Дестабилизирующие факторы в спутниковых системах связи и вещания. Влияние рефракционных изменений атмосферы и ионосферы на траекторию волны

6 часов

Лекция 11:  ДЕСТАБИЛИЗИРУЮЩИЕ ФАКТОРЫ В

СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМАХ СВЯЗИ И ВЕЩАНИЯ

План занятия:

11.1. Влияние рефракционных изменений атмосферы и             ионосферы на траекторию волны

Как рассматривалось выше (в х.х) за счет изменения диэлектрической проницаемости атмосферы по высоте происходит рефракция, проходящей через нее волны (рис.11.1). Из-за смены погодных условий (давления и влажности воздуха) состояние атмосферы в течение времени изменяется. Что в свою очередь изменяет распределение диэлектрической проницаемости в атмосфере. Данное явление оказывает негативное влияние на качество спутниковых каналов связи, которое наиболее ощутимо при использовании остронаправленных антенн земных станций, ширина главного лепестка которых меньше 11.

			Величина рефракции волны при малых углах места определяется выражением .  (11.1.1) Согласно [**] величина градиента диэлектрической проницаемости распределена по нормальному закону, имея основные статистические характеристики которого   и

Рис. 11.1.Пояснение влияния изменений рефракционных свойств   атмосферы рассчитывается отклонение траектории волны Dq(см. рис. 11.1).

В отличие от атмосферной рефракции угол отклонения при прохождении ионосферы частотозависимый, и определяется выражением [**]

,                        (11.1.2)

где f – рабочая частота сигнала.

Из формулы видно, что на частотах f ³500 МГц при D=10⁰ рефракция составляет порядка нескольких сотен метров, а при           f >5 ГГц ее значением можно пренебречь.

11.2.  Замирание сигнала за счет отражений от неоднородностей тропосферы и ионосферы

В результате отражений от различных неоднородностей тропосферы и ионосферы в точку приема, трассы «Земля – ИСЗ», приходят множество волн, при сложении которых происходят быстрые флуктуационные замирания сигнала.  Частота таких замираний определяется скоростью перемещения неоднородностей, а также скоростью перемещения ИСЗ относительно самих неоднородностей. Данная частота замираний возрастает по мере повышения частоты сигнала из-за более резкого изменения фазовых соотношений между рассеянными волнами. Так как интенсивность ионосферных неоднородностей с ростом частоты снижается, то амплитуда флуктуаций, вызванных такими неоднородностями, в этом случае уменьшается и при  f >500 МГц ее значениями можно пренебречь.

Амплитуда флуктуаций, вызванных неоднородностями тропосферы зависит от угла места D и длины волны  l, возрастая с уменьшением D и укорочении l. Такие закономерности объясняются тем, что при уменьшении D путь, проходимый волной в тропосфере, возрастает и количество рассеивающих неоднородностей увеличивается.  При укорочении l интенсивность флуктуаций увеличивается, так как коэффициент рассеивания пропорционален , где  - среднее расстояние между неоднородностями тропосферы.

Кроме того, амплитуда флуктуаций зависит от ширины диаграммы направленности антенн, снижаясь при сужении последней. Что объясняется уменьшением объема неоднородностей при прохождении через ионосферу и тропосферу.

Амплитуда флуктуаций за счет рассеяний распределена по логарифмически-нормальному закону с нулевым средним значением логарифма амплитуды. Согласно экспериментальным данным на частотах 4- 6 ГГц, амплитуда флуктуаций слабо зависит от частоты. На рис. 11.2 показана зависимость среднеквадратического отклонения амплитуды флуктуаций  в указанном диапазоне от угла места D  при различных диаметрах антенн D_a земных станций.

Рис. 11.2. Зависимость среднеквадратического отклонения амплитудных флуктуаций уровня сигнала , вызванных рассеянием на неоднородностях в тропосфере, от угла места при различных диаметрах антенн земных станций

11.3.  Влияние магнитного поля Земли на плоскость