Файл: Красюк Н.П. Электродинамика и распространение радиоволн учеб. пособие.pdf

Существенным является то обстоятельство, что каждая группа неоднородно­ стей изменяет свою структуру во времени, причем периоды изменения различны для каждой группы. Исследования показали, что период изменений компоненты сигнала от мелкомасштабных неоднородностей составляет доли и единицы секунд (от 0,06 до 8 сек в зависимости от длины волны). Для слоистых образований он составляет единицы минут (2-f-12 мин), а изменение сигнала когерентного рас­ сеяния происходит в течение нескольких часов (1,5-4-2 ч). Таким образом, скоро­ сти изменения отдельных компонент сигнала отличаются друг от друга более чем на порядок.

Статистический анализ замираний отдельных компонент сигнала показал, что замирания сигналов, отраженных от слоев, так же, как и быстрые замирания не­ когерентных сигналов от мелкомасштабных неоднородностей, подчиняются зако­ ну распределения Релея. Плотность распределения выражается формулой

В отличие от этого, распределение когерентного рассеяния подчиняется нор­ мальному закону, для которого плотность распределения равна

где /0(г) — функция Бесселя нулевого порядка.

Определим статистическое распределение быстрых замираний суммарного сиг­ нала. Как отмечалось, быстрые замирания определяются по наблюдениям за пе­ риод от 1 до 5 мин. В течение такого короткого промежутка времени можно счи­ тать постоянными как компоненту когерентного рассеяния, так и компоненту сигнала, отраженного от слоев. В выражение (15.62) вместо плотностей распреде­ ления вероятности компоненты когерентного рассеяния р{Ек) и компоненты отра­ жения от слоев р(Ес) следует подставить дельта-функцию. Это приводит к обоб­ щенному закону Релея для суммарного сигнала, плотность распределения вероят­ ности которого равна

где £ „ с — суммарная амплитуда компонент когерентного рассеяния и отражения от слоев; /о(г) — функция Бесселя нулевого порядка от мнимого аргумента.

Медленные замирания определяются по наблюдениям за более_длительные

промежутки времени, например, при определении среднеминутных Е м значений сигнала за час наблюдений. В течение часовых интервалов можно считать неиз­ менной компоненту когерентного рассеяния. Подставляя в формулу (15.62) дель­ та-функцию вместо р(Еи), можно показать [48], что плотность распределения ве­

461

роятности имеет вид, близкий к логарифмически нормальному закону:

между направлением падающей волны и направлением на прием­ ную антенну и уменьшается доля вторичного излучения, приходя­ щего к приемной антенне.

Для компенсации потерь и увеличения напряженности поля в месте приема необходимо стремиться к уменьшению угла Ѳ. Для этого направление максимального излучения передающей и прием­ ной ангенн должны составлять небольшие углы с горизонтом.

462

Па рис. 15.28 приведены графики, характеризующие изменение средних значений сигнала на линии ДТР в зависимости от расстоя­ ния и длины волны при нормальной тропосферной рефракции [48]. По оси ординат отложено отношение в децибелах среднего значе­ ния напряженности поля на линии ДТР к напряженности поля сво­ бодного пространства. Графики построены по результатам экспери­ ментальных данных, полученных на сухопутных трассах длиной до

ДТР, является многолучевость, так как к приемной антенне прихо­ дят лучи от разных точек объема рассеивания. Предположим, что

и на боковой частоте /б = [+ Т (где F — модулирующая частота) он составляет

2я(/ + /?)- Дг = 2я (/ + Д) Д/,

с

т. е. в один и тот же момент времени для разных частот передавае­ мого спектра будет своя разность фаз. В результате в принимаемом сигнале некоторые составляющие спектра могут ослабляться, а другие усиливаться и могут возникнуть искажения передаваемого сигнала. Условием отсутствия искажения является требование, чтобы

неискаженная полоса пропускания в соответствии с (15.63) равна нескольким мегагерцам.

Для получения более широкой полосы пропускания и уменьше­ ния искажений сигнала диаграммы направленности передающей и приемной, антенн необходимо делать более узкими.

Потери усиления антенны. При дальнем тропосферном распро­ странении наблюдается специфическое явление потерь усиления ан­ тенн. Оно проявляется в том, что увеличение коэффициента усиле­ ния антенн, например в два раза, не приводит к двукратному уве­ личению сигнала. Особенно сильно это явление наблюдается у

463

оотронаправленных антенн, которые имеют большие геометрические размеры.

Причиной потерь усиления антенн можно считать неравномер­ ность амплитуды и фазы волны в раскрыве приемной антенны. При больших геометрических размерах антенн оказываются неодинако­ выми разности хода лучей между неоднородностями и отдельными участками раскрыва приемной ан­ тенны. Это видно из рис. 15.29, где приведена схематическая картина распространения волн при двух не­

однородностях.

Путь волны, например, от пер­ вой неоднородности до точки В рас­ крыва приемной антенны отличает­ ся на величину Аг2 от пути между второй неоднородностью и той же точкой В. Амплитуда и фаза сум­ марного поля изменяются вдоль раскрыва приемной антенны, т. е. приходящая к антенне волна явля­

ется не плоской. Искажения поля в раскрыве приемной антенны снижают коэффициент направленного действия антенны в два-три раза [6].

При дальнем тропосферном распространении к приемной антен­ не приходят не две, а множество волн, рассеянных неоднородностя­ ми тропосферы, которые непрерывно движутся и изменяют свои размеры. Распределение амплитуд и фаз поля в раскрыве приемной антенны является неравномерным и изменяется во времени по слу­ чайным законам. Коэффициент направленности антенны будет из­ меняться также случайным образом.

Потери усиления возрастают при увеличении геометрических размеров антенн, т. е. при использовании антенн с более высоким коэффициентом направленности. В табл. 15.1 приведены ориентиро­ вочные значения величин потерь усиления А G антенн в зависимости

Из таблицы видно, что эффект потерь усиления антенн зависит от величины коэффициента направленности антенн.

Приведенное выше объяснение причин потерь усиления антенн не является единственно возможным. В некоторых работах явление потерь усиления антенн рассматривается как следствие уменьше-

464

ния объема рассеяния, так как для остронаправленных антенн величина объема рассеяния определяется направленностью антенн, и с увеличением направленности антенн объем уменьшается [7].

Влияние рельефа местности. При дальнем тропосферном рас­ пространении рельеф местности сильно влияет на величину прини­ маемого сигнала. Особенно существенное воздействие оказывают неровности местности (холмы, лесные массивы и т. д.), расположен­ ные вблизи передающей и приемной антенн. При наличии препят­

препятствия D. Так как

465