ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

Краткое содержание лекции

САНТИМЕТРОВЫХ, ДЕЦИМЕТРОВЫХ И МЕТРОВЫХ РАДИОВОЛН

РАСПРОСТРАНЕНИЕ

Лекция 11.

Лекция 10.

Радиоволны длиной короче 10 м называют ультракороткие (УКВ). Эти волны охватывают очень широкий диапазон частот. Ширина диапазона частот только сантиметровых волн составляет 27 000 МГц, что в тысячу раз превышает ширину диапазона частот декаметровых волн. Поэтому на УКВ возможна передача намного больших потоков информации, чем на более длинных волнах. Только на УКВ возможно телевидение и высококачественное радиовещание с использованием частотной модуляции (ЧМ).

Земная волна на УКВ обеспечивает связь практически только в пределах прямой видимости. За ее пределами в естественных условиях УКВ могут устойчиво распространяться только за счет рассеяния в ионосфере и в тропосфере. Однако для обеспечения связи за счет рассеяния требуются очень мощные передатчики и сложные антенные сооружения.

Для увеличения расстояния прямой видимости антенны телецентр­ов и станций ЧМ вещания уста­навливают на высоких башнях. Для передачи радиосигналов на большие расстояния в диапазоне УКВ используют наземные радио­релейные линии и ретрансляторы, расположенные на искусственных спутниках Земли.

Определим, чему равно предельное расстояние прямой види­мости г0 между антеннами, поднятыми над Землей на высоты h1 и h2 (рис. 3.1).

Рис. 3.1. К определению рас­стояния прямой видимости

Предельное расстояние прямой видимости получа­ется тогда, когда луч, соединяющий антенны, касается земной поверхности. Из прямоугольного треугольника АОС найдем расстояние . Если высота распо­ложения антенны h1много меньше радиуса Земли Rз равного 6370 км, последнюю формулу можно упростить: , так как . Из треугольника ОСВ аналогично получаем . Предельное расстояние прямой видимости

Подставляя в (3.1) численное значение R3 и выражая г0 в кило­метрах, а высоты h1и h2 в метрах, получаем

Методы расчета напряженности поля при связи в пределах прямой видимости:

1. Если расстояние между передаю­щей и приемной антеннами r<<rо (в 3 раза и более), то можно пренебречь сферичностью Земли и пользоваться формулой:

2. При больших расстояниях г, когда выполняется условие

- Формула Б. А. Введен­ского

Р в киловаттах, r —в километрах, h1, h2 и — в метрах, Ед, мВ/м, — действующее (эффективное) значение напряжен­ности поля.

Для расчета разности хода при учете сферичности Земли вводят понятие о приведенных высотах антенн.

Рис. 3.2. К определению приведенных Рис 3.3. К определению высот подвеса антенн величины просвета на трассе

При распространении УКВ над сильно пересеченной мест­ностью (рис. 3.3) практически невозможно рассчитать напряжен­ность поля в точке приема как сумму прямой и отраженных волн. Кроме того, неровности рельефа, имеющие острые вершины, мо­гут не создавать отражений, если вершина не покрывает область, достаточную для отражения (см. § 2.1). При расчете поля в слу­чае распространения над пересеченной местностью вводят поня­тие просвета Н.

Просвет определяется расстоянием между самой высокой точкой профиля трассы (рис. 3.3) и линией, соединяю­щей центры передающей и приемной антенн. От просвета зависит число зон Френеля на фронте волны, участвующих в создании по­ля у приемной антенны (см. § 2.1), а при наличии отражений от Н зависит сдвиг фаз между прямой и отраженной волнами. Эта­лонным просветом называют просвет Н0, при котором разность длин АВ и АОВ (рис. 3.3) составляет . В этом случае при на­личии отраженной волны, распространяющейся по пути АОВ, ее сдвиг фаз относительно прямой волны составляет 60° и при R = 1 и Ф=180° в формуле (2.8) множитель F=1. Эта­лонный просвет определяют по формуле: (3.6)

Величины r, r1 и r2 указаны на рис. 3.3. Если просвет на трассе меньше нуля, трассу называют закрытой. На закрытой трассе поле в точке приема создается за счет дифракции. Если выпол­няется условие 0<Н<Н0, трасса называется полуоткрытой или полузакрытой, при Н>Н0 трасса открытая. Методика построения профиля трассы приведена в [2]. Там же дана методика оп­ределения множителя Fдля различных трасс. На рис. 3.4 изо­бражена типичная зависимость множителя Fот величины про­света.

Рис. 3.4. Зависимость множи­теля ослабления Рис. 3.5. К пояснению эффекта усиления за от величины просвета счет от величины просвета препятствия

На длинных закрытых трассах иногда наблюдается усиление поля в точке приема за счет препятствия на трассе (рис. 3.5). Наличие препятствия приводит к тому, что его вершина становится переизлучателем электромагнитного поля, возбужденного на вер­шине волнами, распространяющимися на открытом участке АО. На участке ВС переизлученная волна также распространяется по открытой трассе. При некоторых значениях просветов Н1и Н2 поле в точке приема больше, чем получилось бы за счет поверхностной волны, распространяющейся по пути АС при отсутствии препятствия. Усиление поля препятствием используют при организации УКВ радиолиний в гористой местности.

В городах распространение УКВ сопровождается многочисленными отражениями от зданий, линий электропередач и других ее сооружений. Если передающая и приемная антенны расположены выше уровня крыш, ориентировочный расчет напряженности поля можно проводить по формулам (2.12) или (3.4), отсчитывая высоты подвеса антенн от среднего уровня крыш. Напряженность поля в городе при закрытых трассах и внутри зданий приходится определять экспериментально.

Радиус кривизны положителен при g<0 (рис. 3.6,а). При этом фазовая скорость волны с высотой возрастает, верхняя граница фронта распространяется быстрее нижней, и луч искрив­ляется в сторону поверхности Земли. Такая рефракция называется положительной. При g>0 наблюдается отрицательная рефракция (рис. 3.6,б). Тропосферная рефракция изменяет расстояние прямой видимости. При связи в пределах прямой видимости тропосферная рефракция влияет на напряженность поля в точке приема за счет того, что искривление траекторий прямого и отраженного лучей изменяет сдвиг фаз между их полями. Искрив­ление траектории изменяет также просвет Н (рис. 3.7).

В резуль­тате положительной рефракции закрытая трасса может стать открытой, при отрицательной рефракции открытая трасса может превратиться в закрытую.

Рис.3.6. Траектории лучей в Рис.3.7.Увеличение Рис. 3.8. К определению

тропосфере: а - при положительной; просвета эквивалентного

б — при отрицательной при положительной радиуса Земли

рефракциях рефракции

 

Поскольку степень рефракции непостоянна и зависит от метеорологических условий, напряженность поля на УКВ в точке приема — изменяется с течением времени. Эти изменения называются замираниями.