Мешающее влияние ионосферной радиоволны при работе системы связи поверхностной волной

Рассмотренные выше закономерности распространения поверхностных радиоволн не исключают возможности распространения пространственных (ионосферных) радиоволн, излучаемых передатчиками системы связи.

Работа системы связи на малые дальности предпочтительна по поверхностной волне не только из-за ее более высокого уровня, но и благодаря стационарному характеру ее распространения, перспективе обеспечения более высоких скоростей передачи информации, чем по ионосферной волне. В этом случае радиосигналы, прошедшие по каналу земля – ионосфера – земля, являются помехами. Амплитуда ионосферной волны является функцией не только мощности передатчика, рабочей частоты, дальности радиолинии и типа антенн, но и гелио- и геофизических факторов (индекса солнечной активности, месяца, часа суток).

В работах [30] и [113] рассматривается мешающее влияние ионосферной волны при работе поверхностной волной, для чего методами математического моделирования проводится сравнительный анализ напряженностей поля радиоволн промежуточного диапазона СВ - КВ, распространяющихся как вдоль земной поверхности, так и по ионосферному радиоканалу для радиолиний дальностью до 400 км. Сравнение напряженности полей, создаваемых поверхностной и ионосферной волнами на различном удалении от передатчика позволяет определить предельную дальность радиолинии, на которой возможно использование поверхностных волн при минимальном мешающем воздействии волн ионосферных. Расчет напряженностей поля поверхностной и ионосферной волн в точке приема проводился с учетом диаграмм направленности используемых приемной и передающей антенн. Для определения параметров антенн использовались программы MMANA [22] и MAA_NEC_162 [118]. В качестве моделей антенн использовались модели штыревых антенн «Штырь-25м» и «Штырь-12м». Внешний вид антенны «Штырь-25м» и её диаграммы направленности для ряда частот приведены на рис. 1.8. В табл. 1.12 представлены значения напряженности поля поверхностной волны в точке приема для передающей антенны «Штырь 12,5 м», мощности передатчика 200 Вт, для земли, определяемой параметрами: диэлектрическая постоянная – 13, проводимость 5 мС/м (сельская местность, холмы средней высоты, тяжелые глинистые почвы).

Расчет характеристик ионосферного распространения радиоволн проводился с использованием комплекса программ [4] в направлениях на север и запад от Омска для трех моментов времени (00, 06, 12 часов), трех сезонов

 

 

(зима – декабрь, весна – март, лето – июнь), трех уровней солнечной активности (число Вольфа W = 20, 100, 180) с учетом характеристик используемых антенн. При этом, электронное содержание в ионосфере задавалось в соответствии с международной моделью ионосферы – IRI [117].

Таблица 1.12

Длина трассы, км	Напряженность поля, мВ/м
Рабочая частота, МГц
1,5	2,0	2,5	3,0	3,5	4,0	4,5
	0.1577	0.1214	0.0964	0.0787	0.0659	0.0565	0.0494
	0.0706	0.0511	0.0385	0.0301	0.0242	0.0200	0.0169
	0.0335	0.0228	0.0164	0.0122	0.0094	0.0075	0.0062
	0.0164	0.0105	0.0072	0.0051	0.0038	0.0029	0.0023
	0.0082	0.0049	0.0032	0.0022	0.0016	0.0011	0.0009
	0.0042	0.0024	0.0015	0.0009	0.0006	0.0005	0.0003
	0.0021	0.0011	0.0007	0.0004	0.0003	0.0002	0.0001

 

Проведенные исследования показали, что для рассматриваемых радиолиний и диапазона частот «мертвая зона» ионосферного распространения, присутствует только в ночные и утренние часы для частот выше 3 МГц. В остальных случаях в точке приема будут присутствовать как поверхностная волна, так и ионосферная. Пример результатов вычислительного эксперимента по расчету характеристик ионосферного распространения радиоволн для зимних условий направления север-юг, представлены в табл. 1.13.

Полученные результаты вычислительных экспериментов позволяют определить соотношение значений напряженностей поля создаваемых поверхностной и ионосферной волнами и оценить, таким образом, дальность радиолинии, на которой амплитуда ионосферной волны превысит амплитуду поверхностной волны. Сравнительный анализ полученных в результате вычислительных экспериментов результатов был выполнен для условий зимы (декабрь), весны (март) и лета (июнь), что позволяет оценить сезонные вариации в значениях напряженности поля Е_с.

Мешающее воздействие ионосферной волны будет различным при различных гелио- и геофизических условиях, но для большинства рассмотренных в вычислительном эксперименте случаев поверхностная волна на расстояниях от передатчика 100¼150 км является преобладающей при

Таблица 1.13

Час-тота, Мгц	Мода	Зенитный угол, град.	Задержка, мс	Фазовый путь, км	Напряж. поля Ес, мкВ/м
Декабрь 0 часов, число Вольфа = 100, МПЧ=3.4 МГц.
1.5		10.2	1.902		18.29
	5.18	3.772		3.69
		7.87	2.484		17.5
	4.03	4.977		5.65
4.5	Прохождения нет
Декабрь 6 часов, число Вольфа = 100, МПЧ=3.0 МГц.
1.5		10.4	1.851		19.47
	5.32	3.669		4.069
		5.77	4.025		8.295
	2.89	8.41		2,022
4.5	Прохождения нет
Декабрь 12 часов, число Вольфа = 100, МПЧ = 9.7 МГц.
1.5	Полное поглощение
		10.9	1.663		0.826
	5.69	3.265		0.008
4.5		12.4	1.552		8.641
	6.28	3.047		0.798

любых условиях. Для данных радиолиний не нужно применять дополни-тельных мер по снижению влияния ионосферной волны. На радиолиниях дальностью 150 - 200 км, при наличии ионосферного прохождения, амплитуда ионосферной волны становится соизмеримой с амплитудой поверхностной волны. Особенно сильно оно проявляется в ночные часы зимой. Для дальностей 200 км и выше преобладание ионосферной волны в большинстве случаев является преобладающим, особенно для частот 3 МГц и выше.

Пример результатов анализа для зимних условий направления север-юг, антенны «Штырь-12м» и «посредственного» качества подстилающей поверх-ности представлены в таблицах 1.14. Значения напряженности ионосферной волны приведены только для тех случаев, когда отсутствуют ситуации, обозначенные как «полное поглощение» и «отсутствие прохождения» радиоволн.

Таблица 1.14

Дальность радиолинии, км	Отношение напряженностей поля (мкВ/м), создаваемых поверхностной (числитель) и ионосферной (знаменатель) волнами для декабря месяца (полночь).
Рабочая частота, МГц
1,5	2,0	2,5	3,0	3,5	4,0	6,0	8,0
	111.53 9.95-15.2	85.81 13.4-16.1	68.13 12.2-14.7	55.66 12.4-13.1	46.61 10.4	39.98 2.54	26.98 ****	27.08 ****
	49.9 2.03-17.8	36.13 3.84-18.8	27.26 4.45-15.0	21.3 4.57-15.3	17.14 3.64	14.17 3.275	8.48 ****	7.73 ****
	23.677 2.23-19.6	16.139 4.2-21.4	11.569 5.0-20.4	8.644 5.17-17.7	6.682 4.22	5.330 4.05	2.83 ****	2.34 ****
	11.604 13.4-20.5	7.445 18.7-23.4	5.070 19.8-22.5	3.62 19.6 -20.3	2.69 16.8	2.070 4.79	0.97 ****	0.73 ****
	5.804 13.5-21.2	3.505 19.3-24.4	2.268 21.4-23.8	1.550 21.0-22.0	1.106 18.63	0.820 5.18	0.34 ****	0.23 ****
	Отношение напряженностей поля (мВ/м), (утро).
	111.5 11.9-14.2	85.81 13.- 15.6	68.13 14.3-15.1	55.66 12.9	46.61 2.94	39.98 ****	26.98 ****	27.08 ****
	49.90 0.54-16.2	36.13 1.28-18.9	27.26 4.67-17.2	21.30 4.4-6.60	17.14 3.70	14.17 ****	8.48 ****	7.73 ****
	23.677 2.8-19.0	16.139 4.72- 21.2	11.569 5.56-20.0	8.644 4.98-9.8	6.682 4.52	5.330 ****	2.83 ****	2.34 ****
	11.60 15.8-19.9	7.445 20. –22.5	5.070 21.9 -22.0	3.623 14.1-19.8	2.691 10.8	2.070 ****	0.97 ****	0.73 ****
	5.804 3.25-20.9	3.505 5.69-23.8	2.268 6.58-23.8	1.550 6.08-17.7	1.106 1.12	0.820 ****	0.34 ****	0.23 ****
	Отношение напряженностей поля (мВ/м), (полдень).
	111.5 ****	85.81 ****	68.13 0.001-0.1	55.66 0.2-1.59	46.61 1.1-3.98	39.98 2.39-6.03	26.98 7.47-9.1	27.08 19.5-20.2
	49.89 0.15-0.2	36.13 0.41-0.67	27.26 0.13-1.14	21.29 0.19-1.69	17.13 1.29-4.48	14.17 2.88-7.02	8.48 8.5-10.1	7.73 23.6-24.8
	23.67 0.2-0.24	16.13 0.6-0.89	11.56 0.79-1.6	8.644 0.59-1.86	6.682 1.29-4.52	5.330 3.05-7.37	2.83 10.62	2.34 27.5
	11.60 0.2-0.24	7.445 0.9-1.32	5.070 1.71-1.96	3.623 1.49-2.7	2.691 2.14-4.31	2.070 3.03-7.37	0.97 8.6-10.6	0.73 26.7-29.1
	5.804 0.19-0.2	3.505 0.83-1.0	2.268 1.62-2.12	1.550 1.96-3.1	1.106 2.47-3.9	0.820 2.8-4.46	0.34 8.1-10.2	0.23 26.7-29.7

Особенностью ионосферного распространения на коротких трассах, усиливающей влияние ионосферной составляющей на сигнал поверхностной волны является наличие многократного радиоэха, что может быть проиллюстрировано на примере наличия «кратников» в сигнале вертикального радиозондирования ионосферы, причем их количество может достигать

4 – 5 штук. «Кратниками» называют сигналы вертикального зондирования, отраженные от ионосферы более одного раза, задержка которых кратна величине задержки сигнала после первого отражения от ионосферы. В качестве

примера на рис. 1.9 показан ряд ионограмм, полученных ионосферной станцией Института физики атмосферы г. Pruhonice (Чехия).

Earliest: 4 Oct (277) 23:00 UT · Earlier: 5 Oct (278) 11:00 UT · Later: 5 Oct (278) 15:00 UT ·
05 Oct 2009 11:15 UT (12:15 LT)	05 Oct 2009 11:30 UT (12:30 LT)	05 Oct 2009 11:45 UT (12:45 LT)
05 Oct 2009 12:15 UT (13:15 LT)	05 Oct 2009 12:30 UT (13:30 LT)	05 Oct 2009 12:45 UT (13:45 LT)

 

Рис. 1.9. Ионограммы, полученные ионосферной станцией Института физики атмосферы г. Pruhonice (Чехия).

На всех приведенных ионограммах четко прослеживаются копии нижних лучей, с вдвое большим временем прихода. Величина задержки прихода ионосферного сигнала относительно прихода сигнала поверхностной волны может быть приближенно получено из выражения

1.27

где L – дальность радиолинии; h_д – высота точки отражения радиолуча; с – скорость света.

Величина задержки сигнала, приходящего ионосферной волны от сигнала, приходящего поверхностной волной в большинстве случаев не превышает 1 мс и с увеличением длины радиолинии уменьшается. Таким образом, при работе поверхностной волной телефонными сигналами, узкополосными низкоскоростными сигналами (300 Бод и ниже), а также при скоростном обмене с использованием радиомодемов ионосферная волна может не рассматриваться в качестве помехи. Более того, поскольку её амплитуда с ростом длины короткой радиолинии (менее 400 км) увеличивается, то может рассматриваться её применение, наряду с использованием поверхностной волны, для дополнительного увеличения площади зоны покрытия зоновой транкинговой системы связи.

Таким образом, полученные выше теоретические оценки зоны обслуживания на практике могут изменяться в большую сторону.