Радиорелейная и радиотропосферная связь (стр. 3 из 7)

Характерной чертой такой ретрансляционной линии является большое расстояние R от пунктов связки А и Б до пассивного ретранслятора - Луны, по сравнению с дальностью связи r. Так, среднее расстояние Земля— Луна, измеренное астрономическими способами, составляет 3844*10⁵км (Луна движется вокруг Земли приблизительно по эллиптической орбите, и расстояние R изменяется от 3,54*10⁵ до 4,06*10⁵км). Максимальная же дальность связи r может составлять не более 10 000 км.

б) Энергетические соотношения

По существу в линии связи Земля—Луна—Земля Луна является пассивным ретранслятором второго типа. Особенность такой линии в том, что здесь R1»R2=R , в энергетическом отношении для пассивной ретрансляции это наихудший случай. Кроме того, следует учитывать отражающие свойства Луны.

Поскольку в данном случае распространение происходит в свободном пространстве (V1==V2==l), потери в тракте распространения такой линии связи с учетом усиления приемной и передающей антенн будут:

(1.3.1)

В эту формулу входит эффективная поверхность Луны Q_{Э Л} которую необходимо определить.

Рисунок 1.3.2. К определению мнимого фокуса отражающей поверхности Луны.

Сферическая поверхность Луны сильно изрезана и, по мнению советские ученых, состоит из пород, близких к горным туфам и вулканическим шлакам. Однако для радиоволн, длина которых значительно больше этих неоднородностей, можно считать, что лунная поверхность представляет собой идеальный отражатель. Эффективную поверхность такого отражателя можно найти следующим образом.

Для «центральных лучей», падающих под очень малым углом da к радиусу (рис. 1.3.2), можно найти так называемый мнимый фокус F, из которого как бы исходят отраженные лучи. Так как для отраженных лучей угол к направлению падения равен 2dа, то мнимый радиус лежит на расстоянии от центра, равном половине радиуса.

Плотность потока мощности «центральных лучей» Р2 отраженных от Луны на расстоянии R от фокуса, будет меньше плотности потока мощности на поверхности Луны во столько раз, во сколько R² больше квадрата фокусного расстояния

, т.е.

Подставив это в выражение для эффективной поверхности отражателя, получим

тогда выражение (1.3.1) примет вид

(1.3.2)

где а_Л = 1б738*10³ км – радиус Луны.

Если считать, что поверхность Луны идеально диффузная, то она будет создавать максимальное излучение в направлении нормали и совсем не давать излучения в касательном направлении. Тогда эффективная поверхность Луны будет

а. выражение (1.3.2) примет вид

(1.3.3)

Проведенные за последние годы эксперименты показали, что поверхность Луны не является идеально гладкой и идеально диффузной, а занимает какое-то промежуточное положение. Если бы поверхность Луны была бы идеально гладкой, то при отражении импульсов электромагнитной энергии достаточно малой длительности они бы практически не искажались. Если считать, что поверхность Луны идеально диффузная, то отраженный импульс создается по принципу сложения мощностей, создаваемых отдельными элементами лунной поверхности.

На рисунке 1.3.3 приведена схема прохождения короткого импульса мимо поверхности Луны.

Рисунок 1.3.3 - Схема прохождения короткого импульса мимо Луны.

Из рисунка следует, что самый короткий импульс будет создавать вторичное излучение за время прохождения его вдоль всей видимой поверхности Луны, т. е. от точки А до точки Б. Иными словами, импульс будет растянут на время

Эксперименты же показали, что удлинение импульсов имеет место, но значительно меньше и составляет 0,3 мсек, причем 70% энергии импульса заключено в первой десятой миллисекунды. Это означает, что диск Луны имеет «темный нимб» и отражение происходит только в небольшой области, находящейся в центре видимого диска. Определено, что на частоте 120 Мгц эффективная поверхность Луны имеет радиус 1/3 а_Л.

М. П. Долухановым высказано предположение, что отражение импульсов от Луны происходит в основном в пределах первой полузоны Френеля и носит не зеркальный, а частично диффузный характер ввиду наличия на поверхности Луны неровностей. Удлинение

импульсов до 0,3 мсек получается из-за отражения от соответствующим образом ориентировочных неровностей на глубине D< а_Л = 45 км . На рисунке 1.3.4 показано, что соответствует радиусу отражающей части поверхности Луны около 400 км. Последнее подтверждается тем, что при коротких импульсах основное отражение отделено от последующих более или менее явно выраженными импульсами. Этим объясняется явление так называемых «модуляционных потерь» — уменьшение интенсивности отражения по мере укорочения длительности импульса. При увеличении длительности импульса дополнительные отражения накладываются на основные и интенсивность отражения возрастает.

Рисунок 1.3.4. Отражающая часть поверхности Луны.

Зависимость потерь в тракте распространения от длины волны, учитываемая формулой 1.3.3. Сравнение принятых сигналов на волнах 15 и 76 см показало, что мощность шумов в канале на волне 15 см больше примерно на 14 дб, чем на волне 75 см.

Taк как отражение от лунной поверхности происходит в основном в пределах первой полузоны Френеля и носит частично диффузный, то этим объясняется уменьшение эффективного значения коэффициента отражения против теретического значения совершенно гладкой поверхности. Коэффициент отражения по данным экспериментов для длины волны 10 см составляет 0,27±0,1.

Из первой фазы, когда происходит наиболее интенсивное отражение, следует, что длительность переднего фронта отраженного импульса будет равна длительности посланного импульса. Из второй фазы, когда площадь отражающей поверхности уменьшается, следует, что интенсивность отраженной энергии резко падает. Длительность заднего фронта отраженного импульса определяется временем прохождения электромагнитной энергией расстояния, равного глубине отражающей поверхности (если бы Луна представляла собой идеально гладкий отражатель, эта длительность равнялась бы 11,6 мсек). Форма отраженного импульса u(t) приведена на рисунке 1.3.5.

Рисунок 1.3.5. Форма отраженного от Луны импульса.

Задний фронт импульса можно аппроксимировать выражением:

где n(t) – некоторая функция от t, приведенная на рисунке 1.3.5 пунктиром.

Введение в раздел

Первая тропосферная радиорелейная линия была сооружена в США в 1955г. и работала в диапазоне частот 500—700 Мгц с расстоянием между соседними станциями около 250 км. В последующие годы наметился переход к более высоким частотам (до 5000—6000 Мгц), Дальность связи вследствие большего затухания при распространении радиоволн в этом случае уменьшается, однако возрастает пропускная способность системы связи и уменьшаются искажения передаваемой информации. Для повышения надежности стали использовать счетверенный прием с пространственным и частотным разнесениями, а также прием более высокой кратности с угловым разнесением. Появились мобильные системы военной радиосвязи. Ведутся интенсивные работы по использованию линии ДТР для связи Земля-самолет и Земля-корабль. Развитие радиотехники и электроники позволило в последние годы построить линии тропосферной связи на частотах 500—1000 Мгц, с расстоянием между соседними станциями до 800, а в отдельных, благоприятных по условиям распространения радиоволн случаях, и до 1000 км. Для этого потребовалось создать радиопередающие устройства с мощностью до 100 кВт, антенные системы, площадь которых приближается к 2000 м² приемные устройства с шумовой температурой 70 - 150°К и специальные устройства, улучшающие пороговые свойства ЧМ. Обычно ширина полосы передаваемых сигналов на линиях сверхдальнего тропосферного распространения (СТР) не превышает 100—200 кГц. Это позволяет передавать по ним 12—24 телефонных канала.

Дальнейшим возможным аспектом использования линии СТР является создание одноканальных линий внутриобластной связи с малыми энергетическими параметрами. Расчеты показывают, что такие линии могут быть весьма экономичными.