Механизмы распространения мешающих радиосигналов (радиопомех)

В данной главе наряду с использовавшимся выше термином мешающий радиосигнал (МС) будем использовать в качестве равноценного термин помеха, поскольку он наиболее широко используется в документах МСЭ, посвященных распространению радиоволн.

Проблема надежного прогнозирования уровней мешающих сигналов связана с трудностью учета большого разнообразия типов и параметров трасс и условий распространения на них. Существует целый ряд механизмов распространения МС, причем преобладающее влияние каждого из них зависит от климатических условий, радиочастоты, рассматриваемого процента времени, расстояния и топографии трассы. При этом, как правило, наряду с преобладанием одного какого-нибудь конкретного механизма распространения радиоволн, наблюдается и одновременное действие нескольких механизмов распространения мешающих сигналов. Основные из них таковы:

– Прямая видимость (Рис. 7.1):

Наиболее простой механизм распространения МС соответствует ситуации, когда его распространение происходит в нормальных атмосферных условиях вдоль трассы передачи в пределах прямой видимости. Под нормальными условиями здесь подразумевается отсутствие на трассе явно выраженных неоднородностей тропосферы, аномальных явлений типа тропосферного волновода и т.п. Однако, и в этом случае может возникнуть повышенный уровень МС в случае, если за счет дифракции на определенном участке трассы произойдет заметное увеличение его уровня по сравнению с “обычным” его значением. Кроме того, на всех трассах протяженностью более 4-5 км уровни МС могут часто ощутимо усиливаться на короткое время за счет явлений многолучевости и фокусирующих свойств атмосферы (образования атмосферных “волноводов”), являющихся следствием стратификации атмосферы (см Рис. 7.2).

– Дифракция (Рис. 7.1):

Распространение радиоволн за пределами расстояния прямой видимости за счет огибания ими препятствий. В нормальных условиях за пределами прямой видимости влияние дифракции на уровень МС обычно преобладает, пока их уровни на входе рецептора помех достаточно велики. Если непродолжительные явления аномального возрастания уровней МС не оказывают существенного влияния на качество работы радиослужб, подвергающихся влянию помех, то максимальная допустимая плотность размещения РЭС используемых систем в основном определяется дифракционной составляющей МС.

– Тропосферное рассеяние (Рис. 7.1):

Этот механизм определяет уровень "фоновых" помех для достаточно длинных трасс (например, более 100–150 км), когда дифракционное поле становится очень слабым. Однако, за исключением небольшого числа особых случаев, включающих высокочувствительные земные станции или системы, являющиеся мощными источниками помех (например, системы радаров), уровень помех при дальнем тропосферном распространении настолько низок, что может не приниматься во внимание [21].

-- Поверхностные волноводы (Рис. 7.2): Это наиболее важный механизм кратковременных помех над водой и плоскими прибрежными зонами, который может привести к повышению уровня сигнала на больших расстояниях (более 500 км над морем). При определенных обстоятельствах уровень такого сигнала может превышать эквивалентный уровень сигнала в "свободном пространстве".

– Отражение и рефракция от приподнятого слоя (Рис. 7.2): Явление отражения и/или рефракции в приподнятых слоистых неоднородностях на высотах вплоть до нескольких сотен метров на достаточно больших расстояниях (до 250–300 км) при благоприятной геометрии трассы позволяет получать достаточно высокие уровни сигнала в точке приема за счет дифракции над подстилающей поверхностью.

-- “Тропосферное рассеяние”. Этот механизм определяет уровень фоновой помехи на трассах протяженностью более 100…150 км, на которых дифракционное поле становится очень слабым. Помехи за счет тропосферного рассеяния имеют относительно низкий уровень по сравнению с помехами других видов.

-- “Поверхностный волновод”. Этот наиболее опасный краткосрочный механизм распространения мешающих сигналов путем многократных отражений от неоднородностей тропосферы и поверхности Земли может вызвать высокий уровень помех в месте приема на больших (до 500 км и более над морем) расстояниях. При определенных условиях он может оказаться даже больше, чем уровень сигнала в свободном пространстве !

-- “Отражение и преломление поднимающимися слоями”. Этот механизм также может привести к повышению уровня мешающего сигнала на приемной стороне даже в большей степени, чем за счет дифракции. Влияние этого механизма распространения мешающих сигналов может быть существенным на больших расстояниях (до 250…300 км); уточнить!

-- Рассеяние в гидрометеорах (Рис. 7.2):

Рассеяние в гидрометеорах может быть источником возможных помех

между передатчиками станций наземных линий и земными станциями,

поскольку его воздействие фактически всенаправленное и,

следовательно, может создавать трассы распространения помех вне

границ большого круга. Однако уровни мешающих сигналов в этом

случае невелики и, как правило, не создают серьезных проблем.

(Дать параграф 2 Перфилова с вер ф-лами ослабления – и в конце (Перфилов, 2.6.)

Распространение мешающих сигналов из-за рассеяния гидрометеорами.)

Модель этого механизма распространения МС основана на двух фундаментальных предположениях:

1. Рассеяние МС происходит только в пределах вертикально ориентированной ячейки дождя, име­ющей цилиндрическое поперечное сечение, диаметр которой dc зави­сит от интенсивности дождя в ячейке (Рис. 4.3) В пределах ячейки дождя его интенсивность и, следовательно, отражаемость?? принимается постоянной вплоть до высоты дождя ??, среднее значение которой зависит от географической широты и только?, но с определенным специфическим распределением относительно этого значения. Выше высоты дождя принимается линейное уменьшение отражаемости; неясно! дать определение!

2. Ослабление МС происходит как внутри, так и снаружи ячейки, но только ниже высоты дождя. Внутри ячейки принимается хорошо известная зависимость специфического ослабления от интенсивно­сти дождя.

С помощью данной модели можно вычислять уровни МС как на длинных трассах (более 100 км), так и на коротких (вплоть до нескольких километров) с произвольными углами возвышения на обоих терминалах, а также на трассах с боковым рассеянием (т. е. вне плоскости большого круга) и на трассах распространения МС через боковой лепесток ДНА одной станции и главный лепе­сток ДНА другой станции. (Пояснить!)

Зависимость диаметра дождевой ячейки d_c (км) от интенсивно­сти дождя R (мм/ч)

d_c = 3,3R^-0.08. ( )

Ячейка центрируется на точке пересечении ДНА взаимодействую­щих станций, как показано на рис. 4.3.

(В Рек. МСЭ подробный рисунок с углами etc! – см!)

Рис. 4.3. Геометрия трассы распространения МС из-за рассеяния радиоволн дождевом ячейкой

Потери передачи Lr (дБ) из-за рассеяния гидрометеорами для данной интенсивности дождя R и высоты дождя h r могут быть выражены соотношением

Здесь — к.п.д. антенны (коэффициент < 1) «земной» станции;

—расстояние между станциями через объем рассеяния (км);

— частота (ГГц); — коэффициент преломляющей способности при

рассеянии в дожде для единицы объема (мм⁶/м³):

= 400Д(р)^1,4;

R(p) — интенсивность точечных дождевых осадков, которая пре­вышена для рассматриваемого процента времени р (при времени интегрирования 1 мин); S — поправка на отклонение от рассеяния в дожде по закону Рэлея на частотах, превышающих 10 ГГц (предполагается, что выше высоты дождя S = 0):

— угол рассеяния, т. е. угол между направлениями распро­странения волн, падающих на объем рассеяния и выходящих из него (например, = 0 для рассеяния в прямом направлении и = 180° для рассеяния в обратном направлении); A_g — за­тухание в газах за счет поглощения в кислороде и водяных па­рах, рассчитанное по формулам Рекомендации МСЭ-Р Р.676 для плотности водяного пара 7,5 г/м³; С —- функция преобразования эффективного рассеяния:

Где — минимальная и максимальная высоты (пределы интегрирования); — коэффициент усиления антенны по оси на­земной станции; — направленность антенны (коэффициент < 1) наземной станции относительно рассматриваемой точки интегри­рования (элемента объема); — угол места луча земной станции;

— функция преломляющей способности в объеме рассеяния, нормированная на

для высоты дождя;

для высоты дождя;

— средняя высота дождя, определенная в соответствии с Ре­комендацией МСЭ-Р Р.839 Ат, Ае — затухание в дожде (коэффициенты < 1) для трасс от наземной станции до точки интегрирования и обратной трассы соответственно. Для вычисления Ат и Ае необходима ин­формация, представленная в дополнении 3.???

Соотношение (4.16) допускает учет поляризации для наихудше­го случая. Для менее сильного взаимодействия будут иметь место дополнительные потери .

Для того чтобы вычислить суммарные потери при передаче, необходимо провести интегрирование вдоль той части луча антен­ны земной станции, которая находится либо в пределах дождевой ячейки, либо в пределах луча антенны наземной станции (показано темным цветом на рис. 4.3).

Предполагается, что луч антенны наземной станции имеет гаус­сову форму. Интегрирование распространяется до точек уровня —18 дБ диаграммы направленности антенны относительно мак­симального коэффициента усиления, рассчитанного вдоль узкого луча. Чтобы получить аналитическое выражение для интеграла, диаграмма направленности антенны величины Т аппроксимирова­на гауссовой функцией следующим образом:

где разность высот этих двух точек на оси антенны земной станции, где функция направленности антенны наземной станции опускается до 0,5 (точка уровня —3 дБ).

***