лекции / Построение и оптимизация радиотехнических систем 3-4 2023

Тропосферной радиосвязью называют прямую радиосвязь на УКВ, осуществляемую в условиях отсутствия прямой видимости между источником и приемником сигнала, путем использования дальнего тропосферного распространенияультракоротких волн (ДТР УКВ).

Сущность явления ДТР УКВ заключается в проникновении далеко за пределы горизонта радиоволн, рассеянных и отраженных неоднородностями (по диэлектрической проницаемости ε тропосферы, обусловленных неоднородностями метеорологических параметров воздуха: температуры, влажности, давления.

При некоторых условиях (например, при движении нагретого воздуха с суши над поверхностью моря) температура воздуха с высотой не уменьшается, а увеличивается (инверсия температуры).

Такие неоднородности турбулентного (вихревого) и слоистого характера существуют в тропосфере регулярно во всей ее толще – от поверхности Земли до верхней границы (hт = 10–15 км).

Следовательно, тропосферная радиосвязь может осуществляться независимо от времени года и суток. Однако толщина слоев инверсии в тропосфере обычно не превышает 50-100 м, поэтому волноводным способом могут распространяться только дециметровые, сантиметровые и более короткие волны.

Явление ДТР УКВ характеризуется острой направленностью потока переизлученной энергии. Поэтому для обеспечения максимального уровня сигнала на выходе приемной антенны необходимо скрестить в тропосфере диаграммы направленности антенн приемной и передающей станций на минимальной высоте h0 и при том в вертикальной плоскости, проходящей через точки размещения антенн. Эта высота приближенно может определяться по формуле: h2 R2 /8aэ

где R – протяженность трассы (расстояние между передающей и приемной станциями), аэ– эквивалентный радиус Земли. Отсюда следует, что прямую тропосферную радиосвязь трудно обеспечить на расстояния, превышающие

Rmax 8aэh0

Для R = 8500 км, h0 = 10–15 км получаем предельную дальность тропосферной связи без ретрансляции Rmax 1000 км. Чаще всего величина 150<R<500 км.

В 1950х годах экспериментально установлено, что минимальное расстояние («дифракционный горизонт»), на котором начинает проявляться эффект ДТР (т.е. величина напряженности поля, вычисленная по дифракционным формулам, становится меньше, чем измеренная), составляет примерно 100 км, хотя при некоторых условиях для высот антенн 5–10 м и при нормальной рефракции наблюдались дальности ДТР 60–90 км.

Необходимо учитывать суммарные шумы, включая тепловые и интермодуляционные шумы, вызванные условиями распространения радиоволн.

На линиях связи протяженностью примерно 400-700 км оптимально применение относительно низких частот (ниже примерно 1 ГГц) и больших антенн для обеспечения соответствующих характеристик линии связи, включая малые интермодуляционные шумы. При этом пропускная способность ТРРЛ обычно невелика. Работа в полосах радиочастот выше 1 ГГц может привести к плохим показателям качества, за исключением случаев очень благоприятного распространения радиоволн.

На линиях протяженностью примерно 200-400 км пропускная способность может быть несколько выше. Здесь определяющим фактором могут стать интермодуляционные шумы, вызванные многолучевым распространением. Для уменьшения интермодуляционных шумов использование радиочастот в диапазоне 2 ГГц может оказаться более предпочтительным, чем использование более низких частот. Для более коротких линий (примерно 100-200 км) возможна работа на частотах до 5 ГГц. Работа на этих частотах характеризуется низкими интермодуляционными шумами, вызванными многолучевым распространением, даже при небольших антеннах. Для высоких скоростей передачи оптимальными являются частоты между, примерно, 2 ГГц и 3 ГГц.

Для тропосферных радиолиний обычно используется диапазон частот 0.3–5 ГГц.

-Зависимость расстояния, на котором происходит разделение на ближнюю (величина погонного ослабления не зависит от λ) и дальнюю (величина погонного ослабления зависит от λ) зоны ДТР от частоты излучения.

-Очень низкая эффективность рассеяния и отражения энергии УКВ неоднородностями тропосферы, потери на участке распространения весьма велики и очень быстро растут с расстоянием R и укорочением длины волны. Тропосферная радиосвязь обеспечивается ценой больших энергетических затрат: применением мощных передатчиков (от 100 Вт - 50 кВт), чувствительных малошумящих приемников и громоздких высоконаправленных

антенн с большим усилением (до 50–55 дБ).

-На уровень сигнала существенно влияет рельеф местности, простирающийся на некотором расстоянии перед антеннами в направлении на приемник.

-В значительной степени на устойчивость тропосферной радиосвязи влияют метеорологические условия и климатические особенности района, по которому проходит трасса. В условиях теплого, влажного морского климата тропосферная радиосвязь осуществляется с меньшими энергетическими затратами, чем в холодном, сухом континентальном климате. Зимние метеоусловия менее благоприятны для тропосферной радиосвязи, чем летние.

- Сигнал ДТР не стабилен во времени.

Средний уровень его испытывает сезонные (а летом и суточные) колебания, причем зимой уровень ниже, чем летом. Среднеминутные значения сигнала ДТР претерпевают медленные случайные замирания, подчиняющиеся логарифмически-нормальному закону. Мгновенные значения сигнала ДТР непрерывно и быстро флуктуируют по рэлеевскому закону. Для борьбы с этим явлением в тропосферной радиосвязи всегда применяют разнесенный прием.

- Многолучевая структура радиосигнала ДТР, для которой характерна существенная неравномерность запаздывания отдельных компонент, переизлученных неоднородностями приводит к сильному искажению амплитудно- и фазочастотных характеристик среды распространения радиосигнала системы тропосферной радиосвязи. В результате резко сужается полоса пропускания всей системы, искажаются сигналы и возрастают шумы нелинейных переходов между каналами.

47

Спасибо за внимание!!!!