Главная Радиорелейная связь



риментальным данным значения у, дБ, при горизонтальной поляризации иа 10-25% больше, чем при вертикальной [22]. Коэффициенты ослабления иа рис. 9.33 ближе к результатам, получаемым при вертикальной поляризации.

Коэффициент ослабления в сухом снеге и граде значительно меньше, чем в дожде той же интенсивности, из-за меньшей величины диэлектрической про-дицаемости твердых частиц (для воды е»80, для льда 8 = 24-3).

В табл. 9.9 приведены рассчитанные значения коэффициентов ослабления В сухом снеге при сильном снегопаде интенсивностью 10 мм/ч и соответствую-1Щие значения у для дождя той же иятенсивности.

ТАБЛИЦА 9.9

Сравнительная оценка коэффициентов ослабления для сухого сиега и дождя

f. ГГц

у, дБ/км для

Сухого снега

0.0067

0,0107

0,02

0.0312

0,0362

0.281

дождя

0,085

0,24

0,78

Эксперименты показывают, что при /<50 ГГц влиянием сухого снега можно пренебречь. На более высоких частотах отмечены значительные ослабления в сухом снеге [22]. В ряде случаев наблюдались также заметные ослабления при граде даже на частоте 2 ГГц, но в течение не более 0,001% времени [22].

Коэффициент ослабления в мокром снеге в среднем примерно такой же, как и в дожде равной интенсивности. В отдельные периоды времени при возникновении крупных мокрых хлопьев значения у для мокрого снега оказываются в 5-10 раз большими, при этом наиболее вероятные значения уя.с = = (4-н6)уд [12].

Эксперименты показывают, что во многих климатических районах, в том числе в центральных областях ETC, при /<20 ГГц вероятность появления глубоких замираний из-за ослабления в мокром снеге, отмечаемая в самые неблагоприятные месяцы, значительно меньше, чем из-за дождей [24,. 12]. В Японии, например, это различие составляет 7 раз [12].

Коэффициент, ослабления в туманах и облаках [22]

y = keM. (9.98)

где М-количество жидкой воды в единице объема (водность), г/м; ke - ко-

дБМ*

эффициент ослабления иа единицу водности,- . Зависимость ке от часто-

КМ * г

ты для диапазона температур -8-f-f20°C приведена иа рис. 9.34. Наиболее распространенные значения М приведены в табл. 9.10.

Коэффициент ослабления при ледяных частицах значительно меньше, чем при жидких.

Иногда вместо водности тумана используют понятие оптической видимости. При этом в сильном тумане дальность видимости меньше 50 м, в умеренном - 50-500 м, в слабом -500-1000 м. Соотношения между видимостью и водностью показаны иа рис. 9.35.

Эффективная длина трассы Нэф зависит от неравномерности выпадения, осадков на трассе, а также от угла, под которым волна проходит через зону осадков. Чаще трассы обычных РРЛ горизонтальны, поэтому направление распространения волны перпендикулярно потоку осадков. В этом случае Ra определяется в основном их неравномерностью, которая зависит от климатических условий, типа осадков, их иитеисивиости.

Сведения о простраиствеииой неравномерности снегопадов в литературе отсутствуют. Горизонтальная протяженность туманов достигает нескольких сотен километров при вертикальной протяженности до тысячи метров. Слоистые облака имеют горизонтальную протяженность до 1000 км, а кучевые -до 10 км. Вертикальная протяженность облаков -до 10 км. Учитывая эти размеры, для облаков и туманов можно считать, что ?эфЛo.


kO 50

Рис. 9.34. К определению коэффициента ослабления в туманах и облаках. По осн ординат отложены

значения к.

0,5 O.t ИЗ

BodHOCwt

Вийитсть

П W 30 1(0505070 ШО

200Г1

Рис. 9.35. Зависимость водности тумана от

оптической видимости

Имеющиеся в литературе количественные данные о. неравномерности дождей весьма различны, а систематизация их затруднена, так как не существует единого метода получения и оценки этих характеристик. Приведем некоторые усредненные данные о размерах дождевых зон (очагов), полученные радиолокационными и метеорологическими измерениями для климатических условий, близких СССР (по делению МККР для 2-го района) [2, 12, 23]:

Характеристики облаков и туманов

ТАБЛИЦА 9.10

Состояние частиц

Л*, г/м

Туманы

Капельно-жидкне или водяные <«>0°С)

Смешанные: ледяные кристаллы а переохлажденные каплв воды <«0°С)

Ледяные или кристаллические <~«-40°С)

0,3-1, изредка до 1,7

0,02-0,3

Облака

а) Пернсто-слоистые, высокосло< истые, слоисто-дождевые; 0,05-0,25

редко до 1,2-1,5; .

б) кучевые 0,1-2;

в) мощно-кучевые до 10 ]

0,02-0,2 0,02



1. Слабые дожди (/<5 мм/ч) имеют значительные горизонтальные протяженности, так как образуются внутри устойчивых воздушных масс. В этом случае /?эф»/?о.

2. Дожди средней интенсивиости (до 20 мм/ч), выпадающие из слоистых, фронтальных облаков (обложные дожди), могут иметь горизонтальную протяженность до нескольких сотен километров. В этом случае также /?эф»/?о.

3. Дожди ннтеисивностью 25-30 мм/ч ориентировочно имеют протяженность 10-20 км. В этом случае в зависимости от длины трассыэф/?о.

4. Ливневые дожди (740 мм/ч) отличаются наибольшей неравномерностью. По данным США (штаты Колорадо, Огайо, Нью-Джерси) и СССР (Украина) средние протяженности ливневых очагов составляют 7-8 км. В отдельных случаях (несколько процентов общего количества) оии достигают 15-20 км. По данным, полученным во Франции, средний диаметр очагов дождя с иитеи-снвиостью (80- 120) мм/ч составляет 2,75-2,55 км. При этом отмечается сильная пространственная и временная неравномерность интенсивности дождей в пределах очага дождя, а иногда на длине интервала РРЛ возникают два очага и более. По результатам измерений в Канаде, например, расстояние между очагами дождя распределено по рэлеевскому закону со средним значением 29 км [23]. Эти факторы меняют величину Лэф, поэтому квазимгновенные значения Рэф для дождей одной и той же интенсивиости имеют значительные различия. Более надежные для прогнозирования значения Рэф (или уэф) могут быть получены на основании статистических данных (см., например, рис. 9.55).

Имеющиеся экспериментальные и теоретические данные показывают, что в большинстве климатических районов замираниями сигнала из-за ослабления в дождях можно пренебречь иа частотах ниже 6 ГГц. На РРЛ, оборудованных аппаратурой, имеющей запас на замирания не менее 25-30 дБ, ослабление в дождях оказывает заметное влияние на частотах порядка 8 ГГц и является определяющим на частотах выше 10 ГГц.

Замирания из-за поглощения в газах

Из газов, входящих в состав тропосферы, поглощение вызывают кислород и водяной пар. Поглощение обусловлено взаимодействием падающего поля волиы и молекул газов, обладающих электрическим и магнитным моментами. Поглощение в газах имеет селективный характер и достигает максимума при совпадении частоты воздействующего поля с собственными частотами колебаний молекул.

Глубина замираний из-за поглощения в газах рассчитываетси по формуле (9.96). Коэффициент поглощения у для кислорода при давлении 1013 гПа и температуре 20°С и водяного пара с удельной влажностью 7,5 г/м определяется из рис. 9.36 [20].

Эксперименты и расчеты показывают, что поглощением в кислороде, и водяном паре можно пренебречь на частотах, меньших примерно 15 ГГц (V<1 дБ).

Замирания из-за ослабления сигнала В песчаных и пыльных бурях

Песчаные и пыльные облака и бури иа территории СССР наблюдаютс5? чаще всего в юго-восточных областях ETC, Средней Азии и южных районах Казахстана. Сильные пыльные ветры, сопровождающие интенсивные суховеи,, встречаются также на Северном Кавказе, в Приазовских степях, иа Украине.

В наиболее тяжелых случаях пыльные бури захватывают десятки и даже сотни километров, поднимаясь вверх иа несколько сотен метров и уменьшая видимость до значения менее 10 м. Средние размеры частиц песка и глиняной пыли составляют 0,01й и 0,008 см соответственно [23].

Эксперименты показали, что иа частоте 10 ГГц прн плотности частиц 10~ г/см (соответствует оптической видимости ~ 10 м) коэффициент ослабления для песчаных облаков составляет 0,1 дБ/км, а для глиняной пыли ~0,4 дБ/км: В отдельных случаях возможны и большие ослабления [22]. Этот вопрос требует дальнейшего изучения.


ОМ А: 10 20

50 100 200 J50 5 10 ГГц

Рис. 9.36. Зависимость коэффициента поглощения для кислорода О2 и водяных паров Н2О от частоты: Л - шкала для О2 и Н2О при />10 ГГц; S - шкала для О2 при /<10 ГГц

Однако можно полагать, что в диапазоне частот РРЛ при реально существующих запасах аппаратуры на замирания сигнала влиинием этих факторов можно пренебречь.

9.10. СВЯЗЬ МЕЖДУ УРОВНЕМ ШУМОВ НА ВЫХОДЕ РРЛ И МНОЖИТЕЛЯМИ ОСЛАБЛЕНИЯ НА ЕЕ ИНТЕРВАЛАХ

Изменения множителя ослабления на интервалах РРЛ во время замираний, а также корреляция (взаимосвязь) замираний на различных интервалах линии имют случайный характер. Оии определяют случайные изменения Рш и (t/m/f/c)2 в каналах РРЛ.

Мгновенные значении V иа различных интервалах линии имеют слабую корреляцию. Глубокие замирания (у<1), наблюдаемые в течение малых процентов времени, можно считать статистически независимыми, т. е. практически неодновременными па разных интервалах. В этом случае при расчетах пола-




гают, что в даииый момент происходит замирание сигнала иа j-м интервале, в то время как иа остальных (JV-1) интервалах линии

Передача по РРЛ сигналов многоканальной телефонии с частотной модуляцией и частотным разделением каналов. В общем случае мгновенная псофометрнческая мощность шумов в канале ТЧ иа конце линии определяется как

«=1

Ш.М j>

(9.99)

где N - число интервалов линии.

1. тРш.гр.трЧ-2 Pm.nt - мощность тепловых и нелинейных шумов, ие зависящих от уровня сигнала и определяемых групповым трактом, приемопередающей аппаратурой, аитенио-волиоводиым трактом и др. (см. § 8.1);

2. Рш Tio - мощность тепловых шумов при отсутствии замираний иа i-ti интервале РРЛ (точнее, при средней рефракции). Определяется по формуле (8.7) или (9.100) при Pnpi и Vi (см. § 9.8). В большинстве случаев ViXl.

3. Рш.т; - мощность тспловых шумов ИЗ /-М интервале, где в даииый момент происходит замирание сигнала:

Рш.т = л1<-/4

где Рш.т; выражена в пиковаттах; i?o; - протяженность /-го интервала РРЛ, км; Vj - множитель ослабления иа /-м интервале; t]j - произведение коэффициентов полезного действия фидеров передающей и приемной аитеии иа у-м интервале; М - коэффициент, зависящий от электрических параметров аппаратуры и антенн, пВт/км

Ж = 6,4-10"

пер "пр

(а/к)

(9.101J

где Рпер даиа в ваттах; Я -в метрах; Дк - в герцах. Зиачеиия величии пш, afk, ка, Рп> Д/к, fu указаны-В § 8.1.

4. Рш.м.о - мощность нелинейных шумов на i-м интервале при среднем отношении помеха/сигнал, обусловленная воздействием мешающих сигналов, как возникающих внутри РРЛ (например, из-за приема с обратного иаправ-леиия), так и приходящих от внешних источников помех. Определяется при средней рефракции (см. § 8.3).

5. Рш.м; - мощность ислинейных (интерференционных) шумов, обусловленных влиянием помех иа j-u интервале, где в данный момент происходит замирание.

При воздействии одной помехи (при нескольких независимых источниках помех мощности нелинейных шумов суммируются)

где Рш.м;- выражена в пиковаттах;

Хтф - безразмерный коэффициент ослабления помехи при передаче сигналов телефонии (в общем случае - функция), зависящий от характеристик полезио-

(9.102J

(9.103J


го и мешающего сигналов, а также от разности несущих частот полезного и мешающего сигналов. Значения Хтф указаны в § 9.11 (см. также рис. 9.77) [8]; Рпр.м, Ропр.м - мощности мешающего сигнала иа входе приемника /-го интервала соответствеиио в реальных условиях и в условиях свободного пространства. Значения Ропр.м и Ропр; определяются по формуле (9.1), причем Ропр; вычисляется на интервале Rqj, а Ропр.м - на интервале ?м между источником помех и точкой приема; Ум - множитель ослабления напряженности поля мешающего сигнала иа интервале ям, fnep(a, ф)-значение иормироваи-иой диаграммы направленности передающей антенны мешающей станции по мощности, определяемое в зависимости от углов а и ф, соответствующих отклонению оси основного лепестка аитеииы в горизонтальной и вертикальной плоскостях от линии, соединяющей точку приема с источником помех; fnp(a, ф)- значение нормированной диаграммы направленности приемной антенны; Z)- коэффициент поляризационной защиты, определярщей дополнительное ослабление уровня мешающего сигнала из-за различия в поляризациях Ьолезиого и мешающего сигналов;

6. Рш.н; - мощность иелииейиых (переходных) шумов, вносимая j-м интервалом линии из-за многолучевого распростраиеиия радиоволн и зависящая от соотношения амплитуд интерферирующих воли, времени запаздывания между ними, емкости системы и параметров канала. Расчетные формулы для частных случаев приводятся в [8, 25].

При двухлучевом распространении радиоволи и иитерфереиции двух воли с близкими амплитудами, например прямой волны и волны, отраженной от сла-бопересечениой поверхности земли.

ш.н ; « в [А Ф> (1 - Ф) sin yj/V)

(9.104)

где Рш.н; даиа в пиковаттах; Ф,- - модуль коэффициента отражения от земной поверхности на / м интервале; Ду, -сдвиг фаз между интерферирующими волнами из-за запаздывания отраженной волны - определяется по формуле (9.33);

V} = vl-h 2Ф> cos yj -f ф2.;

В, пВт, - коэффициент, определяемый параметрами системы:

Б « 10» F,

(9.105)

(9.106)

где Рср в мВт, afk, ки, af=fmax-fmin, (/2(0) СМ. В (8.7); Д/эф - эффективная девиация частоты многоканальным сообщением: Д/эф=Д/к-10° "l, где Рср дано в дБмО; Рпр (/к) - коэффициент предыскажений из частоте Fh; fk, Д/к, Рпр см. в (8.7).

Формула (9.104) учитывает только иелииейиости второго порядка, дающие наибольший вклад в мощность переходных шумов. Формулы, учитывающие нелинейности как второго, так и третьего порядков, приведены в [8].

Количественные соотношения величии Рш.т; и Рш.н; в условиях глубоких замираний см. иа рис. 9.37. В отличие от Рш.т;, мощность Рш н; достигает максимума ие строго в иитерфереициоииом минимуме при у= (2п-1)л, а вблизи него; Рш.н; возрастает с увеличением коэффициентов отражения (а соответствеиио и глубины замираний), с увеличением просвета иа трассе (т. е. номера иитерфереициоиного минимума, в который попадает точка приема), с увеличением емкости системы; Рш.н; может оказаться сравнимой по величине с Ршт.;. и даже превышать ее иа плоских сухопутных, приморских и морских интервалах РРЛ, чаще с большими просветами, при V;< - (30-35) дБ и емкости системы более 1000 каналов ТЧ [8, 12, 21, 25].

Передача по РРЛ телевизионных сигналов. В этом случае общая формула для расчета мгновенного значения ададрата отношения эффективного иапря-



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 [43] 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69


0.0188