом, туманом.
Прежде чем анализировать конкретные причины затухания в тропосфере, уточним единицы его измерения.
Множитель ослабления в тропосфере определяют по формуле
V e r , |
(4.32) |
где — коэффициент затухания, выраженный в неперах на метр, или по формуле
r |
|
V 10 20 , |
(4.33) |
где — коэффициент затухания, выраженный в децибелах на метр, причем 1 Нп 8,68 дБ.
102 |
4. Тропосфера и ее влияние на распространение радиоволн |
|
|
Коэффициент затухания обычно выражают в децибелах на километр, так как расстояние удобнее определять в километрах.
Поглощение радиоволн газами атмосферы и парами воды имеет резонансный характер. Молекулы воды имеют постоянные электрические моменты, а молекулы кислорода — постоянные магнитные. Если частота волны совпадет с собственными частотами этих молекул, то наступают резонансные явления и энергия волны переходит во внутреннюю энергию молекул. Это обуславливает селективное поглощение волн определенной частоты (рис. 4.12). Резонансные линии поглощения всех других газов расположены вне диапазона радиоволн.
, äÁ/êì 30 |
|
ñì |
10 5 3 |
1 0,5 0,3 0,1 |
|
100 8 |
|
|
6 |
|
O2 |
4 |
|
|
3 |
|
|
2 |
|
|
10 |
|
|
8 |
|
|
6 |
|
O2 |
4 |
|
|
3 |
|
|
2 |
|
|
1,0 |
|
|
8 |
|
|
6 |
|
|
4 |
|
H2O |
3 |
|
|
2 |
|
|
0,1
8 
6 
4 
32 O2
0,01
8 
6 
4
3
2 H2O
0,001
2 3 4 |
6 8 |
2 3 4 6 8 |
2 3 4 6 8 f, ÃÃö |
1 |
10 |
100 |
|
Рис. 4.12. Зависимость коэффициента поглощения от частоты в молекулах кислорода и парах воды
Из рис. 4.12 видно, что в молекулах Н2О имеется четко вы-
4.5. Ослабление радиоволн в тропосфере |
103 |
|
|
раженный резонанс на длине волны 1,35 см ( 0,2 дБ/км) и возрастание затухания при <0,2 см. В молекулах О2 наблюдаются резонансы при 0,5 см ( 13 дБ/км) и при0,25 см ( 3 дБ/км). По причине большого селективного поглощения радиоволны с длиной меньше 1,5 см не используются для передачи сигналов в тропосфере.
В гидрометеорах оба фактора затухания радиоволн (поглощение и рассеяние) проявляются одновременно и поэтому их не разделяют (рис. 4.13) [2].
Поглощение, дБ
10
дБ 1,0 0,1Поглощение,
0,01
â |
|
ã |
|
|
|
|
|
|
á |
æ |
|
|
à |
|
|
ä |
|
å |
|
|
|
|
|
0,5 |
1 |
5 |
10 |
|
Длина волны, см |
|
|
Рис. 4.13. Зависимость коэффициента поглощения за счет рассеяния на гидрометеорах от длины волны:
à— моросящий дождь 0,25 мм/час; á — легкий дождь 1мм/час;
â— умеренный дождь 4 мм/час; ã — сильный дождь 15 мм/час; ä — слабый туман; å — средний туман; æ — сильный туман
Наиболее существенным препятствием гидрометеоры (капельки дождя, тумана, снежинки) являются для радиоволн короче 10 см. Более длинные волны существенного поглощения в гидрометеорах не испытывают (рис. 4.13). Так как диэлектри- ческая проницаемость снега и града ( r 1 и 5) гораздо меньше, чем у жидкой фазы воды ( r 80), то ослабление радиоволны в граде составляет несколько процентов от ослабления в дожде такой же интенсивности. Ослабление в сухом снеге также мало [4].
104 |
4. Тропосфера и ее влияние на распространение радиоволн |
|
|
Контрольные вопросы
1.Дайте определение рефракции радиоволн. Сравните рефракцию с дифракцией по проявлению и причинам, их вызывающим.
2.С какими параметрами воздушной среды и как связан показатель преломления тропосферы?
3.В чем состоит приближение геометрической оптики при анализе распространения радиоволн в тропосфере? При каких условиях можно пользоваться этим приближением?
4.Что такое эквивалентный радиус Земли, чему он равен и при каких условиях им можно пользоваться?
5.От каких параметров тропосферы зависит радиус кривизны траектории волны?
6.Дайте определение нормальной тропосфере и нормальной тропосферной рефракции. Как учитывается нормальная рефракция при определении напряженности поля радиоволн?
7.Какая погода способствует увеличению дальности распространения радиоволн в тропосфере?
8.При каких условиях возможно возникновение тропосферного волновода?
9.Объясните механизм дальнего тропосферного распространения радиоволн? На каких частотах работают линии связи, использующие явление ДТР?
10.Назовите причины быстрых и медленных замираний напряженности поля при ДТР? Какие меры обеспечения каче- ственной связи применяются в линиях связи, использующих ДТР?
11.Волны каких диапазонов интенсивно поглощаются и рассеиваются в тропосфере?