- •Министерство общего и профессионального образования российской федерации
- •Е. М. Калабанов в.И.Юдин
- •Учебное пособие Воронеж 2000
- •Введение
- •1. Рассеяния и поглощение электромагнитных волн отдельной частицей
- •Каноническое уравнение эллипсоида имеет вид
- •Значение параметров формулы Дебая
- •Значения комплексных показателей преломления
- •2. Однократное взаимодействие оптических и миллиметровых волн с ансамблем частиц
- •З.Ослабление электромагнитного излучения атмосферными образованиями
- •3.1. Затухание в воздухе
- •3.2. Затухание в дымках, облаках, туманах и пыли
- •3.3. Ослабляющие свойства дождей
- •Среднее по сезонам года значение Hi, определяется из соотношений [18]
- •Значения параметров м, m1 и b для различных метеостанций
- •3.4. Ослабляющие свойства снегопадов
- •Классификация снегопадов по водности
- •Коэффициенты ослабления в дожде и снеге на разных частотах
- •4. Методы оценки ослабления волн вдоль траектории распространения
- •4.1. Приземные трассы
- •4.2. Наклонные трассы
- •5. Энергетический расчет приземных и наклонных трасс связи
- •5.1. Ослабление оптического излучения на приземных трассах
- •Отношения коэффициентов ослабления в миллиметровом и оптическом диапазонах волн
- •5.2. Ослабление оптического излучения на наклонных трассах
- •5.3. Ослабление миллиметровых волн на приземных трассах
- •5.3.1. Расчеты затухания в воздухе
- •5.3.2 .Расчет затухания в туманах и пыли
- •Зависимости действительной ' и мнимой " частей диэлектрической проницаемости частиц от влажности q и температуры t, где 1 - ’; 2 - " ;
- •5.3.3. Расчет интерференционных замираний
- •5.3.4. Расчет оптимальной протяженности наземной трассы связи при наличии дождя
- •Оптимальные длины трасс связи для районов Подмосковья и Махинджаури
- •5.4. Ослабление миллиметровых волн на наклонных трассах
- •Станция Западно-Казахстанская:
- •3Ависимости ослабления в0 на вертикальных и наземных трассах от интенсивности дождей, где
- •- Вертикальная трасса; ------ - наземная трасса;
- •6. Рекомендации по уменьшению влияния атмосферы на энергетические характеристики канала
- •Список литературы
- •Оглавление
5. Энергетический расчет приземных и наклонных трасс связи
5.1. Ослабление оптического излучения на приземных трассах
Ослабление волн оптического и миллиметрового диапазонов волн рассчитывалось на ЭВМ. Ниже приводятся некоторые результаты расчетов.
Для расчетов ослабления волн оптического диапазона использовалась формула (46). Исходные данные включали метеорологические видимости, приведенные в табл. 5, 6, длины волн излучения 0,85; 1; 1,3; 10,6 мкм, характерные для полупроводникового, YAG: Nd и CO2 лазеров. Соотношение между единицами измерений коэффициента ослабления определяется выражением 1[дБ/км] = 4,34β [км-1]. Расчетные данные приведены в табл. 12.
Таблица 12
Зависимость коэффициента ослабления от дальности видимости
Дальность видимости sm. км |
Коэффициент ослабления β , км-1 |
|||
=0,85 мкм |
=l мкм |
=1,3 мкм |
=10,6 мкм |
|
< 0,05 |
71,2 |
68,7 |
65,0 |
41,3 |
0,05-0,2 |
71,2-22 |
68,7-20,0 |
65,0-19,0 |
41,3-10,0 |
0,2-0,5 |
22,0-6,4 |
20,0-5,9 |
19,0-5,2 |
10,0-2,0 |
0,5-1 |
6,4-3,0 |
5,9-2,8 |
5,2-2,4 |
2,0-0,7 |
1-2 |
3,0-2,0 |
2,8-1,2 |
2,4-1,2 |
0,7-0,4 |
2-4 |
2, 2,0-0,7 |
1,2-0,6 |
1,2-0,45 |
0,4-0,08 |
4-10 |
0,7-0,2 |
0,6-0,18 |
0,45-0,13 |
0,08-0,009 |
10-20 |
0,2-0,1 |
0,18-0,1 |
0,13-0,08 |
0,009-0,005 |
20-50 |
0,1-0,03 |
0,1-0,02 |
0,08-0,012 |
0,005-0,0001 |
> 50 |
< 0,03 |
< 0,02 |
< 0,012 |
< 0,0001 |
Рис. 9 иллюстрирует зависимость коэффициента ослабления от метеорологической дальности видимости для длин волн 0,85; 10,6 мкм. Наглядно проявляется преимущество СО2 лазера ( = 10,6 мкм) по сравнению с полупроводниковым, которое возрастает по мере улучшения прозрачности атмосферного воздуха.
Х отя при sm < 1 км затухание ИК диапазона достаточно велико, вывод о надежности применения этих волн в системе оптической связи можно сделать, лишь располагая сведениями о частоте повторения в данном географическом районе погодных условий, при которых гарантируется дальность видимости не меньше предельно допустимой.
Рис. 9. Зависимости коэффициентов ослабления β от метеорологической дальности видимости sm:
--- = 0.85 мкм;
— = 10,6 мкм
Связь вероятности состояния атмосферы с заданной метеорологической дальностью видимости приведена на рис. 10. Как видно, в условиях Подмосковья с наибольшей вероятностью повторяется погода (дымка), при которой дальность видимости изменяется в пределах 4 - 10 км. В Арктике самая вероятная погода - туманы с дальностью видимости 0,1 - 0,2 км.
При SM = 4 - 10 км коэффициент ослабления составляет 0,7 - 0,2 км-1 на волне 0,85 мкм и 0,08 - 0,009 км-1 на волне 10,6 мкм. В тумане с дальностью видимости 1-2 км коэффициент ослабления составляет на волне 0,85 мкм 3 -2 км-1 а на волне 10,6 мкм - 0,7- 0,4 км-1. В более густом тумане (SM = 0,05 - 0,2 км) коэффициент ослабления повышается на волне 0,85 мкм до 71,2-22 км-1, а на волне 10,6 мкм до 41,3 - 10 км-1. С уменьшением длины волны вероятность ослабления смещается в область более высоких значений коэффициента ослабления.
Д ля расчетов ослабления оптических волн в дождях, выпадающих на приземных трассах, целесообразно использовать формулы (48). Как следует из табл. 8, ослабления в оптическом диапазоне на волне = 5 мм могут быть оценены на основе общих соотношений (48). Расчетное ослабление в дождях на волне 5 мм приводится ниже. В оптическом диапазоне ослабление не зависит от , так как размеры капель дождя всегда намного превос-
Рис. 10. Вероятность появления туманов в Арктике и туманов и дымок в Подмосковье при заданной дальности видимости SM:
____ туман; ---- дымка
ходит длину оптической волны. Поэтому сечение ослабления капель равно их удвоенному поперечному сечению.
С использованием данных табл. 8 были рассчитаны отношения коэффициентов ослабления в дождях излучения миллиметровых (βмм) и оптических (βопт) волн (табл. 13).
Таблица 13