Поширення радіохвиль в реальних умовах

Вплив поверхні землі і тропосфери враховується так званим множником послаблення поля в вільному просторі V( скороченно множник послаблення ). Часом в літературі застосовується термін близький по змісту “додаткові втрати”.

В загальному вигляді формула для розрахунку потужності сигналу на вході приймача має вигляд

P_пр=P_0пр V²

Де P_0пр- потужність сигналу на вході приймача в умовах вільного простору. На практиці величину Vзручно виражати в децибелах

_{VдБ=20 lg V=10 lg (Pпр/ P0пр)}

Послаблення сигналу при передачі в реальних умовах між виходом передавача і входом приймача

P_пр/P_пер=G_пер+G_пр+η_пер+η_пр+W₀+V

G_пер- коефіцієнт підсилення передавальної антени;

G_пр– коефіцієнт підсилення приймальної антени;

η_пер,η_пр–коефіцієнт корисної дії передавального і приймального трактів;

послаблення в вільному просторі між ненаправленими антенами.

W₀= 20 lg (λ/4πRo)

Ro – віддаль між точками передачі і прийому.

Втрати передачі в децибелах

L = L_вп-V-G_пер-G_пр-η_пер-η_пр

L_вп- втрати в вільному просторі.

Множник послаблення Vзалежить від протяжності траси, довжини хвилі, висоти антени, рельєфу місцевості, метеорологічних параметрів тропосфери.

Значення Vможна визначити як теоретично, так і експериментально методом вимірювання потужності сигналу на вході приймача.

Врахування рефракції радіохвиль

Рефракцією називається викривлення траєкторії радіохвиль, зумовлене неоднорідністю тропосфери.

Коефіцієнт заломлення в тропосфері визначається

Де відносна діалектрична проникність повітря визначається

ε=1+(1,552 10^-4/T)(P+4810e/T)

Т- температура повітря по абсолютній шкалі: Т=

P,е – тиск повітря і водяної пари в гПа (1гПа = 1 мбар)

і n по величині близькі до 1, тому часто користуються коефіцієнтом заломлення вираженого в N– одиницях:

Основний вплив на рефракцію створюють вертикальні неоднорідності , які характеризуються вертикальним градієнтом діалектричної проникності

,

або вертикальним градієнтом показника заломлення

,

Де h- висота над поверхнею Землі. Як правило g прийнято рахувати відємним коли зменшується з висотою і додатнім, колиз висотою зростає.

Горизонтальні неоднорідності значно менші вертикальних і проявляються частіше всього на границі суші з морем.

Поширення радіохвиль на інтервалах РРЛ проходить в приземному шарі тропосфери товщиною десятки – сотні метрів, де метеорологічні параметри, а відповідно g піддаються особливо сильним часовим і просторовим змінам внаслідок перепадів температури і вологості.

Еквівалентний радіус Землі

Для приблизного врахування рефракції вводять поняття еквівалентного радіуса Землі воно справедливе при лінійній змініз висотою.

В дійсності в тропосфері в середньому зменшується з висотою по експоненціальному закону. Але для порівняно тонких шарів, до яких можна віднести приземистий шар, що приймає участь в переносі енергії на трасах РРЛ, це спрощення допустимо.

Під величиною розуміють таке значення радіуса Землі при якому траєкторії радіохвиль можна вважати прямолінійними.

При чому

де а = 6370 км – геометричний радіус Землі.

Якщо g=0, то рефракція відсутня.

На практиці часто застосовують поняття коефіцієнта рефракції:

K_e=a_e/a

Види рефракції. Відємна рефракція, або субрефракція.

Вона появляється при g>0,,K_e<1. Такі умови спостерігаються при зростанні вологості повітря з висотою, причому найбільш часто восени і весною при появі ранкових приземних туманів. Вона не рідко носить місцевий характер і відмічається на трасі РРЛ, або її участку, де є низини і застоюється холодне повітря.

Види рефракції можна зобразити наступним чином

надрефр

1. Стандартна рефракціяпри

Це найбільш поширений випадок рефракції зумовлений середнім станом тропосфери. Вона спостерігається вдень.

2. Підвищена рефракція при Вона найбільш часто відмічається в вечірні, нічні і ранкові години літніх місяців, а інколи в ті ж години весною і восени. Причиною виникнення являються температурні інверсії (збільшення температури з висотою) і різке зменшення вологості з висотою. Воно пов’язане з нагріванням і охолодженням земної поверхні внаслідок випаровування вологи з грунту.

3. Критична рефракція

,

тобто траєкторія хвиль концентрична до земної поверхні умови виникнення такі ж як для підвищеної рефракції.

4. Надрефракція

g<-31,4 10^-8 1/м,а_е- приймає відємне значення. В цьому випадку хвилі заломлюються до поверхні землі, відбиваються від неї, знову заломлюються і т.д.

Хвилеводи можуть появлятись в приземному і приводному шарах повітря. Вони виникають при різних перепадах висотного профілю діалектричної проникності повітря. Спостерігаються вони по всій трасі, або на окремих її участках.

Вони виникають над теплими морями, рідше над сушею, в районах з рівнинною місцевістю.

В південних морських районах в літні місяці тропосферні хвилеводи можуть спостерігатися до 30-50% часу, а в сухопутних – до 10%.

Не дивлячись на значне збільшення дальності зв’язку при хвиле водному поширенні (сотні кілометрів) це явище не може використовуватись для практичних цілей через малу ймовірність появи хвилеводів.

Їх слід розглядати як джерело додаткових завмирань і завад на інтервалах РРЛ, що працюють на однакових, або близьких частотах.

Проектування РРЛ ведеться виходячи з умов виконання норм на якісні показники лінії в найбільш неблагополучні місяці. Для території України – це літні місяці.

Завмирання сигналу на інтервалах радіорелейних ліній

Завмирання сигналу виникають в певні моменти часу, коли значення множника послаблення стає доволі малим.

Причиною завмирання являється зміна в часі метеорологічних умов на трасі РРЛ, що приводить до зміни вертикального градієнта діалектричної проникності повітря . А також виникнення в тропосфері шарів з різкою зміною діалектричної проникності повітря, появи опадів.

Глибина завмирання як правило характеризується миттєвим значенням |v|, вираженим в дБ.

Найбільш глибокі завмирання що викликані опадами частіше всього відмічаються в вечірні, нічні і ранкові годинни літніх місяців.

В деяких районах в ці ж годинни весною і осінню.

Найбільша кількість завмирань спостерігається в морських приморських і рівнинних районах.

На інтервалах радіорелейних ліній можливі різноманітні типи завмирань.

Ефективний вертикальний градієнт діалектричної проникності повітря.

Для врахування нелінійної змінної з висотою і змінипо довжинні траси , які можуть спостерігатись в реальних умовах вводиться поняття ефективного вертикального градієнта діалектричної проникності повітря .

Під величиною g_еф розуміють постійний по висоті градієнт , при якому напруженість поля в точці прийому буде такою ж як у випадку рального вимірюванняна трасі. Величинаg_еф характерезує порівняно прості зміни діелектричної проникності повітря.

Лекція №19