Распространение ультракоротких волн с учётом влияния тропосферы и поверхности земли

1.

Кафедра радиосвязи
ДИСЦИПЛИНА: РРВ и АФУ, Д-1105-1
Тема 1. Основы теории распространения радиоволн
Лекция 1/6 (№ 6).
Распространение ультракоротких волн с учётом
влияния тропосферы и поверхности земли

2.

Учебные вопросы
1. Влияние рельефа местности и тропосферной рефракции на
распространение радиоволн.
2. Множитель ослабления с учётом влияния тропосферы и
поверхности земли.
3. Особенности дальнего тропосферного распространения
радиоволн.
№1

3.

Расстояние (дальность) прямой видимости
в условиях равнины
№4
Дальность прямой видимости, когда прямая соединяющая антенны
А-В касается поверхности земли в одной точке С.
Рассмотрим случай, когда рефракция отсутствует
r0
r1
A
Критерий неровности
hi hmax
r2
C
B
h1
8sin
h2
a
a
a
поверхность ровная
.
O
a 6371км.
r – в км., h – в м.
Расстояние прямой видимости
без учета рефракции:
r0 2a h1 h2 3,57 h1 h2 .

4.

Учет рефракции
С учетом рефракции дальность прямой видимости
будет изменяться
h1
h
h2
h3
h1
h
.O
Условие эквивалентности:
1
h3
aэ
a
Радиус луча:
h2
№5
.O
1/ a 1/ aэ 1/ ρ 1/ прямой
Для учета рефракции вводят
эквивалентный радиус Земли
a
, aэ
,
qn
1 aqn
Градиент
коэффициента n:
n
qn .
h

5.

Классификация трасс на ровной поверхности
№6
При нормальной (стандартной) рефракции аэ = 8500 км, тогда
Расстояние прямой видимости с учетом рефракции
r0 4,12
h1 h2 км.
При распространении УКВ над ровной
сферической поверхностью различают:
а) область прямой видимости или интерференции (r < 0,8 r0);
б) область дифракции или тени (r > 1,2 r0);
в) область полутени – промежуточная между областью прямой
видимости и дифракции (0,8 r0 ≤ r ≤ 1,2 r0 ).
Критерием условия радиосвязи является r0

6.

Учет влияния рельефа и тропосферы
№8
Профиль трассы с учетом рефракции
h
160
A
Лес
150
140
B
Н0 - просвет
H0
Нас. пункт
h1
aэ = 8500 км
130
Условный
нулевой уровень
120
110
100
h2
yi
2
ri 4
6
2
ri
8
10
12
14
16
18
20
22
r
Поверхность сферы
r
уi =
si 1- si ,
2aэ
ri
si .
r
24
28
30
км
r

7.

Классификация трасс с учетом
влияния рельефа и тропосферы
№9
Кратчайшее расстояние между линией АВ и
профилем трассы называются просветом H0.
В зависимости от величины просвета трассы подразделяются
на следующие:
1. Открытая, если просвет оказывается больше радиуса
существенной области
H 0 c ,
1
c r si 1 si ,
3
2. Полуоткрытая, когда
3. Закрытая, когда
ri
si .
r
0 H 0 c .
H 0 0,
Критерием условия радиосвязи является
H0.

8.

Профиль трассы с одной точкой отражения
А
r0
Д
h1
H0
№10
В
С
z
d
h2
М
вэ
r1
r , км
r

9.

2. Расчёт множителя ослабления с учётом
влияния тропосферы и поверхности земли
№12
Область прямой видимости
В точку приема приходит прямой и отраженный луч
r1 и прямой луч
А
В
h1'
r2 и отраженный луч
h2'
С
h1
Δh1
h2
Δh2
r
Трасса гладкая сферическая
E E1 E2 E1Wтр E1 (1 Rэ e
RЭ
- коэффициент отражения,
ik r
r r2 r1.
),

10.

Напряженности поля и множителя ослабления
№13
в области интерференции
№2
E (r)
60 P1 1фG1
r
При малых углах луча:
Wтр 1 Rэe
Wтр (r ),
Wтр 1 Rэ 2 Rэ cos k r ,
При:
r r2 r1.
Действующее значение напряженности поля:
Eд ( r )
.
σ > 0, RГ,В 1, Ф Г,В 180 .
2
Rэ Rвг Dp ,
ik r
2180 P1 (кВт)ηф1 G1 h1' h2'
λr
2
мкВ/м.
18h1h2
r
.
λ
4 h1 h2
Wтр
r
2
h1,2 h1,2 1 r / r0 .

11.

Зависимость множителя ослабления от
протяженности равнинной трассы
Wтр
№14
1+|Rэ | 3- й 2 - й 1- й лепесток
2
В относительных
единицах:
1
.
1-|Rэ |
0
r1 max
0,8r0
r0
1, 2r0
WТР , дБ
В децибелах:
6
(+)
0
(-)
Чаще множитель ослабления определяют по
аппроксимирующим формулам или по графикам.
r0
r
r

12.

Множитель ослабления на равнинной
сферической трассе
20
10
№15
r 30 км
h 5 м
30
10
20
30
30
20
30
Wтр , дБ -20
10
20
30
r 50 км
h 5 м
10
20
30
r 40 км
h 5 м
r 60 км
h 5 м
10
20
r 70 км
h 5 м
r 80 км
h 5 м
10
r 90 км
30
20
-40
-60
h 5 м
10
-80
-100
0,1м
1м
длина волны
10м

13.

Зависимость множителя ослабления от
относительного просвета на трассе
№16
Открытые трассы
Wтр , дБ
Rэ 0,6
Закрытые и полуоткрытые трассы
0
2
-10
z
3
2 c 2
d
Rэ 1
Rэ 0, 2
-20
-30
-40
3
2,5
2
1,5
-50
-5
-4
1, 2
-3
0
1
-2
-1
0
1
2
3
4
5
p
р H 0 / с

14.

Выводы по данному вопросу
№17
Множитель ослабления на открытых трассах существенно
зависит от величин коэффициента отражения (Rэ = |Rэ|Dp) и
просвета.
На полузакрытых и особенно закрытых трассах
величина множителя Wтр зависит от формы (сферичности)
препятствия и меньше от просвета.
Сферичность препятствия характеризуют обобщенным параметром
µ.
Большие значения параметра µ относятся к клиновидным
препятствиям (острые вершины гор), а малые значения µ→0
относятся к плоской земной поверхности.
С учетом замирания радиоволн:
Wтр =Wмед +Wз (t ) 0.

15.

Рефракция и ее виды
h
нулевая:
gn= 0, = ∞
Отрицательная
Положительная
h
0
отриц-ая:
gn> 0,
h
N
N
0
нормальнная: gn<
0, = 25000км
N
0
критическая:
gn< 0,
= 6370км
h
0
r0 4.12 h1 h2
c учетом рефракции
N
h
0
N
сверхкритическая: gn< 0, <6370км

16.

Особенности распространения УКВ вдоль земли
r0 3.57 h1 h2 - без учета рефракции
r0 4.12 h1 h2
.8r 0
0
r ≤ рфе
е
т
н
и
а
зон
- с учетом рефракции
r>1
.2r
0
диф
ракц
ион
ная
зона
r0 онная
и
ц
н
ре
прямая и
отраженная
волна
0.8r0 ≤ r ≤ 1.2r0
волновая зона
прямая
волна
(полутень)
полная тень
(рассеянна
я волна)

17.

ВЫВОДЫ:
1. Рефракция – явление распространения РВ в
тропосфере по криволинейным траекториям.
2. При отсутствии рефракции УКВ распространяются
прямолинейно. При положительной – отклоняются в
сторону земли. При отрицательной – от земли.
3. При критической и сверхкритической рефракции УКВ
распространяются вдоль земли на большие
расстояния как в волноводе.

18.

Дальнее тропосферное распространение УКВ
Какая
первая?
Сегодня есть
три теории ДТР
УКВ
ЭМВ частично
преломляется из-за gN < 0,
как при рефракции
r

19.

Дальнее тропосферное распространение УКВ
А
другая?
Сегодня есть
три теории ДТР
УКВ
ЭМВ
рассеиваются
на турбулентных
неоднородностя
х
r

20.

Дальнее тропосферное распространение УКВ
Про две
понятно,
а третья?
Сегодня есть
три теории ДТР
УКВ
ЭМВ
рассеиваются
на слоистых
неоднородностя
х
r

21.

Дальнее тропосферное распространение УКВ
И какая же
правильна
я???
Только все
вместе !
r

22.

Дальнее тропосферное распространение УКВ
Переизлучаю
щий объем
2
1
r

23.

Методика расчета тропосферных линий
связи
Множитель ослабления, дБ
F = Fc + Fp + Fм + G + Fмз + Fбз
Fc
–
ослабление
стандартное
Fc = - [64 +0.15r + (4.3lg - 0.043r – 15.7)lg ], дБ
r выражается в км, - в см

24.

Поправка на рельеф Fp
1 2
1 2
Fр 40 lg 1
1
0.2r
1 2 0.4r
2
1
A
h1
r
B
h2

25.

Поправка на метеорологические
условия
Fм = (N – 310) (0.93 – 1.63 10 – 3 r) дБ
Остальные поправки
G - на потерю усиления антенн;
Fмз, Fбз – поправки на быстрые и
медленные замирания сигнала

26.

Особенности распространения УКВ вдоль земли
4.12
r0 3.57 h1 h2 - без учета
.8r 0
0
r ≤ рфе
е
т
н
и
а
зон
h1 h2
рефракции
- с учетом
рефракции
r>1
.2r
0
диф
ракц
ион
ная
зона
r0 онная
ци
н
е
р
прямая и
отраженная
волна
150
Д≤Тr ≤
Р У100
КВ0
0.8r0 ≤ r ≤ 1.2r0
волновая зона
прямая
волна
(полутень)
полная тень
(рассеянна
я волна)

27.

Преимущества радиолиний дальней
тропосферной связи
1. возможность обеспечения надежной
многоканальной прямой связи без
ретрансляции на расстояния до 300 - 500 км;
2. возможность установления надежной
многоканальной связи на большие расстояния
через водные преграды, горные препятствия, а
также в труднодоступной и малонаселенной
местности;
3. возможность обеспечения радиорелейной связи
высокого качества на большие расстояния (до
2500 км) с уменьшением общего числа станций в
3 – 4 раза;
4. значительно меньшая уязвимость военных
радиолиний за счет уменьшения числа линий на

28.

ВЫВОДЫ:
1. ДТР УКВ обусловлено рассеянием и
частичным отражением радиоволн на
турбулентных неоднородностях тропосферы;
2. Для обеспечения надежной тропосферной
связи необходимы передатчики большой
мощности, антенны с повышенным
коэффициентом усиления и
высокочувствительные многоканальные
приемники, позволяющие вести разнесенный
прием сигналов.

29.

Задание для самостоятельной работы
№25
1. Определить предельное расстояние прямой видимости
при распространении УКВ в условиях гладкой (ровной)
поверхности земли при нормальной тропосферной рефракции,
если высоты подъема антенн равны 16м.
r0 3,57 h1 h2 .
r0 4,12
h1 h2 км.
2. Определить предельное расстояние на радиолинии ДТР УКВ
при условии, что высота H0 переизлучающего объема Vp
равна 0,5км, а эквивалентный радиус Земли равен
аэ = 8500 км.
rmax 8a э H 0 ,км