лекции / Построение и оптимизация радиотехнических систем 3-4 2023

Рефракционные замирания из-за экранирующего влияния препятствий

Эти замирания обусловлены уменьшением просвета на трассе при субрефракции (g > 0) и попаданием приемной антенны в область глубокой тени при p(g) << 1. Такие замирания сравнительно медленные и имеют слабую частотную зависимость.

Рефракционные замирания интерференционного типа

Эти замирания обусловлены увеличением просвета на трассе при повышенной рефракции (g < –8х10–8 1/м) и попаданием приемной антенны в интерференционные минимумы, появляющиеся в результате взаимодействия прямой волны и волн, отраженных от земной поверхности. Интерференционные замирания имеют быстрый характер, их средняя длительность при глубине порядка 35 – 25 дБ составляет секунды – десятки секунд. Они частотно-селективны.

Замирания из-за экранирующего влияния слоистых неоднородностей тропосферы

Эти замирания обусловлены ослаблением радиоволн при прохождении через слоистые неоднородности тропосферы, когда большая часть энергии отражается и лишь небольшая часть достигает точки приема Характер замираний специфичен: большие ослабления уровня сигнала

даже на десятки децибел могут отмечаться в течение длительного времени, доходящего до нескольких часов. Иногда они сопровождаются быстрыми флуктуациями сигнала относительно среднего уровня. Такие флуктуации вызываются не только потерей энергии, но и дополнительной интерференцией прямой волны и волн, отраженных от других неоднородностей тропосферы . Замирания коррелированы в пределах одного частотного диапазона, и их глубина увеличивается с увеличением протяженности интервала, перепада высот между приемной и передающей антеннами (по крайней мере, до 1°) и с укорочением длины волны.

На интервалах РРЛ протяженностью 50 – 60 км такие замирания наблюдаются, в морских районах, а на более протяженных трассах – также в горных районах.

Виды замираний Замирания из-за влияния диаграмм направленности антенн 34

Эти замирания обусловлены вариациями углов выхода и прихода радиоволн, вызванными случайными изменениями условий рефракции. Они существенны при узких диаграммах направленности антенн, так как на интервалах РРЛ средней длины изменения углов в вертикальной плоскости не превышают ±0,5° в течение 99,9% времени наихудшего месяца, максимальные значения ±0,75°.

В горизонтальной плоскости вариации углов прихода примерно в 4 – 5 раз меньше, исключение составляют интервалы РРЛ на границах раздела сред (суша – море и т. д.).

Вариации углов выхода и прихода радиоволн содержат сравнительно медленную компоненту, обусловленную изменениями g и быстро меняющуюся компоненту, связанную со слоистой структурой тропосферы. В реальных условиях влияние углов прихода может усугубляться из-за неточности юстировки остронаправленных антенн, а также тепловой и ветровой деформации антенных опор. На практике влияние диаграмм направленности антенн в наихудшие месяцы становится существенным при коэффициентах усиления порядка 45 дБ.

Эти замирания частотно-коррелированы и эквивалентны «потере усиления» антенн в отдельные периоды времени. Замирания этого типа ограничивают использование остронаправленных антенн с усилением G ≥ 45 дБ.

Замирания из-за ослабления сигнала гидрометеорами

Эти замирания вызваны ослаблением электромагнитной энергии вследствие рассеяния частицами гидрометеоров (дождь, туман, снег, град и т.д.) и

нерезонансного поглощения ее в самих частицах. Рассеяние и поглощение зависят от состояния гидрометеоров (жидкие или твердые), размеров капельных образований, интенсивности осадков, их температуры, длины волны сигнала.

Замирания из-за ослабления сигнала в осадках медленные. Они частотно-

коррелированы и наблюдаются одновременно во всех стволах радиорелейной системы, работающей в одном частотном диапазоне. Множитель ослабления V, дБ, при распространении радиоволн в зоне осадков определяется по формуле

Эффективные параметры учитывают интегральное воздействие осадков вдоль интервала РРЛ.

Коэффициент ослабления в дожде различной интенсивности определяется из специальных номограмм. Дожди классифицируются в зависимости от собственной интенсивности J [мм/ч] следующим образом:

слабый дождь – J = (1 – 5) мм/ч,

умеренный – J = (5 – 20) мм/ч,

сильный –J = (20 – 40) мм/ч,

ливни – J> 40 мм/ч.

При больших интенсивностях дождей появляется зависимость γ от вида поляризации из-за отклонения формы капель дождя от сферической (происходит расплющивание капель). Этот эффект возрастает с увеличением J. Наибольшее ослабление наблюдается при горизонтальной поляризации. По экспериментальным данным значения γ, при горизонтальной поляризации на 10 – 25% больше, чем при вертикальной.

Коэффициент ослабления в сухом снеге и граде значительно меньше, чем в дожде той же интенсивности, из-за меньшей величины диэлектрической проницаемости твердых частиц (для воды ε ≈ 80, для льда ε = 2 ÷ 3). Эксперименты показывают, что при f < 50 ГГц влиянием сухого снега можно пренебречь. В ряде случаев наблюдались заметные ослабления при граде даже на частоте 2 ГГц, но в течение не более 0,001% времени.

Коэффициент ослабления в мокром снеге в среднем примерно такой же, как и в

Однако во многих климатических районах, при f < 20 ГГц вероятность появления глубоких замираний из-за ослабления в мокром снеге, отмечаемая в самые неблагоприятные месяцы, значительно меньше, чем из-за дождей.

Коэффициент ослабления в туманах и облаках

keM где М – количество жидкой воды в единице объема (водность), г/м Значения ke и М приводятся в специальных таблицах. Коэффициент ослабления при ледяных частицах значительно меньше, чем при жидких.

Эффективная длина трассы Rэф зависит от неравномерности выпадения осадков на трассе, а также от угла, под которым волна проходит через зону осадков.

Чаще трассы обычных РРЛ горизонтальны, поэтому направление распространения волны перпендикулярно потоку осадков. В этом случае Rэ определяется в основном их неравномерностью, которая зависит от климатических условий, типа осадков, их интенсивности.

Усредненные данные о размерах дождевых зон (очагов) для климатических условий, близких РФ (по делению МСЭ для 2-го района):

3.Дожди интенсивностью 25–30 мм/ч ориентировочно имеют протяженность 10–20 км. В этом случае в зависимости от длины трассы Rэф><R0

4.Ливневые дожди (J ≥ 40 мм/ч) отличаются наибольшей неравномерностью. По проведенным ранее исследованиям средние протяженности ливневых очагов составляют 7–8 км. В отдельных случаях (несколько процентов %) они достигают 15 –20 км. При этом отмечается сильная пространственная и временная

неравномерность интенсивности дождей в пределах очага дождя, а иногда на длине интервала РРЛ возникают два очага и более. Эти факторы существенно влияют на квазимгновенные значения Rэф и для дождей одинаковой интенсивности Rэф может значительно различаться. Для надежного прогнозирования значения Rэф (или γэф) необходимо пользоваться статистическими данными.

В большинстве климатических районов замираниями сигнала из-за ослабления в дождях можно пренебречь на частотах ниже 6 ГГц. На РРЛ ослабление в дождях оказывает заметное влияние на частотах начиная с 8 ГГц и является определяющим на частотах выше 10 ГГц.