Радиоэлектронные системы Основы построения и теория. Справочник . Под ред. Я.Д. Ширмана (2007) (1151789), страница 82
Текст из файла (страница 82)
Пользуясь этими графиками, можно определить напряженность поля Е„), для других значений мощности излучения Р) и коэффициента усиления антенны б,„,р.. Ел)= Ед Р)О)нар /Опар Поверхностные волны иад сушей (рис. 11.39) раслространяются с большими энергетическими потерями, чем над морем (рис. 11.38). Потери растут с увеличением дальности и укорочением длины волны сигнала. Особенно значительны они в декаметровом диапазоне. Поверхностные волны в радиолокации. Используются в декаметровом диапазоне 10...100 м, несмотря на значительное ослабление волн.
Подобные РЛС обнаруживают летательные аппараты на не очень больших дальностях до 200...400 км, однако вплоть до маловысотных. Правда, лри этом РЛС сравнима ло лотребляемой средней мощности (несколько сотен кВт) с загоризонтной (разд. 2.2.21). Переходу к более длинным волнам с меньшими множителями ослабления препятствует снижение эффективных площадей целей. Поверхностные волны в системах радиосвязи и радионавигации.
Дальность действия таких систем на ловерхностиых волнах километрового (1...10 км) и декакилометрового (10...100 км) диапазонов со средней мощностью в единицы кВт достигает 2...2,5 тыс. км. Так, дальность РНС «Лоран — С» при работе на поверхностной волне с длиной волны ).= 3 км (100 кГц) с указанной мощностью составляет 1,8...2 тыс. км над морем и порядка 1,5 тыс. км над сушей. Правда, уже на дальностях 700-1000 км поверхностные и пространственные волны имеют одинаковую интенсивность, а с увеличением дальности доминируют пространственные.
Пространственная волна на входе лриеминка запаздывает относительно поверхностной на 35... 50 мкс. Для исключения неустойчивости пространственной волны измерения проводят по переднему фронту сигнала. Для фазовых РНС существенны закономерности изменения фазы множителя ослабления (дололнительной фазы) (рк =аг8 %. На больших расстояниях от передающей станции (в области тени) (р( определяется аргументом первого слагаемого (11.102); (Рк =агй %= (Р)го + /((Рати (11.109) где (р ло и о((нлн — дополнительная фаза на нулевой высоте и ее поправка на высоту.
Величина (ро)„в свою очередь, определяется аргументом (11.105) (р(то = хне т, + я/4 - ат8 (т,-(/') (11.110) и линейно зависит от приведенной дальности х. На рис. 11.40 приведены зависимости (р„,, от дальности г и частоты /, построенные согласно (11.110) для однородной трассы с параметрами е = 20, о = 0,01 См/м. 100 Д !60 ы !40 $!20 й 100 ЗО й 60 о с( 20 0 100 200 400 600 1000 2000 Дальность, кн Рне. 11.40 В области тени поправка (1(р„„практически не зависит от расстояния т до лередаюшей станции, причем с уменьшением г поправка /з(р„, резко возрастает.
Поэтому поправка Ь(рн„ не влияет на результат измерения разности фаз сигналов, излучаемых РНС, если для каждой из ннх точка приема ниже плоскости горизонта. Расчет (р„согласно (11.109), (11.110), для неоднородных трасс в особенности, трудоемок и требует знания их параметров. Поэтому дололнительную фазу (р„ определяют упрощенными методами, используя данные натурных измерений (3.3). 11.4.2. Лространстеенные волны е декаметроеом диапазоне (10 м < Х < 100 м) Распространяются скачкообразно путем многократного отражения от слоев ионосферы и поверхности Земли на большие расстояния, вплоть до обхода земного шара.
Возможные траектории распространения при наклонном излучении из точки 1 показаны на рис. 11.41. Ионосфера Рис. 11.41 Максимальные принимаемые, критические и оптимальные радиочастоты. Отражение от ионосферы лроисходит лри определенном соотношении между частотой 7' и углом места излучения е = я/2 — О,, а также плазменной частотой 7„ионосферы, определяемом (11.98). Согласно (11.98) в пренебрежении эффективной частотой соударения электронов Ъь от ионосферы отражаются радиоволны с частотами (1 1.1 1 1) где /' „.(е) - максимальная частота волн, которые отражаются от слоя ионосферы; /„. и Н „.
— максимальные значения плазменной частоты и высоты отражения (области слоя с максимальной концентрацией электронов) над Землей. 170 Из (11.111) следует, что ° каждому углу места излучения е и слою ионосферы с плазменной частотой 7„соответствует своя максимальная частота 7,„(а) волны отражения; ° максимальная (криглическая) частота волны при вервзикольнож зондировании, которая отражается от слоя ионосферы, совпадает с максимальным значением плазменной частоты ~„еь„= э (90')=У р ' ° максимальная частота волны, которая отражается от слоя ионосферы при наклонном зондировании, изменяется от У =У,„,„(90 ) = Уи так до Ушах(0 ) = Ун .~!аз ! 2Н, что для Н„,„= 200 км составляет 4.1 Г'„,„; ° наклонный луч иа частоте ~=~(е)> / (е) и вертикальный луч на частоте ~~ — -7'„< 7„,„отражаются от слоя ионосферы примерно на одной и той же высоте 2(е) =~„! сбл е; (11.112) ° при заданных рабочей частоте ~ = 7р РЭС и плазменной'частоте Г"„„„„ионосферы критический угол места е„р (рис.
11.41), выше которого энергия пронизывает слой ионосферы с максимальной концентрацией электронов и не отражается в сторону Земли, равен г. агссоз ~е д„,„,„, (11.113) где е,,„— относительная диэлектрическая проницаемость слоя ионосферы на частоте~р и на высоте отражения Н . В силу (11.111) е,„„,„е(1 — ('»щ»х/7в )(1+2Нщах/Лз). (11.114) Скачковые траектории распространения наблюдаются не только при облучении ионосферы под разными углами места е на фиксированной рабочей частоте ~р (рис.
11.41), но и при фиксированном угле места излучения е с изменяющейся частотой7 (рис. 1!.42). Ионосфера отражающего слоя ионосферы и наибольшее значение из них определяет МПЧ радиотрассы. Флюктуации параметров ионосферы приводят к случайным изменениям МПЧ. Поэтому на основе эксперимента величину ~р выбирают из условия [7.17] Здесь 7 — среднее значение МПЧ; г — наимень- М»Ч нпч шая принимаемая частота (НПЧ), при которой уровень поглощения энергии в ионосфере меньше допустимого; — оптимальная радиочастота (ОРЧ), т.е. максимальная частота, для которой напряженность поля в точке приема больше допустимой.
Многолучевость распространения пространственных волн. В основном обусловлена ° неоднородностью ионосферы по высоте„ ° слабой направленностью передающей антенны; ° отражениями радиоволн от поверхности Земли; ° локальными неоднородностями ионосферы; ° влиянием магнитного поля Земли. Влияние первых трех факторов пояснялось выше, на рис. 11.41 и 11.42 в частности. Отражение лучей огл локальных неоднородностей ионосферы носит диффузный, а не зеркальный, харакквер. Поэтому лучи, падающие на ионосферу, порождают пучки отраженных лучей в угловых секторах до 5 градусов [7.4].
Даже при односкачковом распространении в точку приема пола- дают лучи от разных пучков. Расщепление лучей под действием магнитного поля Земли на пары лучей с неравными показателями преломления (разд. 11.3.12) также повышает степень многолучевости. Искажения сигналов при многолучевом распространении обусловлены наложением пространственных волн в точке приема с разностями хода„которые изменяются во времени случайным образом, вызывая замираниях, частотные и временные искажения.
Поглощение энергии декаметровых РЭС прн отражении волн от ионосферы. Интегрирование согласно (11.90) по элементам дв = дк/созО искривленного луча Я, см. (11.74) и рис. 11.18, сводится к интегрированию по высоте Н. Для модели сферически-слоистой ионосферы, используя (11. 61) и (11.
87) при л =1 и )с= и,: Рнс. 11.42 Радиус «мертвой зоны» (однократного скачка) г„по поверхности Земли уменьшается с увеличением угла места е и снижением частоты ~, излучения. Поэтому прием сигнала на пространственных волнах на заданной дальности г > г„ обеспечивается как изменением ориентации диаграммы направленности, так и перестройкой рабочей частоты. Рабочая частота ~р радиолинии не должна превышать максимально принимаемую частоту (МПЧ), т.е.
предельную частоту г „радиоволн, которые после отражения от ионосферы принимаются на заданной дальности г > г„. Величину МПЧ определяют по максимуму (11.112). Расчет 1' „проводится для каждого и ч~ — згл О = 1- —" — з1п О~ =созО !в / сов Оо Выражение полного поглощения в децибелах на восходящем и нисходящем участках распространения в слое ионосферы с высотой Н принимает вид В 2,34 !" н,(Н)к,ь(Н)аН (11 116) созе Оь где л,(Н), ~,4(Н) — распределение концентрации электронов и частоты соударений по высоте Н в слое.
Как и иа более высоких частотах, поглощение обратно пропорционально квадрату частоты. Минимизация поглощения, как и влияния помеховых колебаний, достигается выбором оптимальных рабочих частот (ОРЧ). Поглощение В=В(0,.7) в каждом слое часто определяют по приближенным формулам А.Н. Казанцева, по- 177 Рис. 1 !.43 г г!экв =17 'э (г!э«в(Л) (11.122) 178 лученным на основе анализа (11.116) и эксперимента. Анализ проведен для параболической модели распреде- ления п,(Н) и экспоненциальной модели р,»(Н).
Можно считать, что при прохождении луча сквозь слои 1), Е н Г! поглощение, приведенное к частоте 1МГц, зависит от критической частоты ~ще слоя Е [7.36] В»--3(г,рв)'зесб,р, Вв--2,5(Г „рв)'зесб»в, Врре0.4Ц„ре)'ЗЕСО~р1, где бор — угол падения луча на нижнюю границу каждо- го конкретного слоя. Поглощение при отражении от Гг-слоя на фиксиро- ванной рабочей частоте )р зависит только от угла паде- ния Оорг и составляет В««э=0.02созблрэ. Полное погло- шение в ионосфере при односкачковом распростране- нии и отражении волн от Гг -слоя В«! ( Вр1Ве+В«1)(~р г«э) + Ворээр где Г"„- продольная составляющая гиромагнитной час- тоты в МГц.
На средних широтах 7', =(0,7-0,8) МГц. В случае и-скачкового распространения обшее по- глощение в ионосфере В„= 2 В«,, а среднее значение ~=! модуля множителя ослабления пространственной волны 113г«4=0,5 р "'ехр(-В„), где р — модуль коэффициента отражения от поверхности Земли (обычно принимают р =0,8). О влиянии на поглощение вариаций парамет- ров среды см. [2.36, 7.32]. 11.4.3. Декаметровые волны в ионосферных еолноеодных каналах Сферичность Земли и слоистая структура ионосферы по высоте (см. разд. ! 1.3.9) обусловливают формирование в последней волноводных (волновых) каналов: ° «подслойных» Е и Г„ ° межслойного ГЕ (рис.
11.43). При разделении Г- слоя ионосферы на слои Г! и Гг могут выделяться каналы: ° «подслойные» Е, Г,, Г, и ° межслойные Г1Е, Ггрэ. В межслойных ионосферных канарах декаметровые волны распространяются, не контактируя с поверхностью Земли. Они способны конкурировать с пространственными волнами [7.32].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
