Рис. 3.3. Ослабление в
атмосфере в зависимости от частоты.
Рис. 3.4. Ослабление в
атмосфере в зависимости от угла места.
Ниже частоты 10 ГГц величина ослабления в атмосфере номинальная (не превышает 2 дБ), однако, выше этой частоты ослабление резко растет. Большие значения ослабления (пиковые значения) возникают на таких частотах, которые интенсивно поглощаются в молекулах газов атмосферы. Например, молекулы воды интенсивно поглощают электромагнитные волны на частотах 22 ГГц и 180 ГГц, а молекулы кислорода – на частотах 60 ГГц и 118 ГГц.
Данная особенность является основным ограничением использования высоких частот в системах спутниковой связи.
Поскольку плотность частиц в атмосфере уменьшается с увеличением дальности от Земли, величина атмосферного ослабления уменьшается с увеличением высоты. Поэтому полное ослабление в линии спутниковой связи зависит от угла места и от наклонной дальности. Наибольшее ослабление имеет место на малых углах места, близких к горизонту.
Наиболее серьезным атмосферным эффектом, оказывающим влияние на линию спутниковой связи, являются атмосферные осадки. Капли воды рассеивают и поглощают падающее излучение, порождая ослабление во много раз превосходящее ослабление волны при ясной погоде (см. рис. 3.3). При сильном дожде размер дождевых капель может достигать 1 см и сильное поглощение наблюдается на частотах, близких 10 ГГц (соответствует Х-диапазону для спутниковой связи).
При эксплуатации спутниковой линии связи в условиях дождя необходимо обеспечить соответствующий поглощению запас мощности (называемый пределом мощности). Ожидаемые потери мощности при дожде зависят от рабочей частоты, силы дождя и пути распространения волны через область, охваченную дождем. Для оценки потерь в дожде вначале получим ожидаемую интенсивность дождя в миллиметрах/час на линии связи.
На рис. 3.5 представлен график зависимости погонного поглощения от интенсивности дождя для различных рабочих частот.
Рис. 3. 5. Ослабление мощности спутникового сигнала в дожде. Погонное ослабление в зависимости от интенсивности дождя при различных частотах. Пояснения: 0,25 мм/ч = мелкий дождь, 1,25 – 12,5 = легкий дождь, 12,5 – 25 = средний дождь, 25 – 100 сильный дождь, >100 = тропический ливень
 |
Рис. 3.6. Ослабление мощности в дожде. Зависимость длины трассы в дожде от угла места при различной интенсивности дождя.
Интенсивность дождя: 0,25 мм/ч = мелкий (моросящий) дождь;
1,25 – 12,5 мм/ч = небольшой дождь;
12,5 – 25 мм/ч = средний дождь,
25 – 100 мм/ч = сильный дождь,
> 100 мм/ч – тропический ливень.
Обычно используют математическую модель ослабления мощности спутникового сигнала в дожде в виде
(3.2.1)
где r – параметр дождя: a и b частотно зависимые коэффициенты.
Средняя длина трассы в дожде оценивается для фиксированного угла места. Эта длина зависит от интенсивности дождя, как показано на рис. 3.6.
После оценки средней длины трассы в дожде ослабление в дожде можно получить перемножением этой длины на погонное ослабление, которое выражено в дБ/(длина пути). После проведения таких расчетов с использованием рис. 3.5 и 3.6 можно видеть, что даже в С-диапазоне сильный дождь вносит ослабление на 5 дБ и более.
Такая оценка величины ослабления в дожде является условной и зависит от выбранной интенсивности дождя. Поскольку последняя является статистическим явлением, часто представляется более эффективным принимать в расчет вероятность ожидаемой интенсивности дождя. Данные, полученные с использованием таким вероятностных характеристик, обычно доступны для большинства районов мира. Когда эти вероятности приняты во внимание, мы можем рассчитать средние величины ослабления в дожде, как это показано на рис. 3.7.
Рис. 3.7. Ослабление на частоте 10 ГГц для угла места 30 градусов.
Из рис 3.7 следует, что в определенном районе Земного шара в течение ожидаемого процента времени будет наблюдаться определенное затухание в дожде.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.