Распространение укв на космических радиолиниях
Широкое применение находят радиолинии большой протяженности, на которых обмен информацией между оконечными пунктами ведется с помощью ретрансляционной станции, установленной на ИСЗ. Работа идет по схеме Земля-ИСЗ-Земля (рисунок ?). Самостоятельное значение имеют также
радиолинии Земля — ИСЗ для передачи информации на спутник и линии ИСЗ-Земля для приема информации со спутника. Все упомянутые радиолинии относятся к классу космических. Условия работы космических линий имеют ряд особенностей, которые необходимо учитывать при изучении процессов распространения радиоволн.
Оптимальные высоты полета связных ИСЗ лежат в пределах 10000...40000 км над поверхностью Земли. Такое расположение бортовых ретрансляторов приводит к необходимости использовать на космических линиях волны с частотами выше 100 МГц (3 м), не отражающиеся от ионосферы.
Большинство внутренних и международных спутниковых линий связи в настоящее время работают в полосах 6/4 и 8/7 ГГц (числитель соответствует полосе частот на участке линии Земля-ИСЗ, знаменатель — ИСЗ-Земля). В более высоких частотных диапазонах выделены полосы 14/12 и 30/20 ГГц.
Основные явления, сопровождающие распространение радиоволн таких частот, сводятся к затуханию в атмосферных газах и осадках, изменению поляризации волн за счет эффекта Фарадея и осадков, случайным флуктуациям амплитуды и фазы принимаемого поля, вариациям углов прихода, ограничению полосы частот, передаваемой без искажений.
При движении ИСЗ по любой орбите, кроме
геостационарной (экваториальная круговая
орбита с высотой = 35860 км), происходит
перемещение ИСЗ относительно земных
пунктов передачи и приема. При этом
изменяются угол возвышения траектории
распространения волны относительно
линии горизонта и длина пути, проходимого
волной в атмосфере. Ниже показано, что
при малых углах возвышения условия
распространения значительно ухудшаются.
Поэтому спутниковые линии связи работают
только при углах
.
При проектировании таких линий должны
учитываться изменяющиеся условия
распространения при перемещении спутника
в секторе углов возвышения от 5° до 90°.
Перемещение спутника относительно наземной станции обусловливают прием, сопровождающийся эффектом Доплера. Доплеровское смещение частоты является причиной искажения спектра сигнала.
Высокие требования к устойчивости работы спутниковых систем связи делают необходимым тщательное изучение условий распространения на линии.
Особенности распространения волн оптического диапазона
Оптическое излучение охватывает диапазон
волн примерно от 0,01 до 1000 мкм (частоты
Гц). Весь диапазон принято разбивать на
ультрафиолетовую (
= 0,01...0,38 мкм), видимую (
= 0,38...0,76 мкм) и инфракрасную (
= 0,76...1000 мкм) области. Такое деление носит
несколько условный характер, поскольку
строгих границ между областями не
существует.
Специфическими преимуществами волн оптического диапазона но сравнению с волнами радиодиапазона являются потенциальная возможность передачи больших объемов информации в возможность достижения высокой степени концентрации излучаемой энергии. Эти две особенности определяют повышенный интерес к оптическим системам связи. Однако использование этих систем в условиях земной атмосферы ограничивается влиянием тракта распространения. Длина волны оптического излучения соизмерима с размерами молекул и различных взвешенных частиц, содержащихся в атмосфере. Это вызывает ослабление поля за счет молекулярного поглощения, рассеяние на молекулах и взвешенных частицах. Взаимодействие оптического излучения с турбулентной атмосферой приводит к изменению траектории пучка волн и его расширению, ослаблению за счет рассеяния, ухудшению пространственной когерентности и поляризационным флуктуациям.
Волны оптического диапазона могут распространяться только как земные и прямые. В атмосфере с плавно меняющимися параметрами возникает рефракция волн оптического диапазона. Радиус кривизны траектории вследствие меньшего влияния на столь высоких частотах молекул водяного пара при нормальной атмосферной рефракции составляет 50000 км против значения 25000 км для диапазона УКВ.