Спилкер Дж. Цифровая спутниковая связь (1979) (1151860), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Затухание в дожде может оказывать сильное влияние на уровень принимаемого сигнала на частотах выше 10 ГГц 199]. На рис. 6.26 представлена зависимость коэф- ч ~ та з $ Рис. 6.2б. Зависимость козффнцкента затухания в дожде от частоты, в ГГц, 2=2лУ, где и — число капель диаметром и' в единице объема (99*]; — — — — прн распрсделспнн капель по размерам Маршалла-Пальмера; врк раопределенан капель по размерам Лоуза-Парсонза. Моде. лн построены по давным нз Северной Каролины. Температура катцель 1О' С, интенснвность 101,6 ммгч, Я= = 2,644 ммз/из дз 'о Га го Зе ЧД и аа Лг Чзсмепа, ГГч ]с (й) = Р„„ехр„'( — 0,2 йт), 1Де 4(пвк — интенсивность дождя у поверхности и й — высота в.
153 фициента затухания от частоты при интенсивном дожде (101,6 мм/ч). Эксперименты со спутником АТЬ-5 показали, что расстояние около 4,8 км является хорошим приближением для расчета затухания в дожде при направлении антенны в зенит 141, 217]. Например, на частоте 20 ГГц сигнал может испытывать затухание 4,8 10=48 дБ в интенсивном дожде на трассе протяженностью 4,8 км. К счастью дожди такой интенсивности бывают нечасто (0,1е(о времени) и носят весьма локальный характер.
Затухание в дожде в более общем случае зависит от интегрального влагосодержания дождя на трассе распространения луча и от формы и размеров капель. В [99*] показано, что существует четкая корреляция между измеренным коэффициентом затухания и степенной зависимостью вида Лез, где Ед Хпс(е, а ив число капель диаметром с( в единичном объеме. Интегральное влагосодержание дождя, в свою очередь, зависит от вертикального и горизонтального распределения дождя и угла места антенны. Вертикальное распределение интенсивности осадков можно аппроксимировать выражением км 1382]. Эмпирическое выражение для коэффициента затуха~ния еи дБ/км, в диапазоне частот 10 — 30 ГГц имеет вид уа = К)ст, где Л вЂ” интенсивность дождя, 1,0(у(1,15 и К==[3() — 2)' — 2() — 2)] 10 где 1 — частота, ГГц.
Таким образом, зависимость коэффициента затухания от интенсивности дождя в этой области частот близка к линейной. При умеренной и малой интенсивностях дождя затухание изменяется приближенно как косеканс угла места при углах выше 10'. В областях очень сильного дождя, при ливнях, возможны значения интенсивности, превышающие 100 мм!ч; однако такие области обычно имеют весьма локализованный характер — менее б км в диаметре (рис. б.27). Поэтому при малых углах места (6.8) Рис. 6.77. Контурные изолинии интенсивности дождя, мм/ч, показывающие наличие нескольких областей дождя в зоне ливня. Заметна ярко выраженная локализованная конфигурания интенсивного дождя [409].
Штриховкой выделены области с интенсивностью осадков более 40 мм/ч. трасса распространения радиосигнала может проходить через области с варьирующимися в широких пределах распределениями интенсивности дождя, и приближение в виде закона косеканса в 154 этом случае непригодно. Высота области сильного дождя может быть около 8 км и, следовательно, может превышать указанную выше эмпирическую высоту 4,8 км.
Таким образом, горизонтальное и вертикальное распределения совместно определяют величину затухания, которая почти не зависит от угла места при высоте 4 км и высокой интенсивности дождя. На рис. 6.28 представлена Рис. 5.Ж Зависимость аффективной длины трассы в зоне дождя от угла места и интенсивности дождя Д, мм/ч (4Ц. При очень большой интенсивности дождя (й)40 мм/ч) аффективная длина трассы почти не зависит от угла места. Вертикальная протяженность 3 км. Горизонтальная протяженность Н = 41,4 — 23,51и Я, км и 70 О г т 7 евам гз и и гамм зп уа заид зависимость эквивалентной длины трассы от угла места при различных значениях интенсивности дождя [41, 280).
Этот график построен на основе эмпирического выражения для горизонтальной протяженности области дождя в километрах; Н = 41,4 — 23,6 1Я И, где кс — интенсивность дождя, мм/ч. В [4071 вычислены значения затухания в осадках для СВЧ диапазона. При этом использованы свойства ослабления по Ми (Мте) и размеры дождевых капель, соответствующие распределению Лоуса и Парсона. Эти результаты для зависимости коэффициента ослабления Оос от интенсивности дождя при различных длинах волн представлены на рис.
6.29. Коэффициент затухания мощности прошедшего луча относительно падающего (в дБ/км) связан с коэффициентом ослабления соотношением а =- ехр [ — 2Р„, (Х) 1), (6.9) где 1 — длина трассы распространения радиоволн, км. Эти результаты свидетельствуют о том, что зависимость затухания от частоты приближенно соответствует закону /' для интервала частот 10 †ГГц и интенсивностей дождя менее 16 мм/ч и хорошо согласуется с выражением для К (6.8).
Статистическое распределение коэффициента затухания а (в дБ) для линии вверх во время дождя подчиняется приближенно логарифмически-нор- мальномУ законУ [265). ПоэтомУ величина 2(1„л/=1и а имеет нормальное распределение с нулевым средним, а распределение амплитуды сигнала уГ/) является приближенно лог-лог-нормальным. КРоме того, дождь вызывает увеличение шумовой температуРы антенны, которая может достигать 100 К относительно шумовой температуры ясного неба [99*].
Шумовую температуру антенны для нижней части диапазона СВЧ (ниже !О ГГц) можно вычислить как интеграл вдоль трассы з 155 то' то' гоч мя й и-э в йтоэ те' то' влагасадмиалие, г!сит Рис. 6,29. Зависимость коэффициента ослабления Р„а от влагосодержания, г/см', и интенсивности дождя, мм/ч, для раэлич. ной длины волны Л, см (407] ы 5 т,,)тмэьв р — ]эа)а~эь О О (6.10) где т] — эффективность антенны, Т(5) — кинетическая температура газообразной или дождевой ячейки и ]э(5) †затухан в сечении единичного объема вдоль направления луча, р(5) =А/4,34, где А — коэффициент затухания в децибелах на единицу длины.
Расстояние в дожде может также создать эффект помехи, правда, в том маловероятном случае, когда две антенны направлены на одну и ту же ячейку дождя. Ионосферная сг)иитилллцид. Другим фактором частотозависимого затухания является ионосферная сцинтилляция. Влияние ионосферы имеет большое значение на частотах ниже 1 ГГц. Однако и на частотах свыше 1 ГГц, на которые обращено основное внимание в этой книге, это влияние все еще может иметь значение.
Ионосферная сцинтилляция вызывается неоднородностями в ночном слое Р, простирающемся по высоте от 200 до 600 км [245]. Эти неоднородности имеют форму продолговатых областей, у которых более длинная ось параллельна силовым линиям магнитного поля Земли. Сообщалось об измеренных значениях отношения длин осей, превышающих 60: 1 ~2511. Влияние этих неоднородностей проявляется в попеременном увеличении и ослаблении сигнала. Показатель преломления ионосферы зависит от час1бб тоты радиосигнала, и по мере повышения частоты влияние неоднородностей ионосферы постепенно убывает. Точный характер частотной зависимости, по-видимому, зависит в какой-то мере от состояния ионосферы, но абсолютная величина сцинтилляционного затухания, вероятно, изменяется приблизительно пропорционально квадрату длины волны.
В двух областях Земли сцинтилляционные замирания отмечаются чаще чем где бы то ни было — на субполярных и полярных широтах и в пределах пояса, 'окружающего геомагнитный экватор. Эти явления на экваторе наиболее доминируют в периоды времени 1 — 2 часа после захода Солнца до момента обычно не позднее 1 — 2 ча- Заход дооход са после полудня по местному соллпо соллцп времени.
На рис. 6.80 изображены типичные районы замираний в области, где магнитный экватор совпадает с географическим. Район замира- Лоллача ний простирается на ~15' от- рлс ддд Структура неоднородностей носительно магнитного эквато- ионосферы ночью (4"). ра, а магнитный экватор откло- Плотяость штриховки характеризует веняется от географического эк- Ровтвость поЯвлениЯ замиРаний из-за иоиосферкой сцявтилляцяя ватора в зоне Тихого океана в пределах до 7о.
По результатам статистического исследования за большой период времени сцинтилляционный показатель У можно определить [4851 как (Рмаас 1 мва)l(Рмаао + 1 маа) (6.1 1) где Р„,„, — амплитуда третьего пика в сторону уменьшения от максимального отклонения мощности принимаемого сигнала; Рм, — амплитуда третьего уровня в сторону повышения от минимального отклонения. Одна из теорий сцинтилляции ограничивается приближенной моделью <слабого рассеяния», для чего необходимо, чтобы случайное отклонение фазы в среде было малб по сравнению с одним радианом. В работе 163) показано, что показатель спинтилляции можно представить приближенным выражением „в 74 1-пг $ ж Х (зес 1)ыг 1+ —,", ~ (6.!2) 4йв гв ~ где 2 — наклонное расстояние до ионосферной неоднородности, 400 км(~(1400 км, ń— корреляционное расстояние неоднородности в среде, 1 — зенитный угол в точке пересечения ионосферы н Зь — длина волны.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
