но вверх, отражается от ионосферы, при f > f,p свободно проходит сквозь ионосферу и обратно к земле не возвращается. Критические частоты регулярно определяются ионосферными стан-Щ1ЯМИ по данным вертикального зондирования. Примерные значения критических частот в дневное время: слой Д-0,3 ... 0,6 МГц, слой Е-3 ... 4 МГц, слой Fi-4 ... 6 МГц, слой ... 15

МГц (в ночное время слой р2-2 ... 8 МГц).

Если пространственная радиоволна падает на ионосферу не под прямым углом, а наклонно, то отражение происходит на частоте, превышающей критическую. Превышение этой частоты над критической тем больше, чем более полого падает луч на ионосферу. Наибольшая частота, при которой радиоволна при данном угле ее падения р на ионосферу (рис. 13.1) еще может от нее отражаться, называется максимально применимой частотой (МПЧ) f и определяется из соотношения f = f,p/sinp.

Для радиосвязи с помощью пространственных волн должны применяться волны, частота которых меньше МПЧ. С другой стороны, при уменьшении частоты возрастает затухание сигнала в слое Д со слабой электронной концентрацией. Наиболее низкую частоту, при которой затухание в слое Д не превышает допустимых пределов, называют наименьшей применимой частотой (НПЧ) f . Значение НПЧ определяют на основании прогнозов затухания радиоволн в слое Д.

Частоту для радиосвязи с помощью пространственных волн выбирают между МПЧ и НПЧ. Обычно она составляет 70 ... 80% от МПЧ.

Особенности распространения радиоволи различных диапазонов

Мириаметровые и километровые волны.

Диапазоны частот от 3 до 30 кГц-очень низкие частоты (ОНЧ) и от 30 до 300 кГц-низкие частоты (НЧ).

Поверхностная волна обладает ярко выраженной способностью к дифракции и обеспечивает устойчивую надежную радиосвязь на больших расстояниях при использовании сложных и дорогих антенно-мачтовых сооружений. На расстоянии до 400 км распространение происходит только с помощью поверхностной волны, до 3000 км-с помощью поверхностной и пространственной волн, свыше 3000 км-только с помощью пространственной волны. Используются для радиовещания и радионавигации. Основной источник помех-атмосферные разряды.

Гектометровые волны. Диапазон частот от 300 кГц до 3 МГц-средние частоты (СЧ). Способность поверхностной волны к дифракции выражена слабее, чем на километровых волнах. В дневное время гектометровые волны распространяются только в виде поверхностной волны на расстояние до 300 ... 500 км над сушей и до 800 ... 1000 км над морем, а ночью-в виде поверхностных и пространственных волн на расстояние до 4000 км. Используются для служебной и любительской связи, а также для радиовещания.

Декаметровые (короткие) волны. Диапазон частот от 3 до 30 МГц-высокие частоты (ВЧ). Основной диапазон, используемый для любительской и профессиональной радиосвязи на расстояния в несколько тысяч и десятков тысяч километров. Радиосвязь на декаметровых волнах проводится только с помощью пространственных волн, так как поверхностные волны в этом диапазоне имеют слабую способность к дифракции и кривизну земного шара практически не огибают. Рабочие частоты выбираются в интервале между МПЧ и НПЧ. Обычно в дневное время для связи применяют дневные волны (от 10 до 20 м), а ночью, когда ионизация становится более слабой,- ночные волны (от 35 до 70 м). Связь на декаметровых волнах часто нарушается из-за глубоких замираний сигнала. Причины замираний-изменения разности фаз лучей, пришедших в точку приема по разным путям (интерференционные замирания с периодом несколько секунд); поворот плоскости поляризации вследствие двойного лучепреломления в ионосфере (поляризационные замирания); повышенное затухание в слое Д в периоды максимума солнечной активности вплоть до полного поглощения пространственной волны (длительность замирания до 60 мин); исчезновение слоя в высоких широтах и снижение МПЧ в средних широтах из-за корпускулярного излучения Солнца (внешние признаки-появление полярных слияний, длительность нарушений связи-несколько дней). Меры борьбы с интерференционными и поляризационными замираниями-прием на разнесенные антенны и на разнесенных частотах, применение глубокой АРУ в приемниках, а при замираниях из-за корпускулярного излучения Солнца переход на более низкие частоты.

При связи на декаметровых волнах возможно появление зоны молчания в виде кольцевой области, которая заключена между радиусом действия поверхностной волны и расстоянием, на котором появляется отраженная от ионосферы пространственная волна. Для уменьщения зоны молчания рабочая частота должна быть ближе к МПЧ. Качество дальней связи на верхнем уровне диапазона частот может ухудшаться также из-за того, что в точку приема кроме основного сигнала приходит с большим временным сдвигом (до 0,1 с) второй сигнал, прошедший более длинный путь по дуге большого круга (кругосветное эхо).

Микроволновые диапазоны. Включают в себя метровые волны (очень высокие частоты, ОВЧ, 30 ... 300 МГц), дециметровые волны (ультравысокие частоты, УВЧ, 300 ... 3000 МГц), сантиметровые волны (сверхвысокие частоты, СВЧ, 3 ... 30 ГГц), миллиметровые волны (крайне высокие частоты, КВЧ, 30 ... 300 ГГц), децимил-лиметровые волны (300 ... 3000 ГГц). Радиоволны микроволновых диапазонов распространяются только с помощью поверхностной волны, так как в этих диапазонах пространственные волны от ионосферы не отражаются. Поскольку дифракция поверхностной волны в этих диапазонах почти не проявляется, распространение радиоволн происходит только в пределах прямой видимости, дальность которой R, км, с учетом нормальной атмосферной рефракции опреде-

Прием телевизионных передач в условиях городской застройки

Прием телевизионных передач в городе со сложным рельефом застройки сопровождается рядом специфических искажений, связанных с особенностями распространения метровых и дециметровых радиоволн, на которых ведутся телевизионные передачи.

Искажения вида правый повтор . В точку установки приемной антенны приходят, как правило, несколько лучей-основной (прямой) луч от передающей антенны телевизионного передатчика и лучи, отраженные от зданий, металлических конструкций и т.д. На экране телевизионного приемника при этом наблюдается, помимо основного изображения, соответствующего прямому лучу, одно или несколько мешающих повторных изображений. Отраженные лучи проходят более длинный путь, чем основной, и

попадают в точку приема позднее основного. Так как развертка электронного луча кинескопа по строкам проводится слева направо, то повторные изображения расположены правее основного. При телевизионном приеме на дециметровых волнах повторные изображения сказываются меньше, чем на метровых, так как дециметровые волны при отражении от зданий частично поглощаются в стенах. Характер отражения дециметровых волн от зданий близок к диффузному (рассеянному), что также способствует снижению уровня правых повторов . Общие методы борьбы с правыми повторами -применение остронаправленных приемных антенн, желательно канальных (отдельная антенна на каждый телевизионный канал), тщательный выбор места установки антенн.

Искажения вида левый повтор . При большой длине кабеля, соединяющего приемную антенну с телевизионным приемником, и недостаточно хорошей экранировке входных цепей приемника уровень сигнала на входе приемника за счет прямых наводок на кабель и входные цепи может стать соизмеримым с уровнем сигнала, поступающим из антенны. Сигнал из-за прямой наводки попадает на вход приемника раньше сигнала, принятого антенной, и наблюдается на экране в виде мещающего повторного изображения, расположенного левее основного. Методы борьбы с левыми повторами -тщательная экранировка входных цепей приемника.

Образование теневых зон. Метровые и дециметровые волны, на которых ведутся телевизионные передачи, отлигчаются слабой способностью к дифракции, поэтому непосредственно за большими зданиями образуются зоны радиотени. Удовлетворительный прием в таких зонах невозможен в связи с малым уровнем сигнала и наличием большого числа повторных изображений. Улучшить качество приема можно путем вьшоса антенны на ближайшие высокие здания.

Системы кабельного телевидения. Представляют собой телевизионные системы, обеспечивающие высококачественный прием телевизионных передач в условиях города со сложным рельефом застройки. Включают в себя антенную систему, состоящую из остронаправленных канальных антенн, головную станцию с усилительным оборудованием и разветвленную кабельную сеть-магистральные и субма-гисгральные кабельные линии с промежуточными линейными усилителями и домовые распределительные сети. Для антенной системы выбирается такое место, в котором обеспечивается высококачественный прием без повторных изображений.

Каждая система кабельного телевидашя рассчитана на подключение большого числа приемников-до нескольких десятков тысяч. С целью улучшения качества и надежности приема применяются системы кабельного телевидения с преобразованием телевизионных сигналов, принятых антенной, в модулированный сигнал лазера, передаваемый по волоконно-оптической линии связи на расстояние в несколько километров без промежуточных усилительных пунктов. Телевизионный сигнал получается путем преобразования сигнала лазера и поступает в домовые распределительные сети на частотах стандартных телевизионных каналов.

где hi и hj-высоты приемной и передающей антенн, м.

На метровых волнах благодаря незначительной дифракции дальность приема может быть несколько больше, чем дальность прямой видимости, однако в зоне дифракции (зона полутени и тени) напряженность поля убывает очень быстро, прием телевизионных передач становится нестабильным и неустойчивым.. На метровых волнах наблюдаются отдельные случаи дальнего и сверхдальнего приема телевизионных передач вследствие рассеяния радиоволн на неоднород-ностях атмосферы и отражения радиоволн от областей ионосферы с повышенной ионизацией.

На дециметровых волнах дифракция практически отсутствует, и дальность приема не превышает дальности прямой видимости. Случаи дальнего и сверхдальнего приема телевизионных передач на дециметровых волнах связывают с образованием атмосферных волноводов над тропическими морями при аномальном состоянии атмосферы (суперрефракция).

Дальность распространения метровых и дециметровых волн практически не зависит от метеоусловий.

Сантиметровые и миллиметровые волны также распространяются в пределах прямой видимости, однако дальность их распространения существенно зависит от метеоусловий. Поглощение сантиметровых волн во влажном воздухе составляет 0,01 дБ/км, на частоте 24 ГГц наблюдается резонансное поглощение в водяном паре (0,2 дБ/км), на частоте 60 ГГц-в кислороде (13 дБ/км). Поглощение и рассеяние происходит во время дождя-от 0,1 до 10 дБ/км в зависимости от интенсивности дождя.

Микроволновые диапазоны используются для профессиональной и любительской связи, радиолока1щи, передачи телевизионных программ и УКВ-ЧМ вещания. В этих диапазонах работают спутниковые системы связи и радиорелейные линии.

13.2. ЛИНИИ ПЕРЕДАЧ Характеристики линий передач

Погашая емкость С„ ,-емкость иа единицу длины линии.

Поготая индуктивность L -индуктивность на единицу длины линии.

Волновое сопротивление z,-параметр, определяющий соотношение между амплитудами падающих волн напряжения и тока:

Волновое сопротивление зависит от формы и размеров проводников в поперечном сеченвн линии, степени заполнения поперечного сечения изоляцией и ее относительной диэлектрической постоянной е.

Соотношение между волновым сопротивлением, погонной емкостью и индуктивностью

Волновое сопротивление (Ом) воздушной линии можно определить через ее погонную емкость

Z. = 3300/С, ,..,

где С„г.,-погонная емкость воздушной линии, пФ/м.

Волновое сопротивление линии, заполненной диэлектриком,

Z, = ЗЗОО/у/ёс , или Z, = З3007ё/С^,.д,

где С„ д-погонная емкость линии, заполненной диэлектриком, пФ/м.

Коэффициент укорочения длины волны п-параметр, показывающий, во сколько раз длина волны в линии меньше длины волны в свободном пространстве (п = Xg/XJ.

Для экранированных линий, целиком заполненных диэлектриком,

п = у/ё.

Для экранированных линий с неполным заполнением диэлектриком и неэкранироваввых линий

где е,фф-эффективная диэлектрическая проницаемость, равная отношению погонных емкостей линии с диэлектриком и линии того же сечения, ио без диэлектрика.

Например, длина волны в коаксиальном кабеле, заполненном диэлектриком с s = 2,3 на частоте 50 МГц (Хд = 6 м)

= VVe = б/ТР = 6/1,52 = 3,95 м.

Погонное затухание уменьшение напряжения, тока или мощности воли иа единицу длины линии. Выражают обычно в децибелах иа метр или километр (дБ/м или дБ/км).

Полное затухание в. линии длиной /

N = Р/.

Затухание можно выразить в неперах (Нп) с помощью соотношения

1 Нп = 8,68 дБ.

Коэффициент полезного действия {КПД) линии

Лл = Р2/Р1.

где Pi, Pj-мощности на входе и выходе линий.

КПД линии может быть определен через полное затухание линии

Лл = е 8.68,

где р/-в дБ, е-основание натуральных логарифмов (е = 2,72).

Зависимость КПД линии от ее полного затухания р/ приведена на рис. 13.2.

Пользуясь соотношением между волновым сопротивлением линии и ее погонной емкостью, можно определить волновое сопротивление и коэффициент укорочения какой-либо линии передачи, например коаксиального кабеля неизвестной марки.

Пример. Определить волновое сопротивление и коэффициент укорочения коаксиального кабеля неизвестной марки.

1. Измеряем диаметр внутреннего проводника di и диаметр по изоляции (рис. 13.3)

di = 0,72 мм; dj = 4,6 мм.

2. Измеряем емкость С между внутренним и наружным проводниками отрезка кабеля, длина / которого должна быть не более 0,05Х, где X-длина волны, соответствующая выбранной частоте измерения. Свободный конец отрезка кабеля должен быть разомкнут (холостой ход). Выбираем частоту f = 10 МГц {X = 300/10 = 30 м), при этом / = 0,05Я, - 0,05 х 30 = 1,5 м.

Измеренная емкость С = 100 пФ.

7л 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,6 0,4 0,3

о,г

О 1 2 3 Ч 5 6 7 8 а 10 11 12 13 fit, дБ Рис. 13.2

Рис. 13.3

/, \\\\\\\\\\ iiii /1/1 1.