Тема № 1: «основы радиорелейной и тропосферной связи»

ТЕМА № 1: «ОСНОВЫ РАДИОРЕЛЕЙНОЙ И ТРОПОСФЕРНОЙ СВЯЗИ»

ЗАНЯТИЕ № 6: «ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТРОПОСФЕРНОЙ СВЯЗИ»

 

1. Учебные и воспитательные цели:

 

- Изучить основы тропосферной связи;

- Дать понятие о методах разнесенного приема (передачи) сигналов.

 

2. Вид занятия и метод проведения: лекция.

 

3. Место проведения занятия: класс ВТП.

 

4. План занятия и расчет времени:

I. Вводная часть - 15 мин.

 

II. Основная часть - 70 мин.

 

- Введение - 5 мин.

 

- Общая характеристика тропосферной связи - 20 мин.

 

- Механизм и особенности дальнего тропосферного рассеяния УКВ - 20 мин.

 

- Методы разнесенного приема (передачи) сигналов - 25 мин.

 

III. Заключительная часть - 5 мин.

 

5. Литература:

- Военные системы радиорелейной и тропосферной связи, Е.А.Волков,

В. Е. Куликов и др., ВАС, 1982 г., стр. 195-224.

6. Технические средства обучения:

- схемы, плакаты, слайды;

- компьютер, видеопроектор.

 

 

Введение. - 5мин.

Тропосферная связь основана на использовании физического явления дальнего тропосферного распространения ультракоротких волн (ДТР УКВ), открытого в конце 40-х годов. Экспериментально было обнаружено, что УКВ рассеиваются и отражаются диэлектри­ческими неоднородностями воздушных масс тропосферы, распрос­траняясь далеко за пределы радиовидимости, определяемой форму­лой:

 

R_КМ ≈ 4,12 (√h_{1 [M]} + √ h_{2 [M]})

Несмотря на то, что уровень электрического поля, возникающего вследствие ДТР УКВ на расстояниях более 90-100 км, значительно ниже (на 65-85 дб) уровня поля при наличии прямой видимости, он, тем не менее, немного выше уровня поля, обусловленного дифракцией волн, и как оказалось, достаточен для обеспечения прямой радио-связи с использованием УКВ на расстоянии сотен километров. Однако при этом оказывается необходимым увеличи­вать мощность радиопередающих устройств и улучшать энергети­ческие параметры аппаратуры по сравнению с аппаратурой, ис­пользуемой для обычной радиорелейной связи.

 

1. Общая характеристика тропосферной связи. - 20 мин.

Принцип тропосферной связи

Принцип тропосферной связи сходен с принципом радиорелей­ной связи (рис. 5.1) и во многом характеризуется теми же особен­ностями.

 

рис.6.1 Принцип тропосферной связи.

 

Но в то же время рассматриваемый принцип отличается присущим только ему важным признаком, заключающимся в применении на интервалах тропосферных линий (TPЛ) метода тропосферной радиосвязи, при котором используется явление ДТР УКВ, благодаря чему увеличиваются протяженности интервалов ТРЛ в 4-6 раз по сравнению с интервалами РРЛ прямой видимости.

Вследствие сходства с радиорелейной связью тропосферную связь часто называют тропосферной радиорелейной связью. Метод тропосферной радиосвязи своеобразен в том смысле, что являясь способом радиосвязи, он реализуется только вприсутствии воздушной среды, неоднородной по своим диэлектрическим свойствам. Этому условию удовлетворяет тропосфера земли, высоту слоя которой над уровнем моря, принято ограничивать значением h_Т. Суть тропосферной радиосвязи видна из рис. 6.2.:

 

Падающая

Волна

Рассеяная волна

 

А Б

рис.6.2. Принцип дальнего тропосферного распространения УКВ, лежащий в основе тропосферной радиосвязи.

 

Направленный поток энергии УКВ, посылаемый передающей антенной станции А, так называемая падающая волна, пронизывает толщу тропосферы и в виде проходящей волны уходит в открытое пространство. Неоднородности воздушных масс, являющиеся одновременно неоднородностями диэлектрической проницаемости среда, рассеивают под небольшими углами к направлению падающей волны некоторую весьма небольшую часть энергии волн. Часть рассеянной энергии при условии, что она оказывается направленной в сторону приемной антенны станции Б, используется для обеспечения связи между станциями А и Б.

Благодаря большой протяженности интервалов тропосферные линии могут развертываться в труднодоступной местности со слабо развитой сетью коммуникаций, с обширными водными преградами, лесными и горными массивами и т. п. Широкое рас­пространение получили одноинтервальные TPЛ, обеспечивающие прямые связи на расстояния сотен километров.

Возможность организации прямых связей без «мертвых» зон в пределах от единиц до сотен километров с помощью подвижных тропосферных станций (ТРС), а также относительно быстрое развертывание с помощью этих станций тропосферных линий, состоящих из ряда интервалов явились причиной быстрого разви­тия военных подвижных тропосферных средств связи.

В настоящее время с помощью ТРС осуществляется надежное управление до КП дивизий включительно.

 

 

1.2. Предельная дальность тропосферной связи.

 

Предельная дальность тропосферной связи определяется

 

рис.6.3. Пояснение предельной дальности тропосферной радиосвязи на одном интервале.

 

На рисунке поверхность земли предполагается гладкой, и из электрических центров антенн станций А и Б к ее поверхности проведены касательные, лежащее в общей вертикальной плоскости. Точка пересечения касательных, находящаяся на высоте h_Q, определяет нижнею границу слоя тропосферы, «видимого» одновременно из точек электрических центров антенн обеих станций. Верхняя граница слоя определяется верхней границей всей толщи тропосферы h. Таким образом, в принципе тропосферная радиосвязь возможна, пока существует объем рассеяния тропосферы, отмеченный на рис. 6.3 заштрихованной фигурой, т.е. когда h₀<h_Т.

Из рисунка видно, что протяженность интервала R, где расстояние R₂=R-R₁. Величины R₁ и R₂ могут быть получены на основании соотношений, приведенных в приложении 1. Легко показать, что:

R₁≈√2а_Э • 2√h₀ (6.1)

R₁ [km] ≈ 4.12-2√h₀[m] (6.2)

R₂ [km] ≈ 4.12(√h_А1+√h_А2)[m] (6.3)

R[km] ≈ 4.12 (2√h₀[m]+√h_А1[m]+√h_А2[m ] ) (6.4)

h₀ [m ] ≈ R₁/8a_э (6.5)

где а_э - эквивалентный радиус Земли, а_э = 8500 км.

При низко расположенных антеннах R≈ R₁, в этом случае теоретический предел дальности связи определяется формулой (6.2) путем подстановки в нее значения h₀= h_Т что дает величину R_ПРЕД ≈1000км. На практике связь при h₀= h_Т реализовать затруднительно, поскольку объем рассеяния фактически уменьшается до нуля (для принятого значения h_Т,). Поэтому дальности порядка 1000 км. (действительно близкие к предельным) на практике достигаются при значениях h₀<h_Т и условии, что высоты антенн h_А1 и h_А2 равны сотням метров (размещение станций на больших высотах, в горах). Указанная дальность связи (см. формулу 6.4) получается в предположении, что h₀ не превышает 10 км.

Отметим, что предельная дальность при тропосферной прямой радиосвязи достигается при больших экономических затратах и только на уникальных стационарных линиях, где применяются особо мощные передатчики (мощностью в десятки киловатт), высоконаправленные дорогостоящие антенны с весьма большими коэффициентами усиления и, соответственно, размерами, сверхчувствительные радиоприёмные устройства и т. д. Обычно ограничиваются дальностями на интервалах не более 500км в основном 200-300 км. На подвижных военных ТРЛ интервалы, как правило, не превышают 120-200 км., иногда по соображениям организации связи применяются и более короткие интервалы.

Ж) Замирание сигнала.

Замираниями называются непрерывные колебания уровня принимаемого сигнала. Глубина замирания определяется отклонением мгновенных значений уровня сигнала от среднего уровня. Оно может достигать 20 дБ, а иногда и 30 дБ. Различают быстрые замирания с периодам от долей секунд до нескольких минут и медленные замирания с периодом больше нескольких минут. Под медленными замираниями подразумевают, креме того, флуктуации средних за 5 или 10 минут, а также средне­часовых значений сигнала. Опыты показали, что частота замираний изменяется, примерно обратно пропорционально длине волн. Частота замираний имеет суточную закономерность: днем, в часы полудня, она наибольшая. Предполагают, что это связано с дневным метеорологическим циклом. Частота замираний зависит не только от величины рабочей волны и времени суток, но и от длины трассы. На длинных трассах частота замираний больше, чем на более коротких. Быстрые замирания появляются в результате сложения в точке приёма многих компонентов поля, приходящих от различных неоднородностей с разными амплитудами и фазами. Медленные замирания возникают в основном за счет изменения числа интенсивности переизлучаюших неоднородностей и за счет изменения средних условий рефракции (искривление траектории) радиоволн. Наличие быстрых и глубоких замираний приводит к необходи­мости принятия специальных мер по повышению устойчивости связи на тропосферных радиорелейных линиях. Для борьбы с быстрыми замираниями применяют различные способы разнесённого приёма (главным образом, разнесение антенн в пространстве и разнесение несущих частот с последующим сложением сигналов по низкой частоте). В частности, используют счетверенный прием, в котором прием ведется на две антенны на одной частоте. При этом каждая антенна принимает два сигнала взаимоперпендикулярной поляри­зации. Взаимная развязка двух сигналов обеспечиваемая за счет использования сигналов горизонтальной и вертикальной поляри­зации, а также разнесение антенн в пространстве обеспечивает прием четырёх некоррелированных (статистически независимых) сигналов. В тропосферных радиорелейных линиях связи применя­ют, главным образом, разнесение антенн в направлении, перпен­дикулярном направлению трассы. Для статистической независимости сигналов разнесения антенн должно выбираться не менее (70-100) А.

 

ТЕМА № 1: «ОСНОВЫ РАДИОРЕЛЕЙНОЙ И ТРОПОСФЕРНОЙ СВЯЗИ»