Спилкер Дж. Цифровая спутниковая связь (1979) (1152062), страница 30
Текст из файла (страница 30)
КИП равен 0,8; половина виергии боковых лепестков принимается от Земли, которая счи. тается черным телом с температурой 280 К. Температура галактических шумов: а — на основе температуры «горячего пятна», б — на основе минимальной температуры галактического фона: 7 — антенна направлена вертикально; 7 — антенна направлена гори- зонтально 7ООО 700 7О 70 7ОООО 7Оа 7000 000070070, ИГП зависимость шумовой температуры от частоты для параболической зеркальной антенны. Шумовые вклады боковых и задних лепестков вычислены для этого графика в предположении, что коэффициент использования поверхности раскрыва (КИП) равен 0,5 и что половина энергии боковых лепестков принимается от Земли, которая считается черным телом с шумовой температурой 280 К.
182 Значимость этого космического шума зависит от относительного уровня шума входного малошумящего усилителя земной станции и, конечно, от относительного уровня принимаемого от спутника сигнала. На частотах выше 1 ГГц влияние космического шума относительно мало. Однако на частотах 225 — 400 МГц это влияние может быть значительным. Затухание в дожде. 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.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
