ЛЕКЦИЯ 9. ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ КОРОТКИХ РАДИОВОЛН

Основной механизм распространения коротких волн.К диапазо­ну KB (декаметровые волны) относят радиоволны с длиной волны от 100 до 10м. В отличие от более коротких волн, которые распространяются земной волной, декаметровые волны распространяются, в основном, пу­тем отражения от ионосферы. Радиус действия земной волны в диапазо­не коротких волн сравнительно невелик и при обычно используемых мощ­ностях передатчиков не превышает нескольких десятков километров. Это обусловлено потерями в полупроводящей поверхности Земли и боль­шими потерями в процессе дифракции вдоль Земли.

Но короткие волны могут распространяться на многие тысячи кило­метров путем многократных последовательных отражений от ионосферы и Земли (рис.9.1), и для этого не требуются передатчики большой мощности.

Это уникальное свойство диапазона KB и использует­ся для построения систем дальней связи. Кроме радио­связи, декаметровые волны широко используются для радиовещания, дальней (загоризонтной) радиолокации, исследования ионосферы и др. Однако ряд неблагопри­ятных особенностей распространения снижает эффективность использования этого диапазона. К та­ким особенностям следует отнести: многолучевость, сопровождающуюся глубокими замираниями; ограниченность неискаженной полосы передачи и скорости телеграфирования; подверженность влиянию ионосферных возмущений и др.

Рабочие частоты.Одной из основных особенностей KB радиолиний является ограничение рабочих частот, как со стороны высоких, так и низ­ких значений, причем обе границы зависят от изменчивой структуры ио­носферы. В результате на KB линиях, в отличие от линий других диапазо­нов, возникает необходимость периодической смены рабочих частот в со­ответствии с изменяющимся состоянием ионосферы. Верхняя граница ра­бочих частот определяется тем, что декаметровые волны, особенно корот­коволновая часть этого диапазона (λ ≤ 30 м), весьма критичны по услови­ям отражения от ионосферы. Максимальная частота, при которой от­раженная от ионосферы волна может быть принята в заданном пункте приема, называется максимальной применимой частотой (МПЧ).

МПЧ определяется как максимум произведения критической частоты f_кр на се­канс угла падения волны на слой ионосферы sесφ₀.

МПЧ = (f_крsecφ₀)_max.

В общем случае МПЧ зависит от длины трассы, высоты отражения, закона распределения электронной концентрации по высоте, критической частоты слоя. По условиям отражения от ионосферы рабочая частота f_р на коротковолновых радиолиниях не должна превышать МПЧ, т.е. f_p ≤ МПЧ. Нижняя граница рабочих частот определяется тем, что с уменьшением частоты увеличивается поглощение в ионосфере (в освещенное время су­ток) и, как следствие этого, уменьшается напряженность поля. Кроме того, увеличивается число лучей, приходящих в пункт приема. Все это ведет к снижению устойчивости работы линии. Наименьшая частота, при которой устойчивость работы снижается до минимально допустимого уровня, на­зывается наименьшей применимой частотой (НПЧ). Значение НПЧ зави­сит от поглощения, уровня помех, мощности излучения, требуемой устой­чивости работы и т.д. Расчет НПЧ сводится к определению методом по­следовательных приближений частоты, на которой устойчивость работы уменьшается до минимально - допустимого уровня при заданных парамет­рах приемопередающей аппаратуры. Рабочая частота f_р выбирается так, чтобы удовлетворялось неравенство НПЧ ≤ f_р ≤ МПЧ. При изменении со­стояния ионосферы НПЧ и МПЧ изменяются. Для обеспечения непрерыв­ного действия КВ радиолиний необходима периодическая смена рабочих частот. Рабочая частота в значительной мере определяет структуру поля в точке приема. Дневными рабочими волнами считаются 10...25 м, ночными - 50...100 м, промежуточными - 25...50 м. В частности, от сте­пени близости рабочей частоты к МПЧ зависит соотношение между зер­кально отраженной волной и волной, рассеянной на неоднородностях ио­носферы. На частотах f_р < (0,8...0,9)МПЧ в структуре поля преобладает зеркальный компонент, в то время как по мере приближения рабочей час­тоты к МПЧ возрастает роль рассеянного компонента.

Модели распространения.Радиолинии КВ диапазона характеризу­ются большим разнообразием условий распространения и весьма сложной и изменчивой структурой поля. Это обусловлено тем, что при непрерывно изменяющемся состоянии ионосферы рабочая частота некоторое время ос­тается неизменной. В результате соотношение между f_р и МПЧ, которое определяет условия распространения, непрерывно меняется. Короткие волны могут приходить в точку приема по разным траекториям, испыты­вая разное число отражений от того или иного слоя ионосферы. Для раз­личных типов траекторий вводят условные обозначения: 1Е, 2Е, 1F, 2F и т.д., в которых цифра перед названием слоя указывает на число отражений от него. Например, в случае, показанном на рис.9.2 и характерном для трасс протяженностью около 3000 км, в точке приема наблюдается три траектории: 2Е, 1F, 2F. Каждой траектории в зависимости от угла наклона и критических частот слоев ионосферы соответствует определенное зна­чение максимальной применимой

Таблица 9.1 Процент времени существования однотипных моделей

Из данных табл.9.1 следует, что относительное время существования од­нотипных моделей в значительной мере зависит от длины трассы, причем наиболее неблагоприятные модели 4 и 5 с запаздывающими сигналами го­раздо чаще наблюдаются на трассах протяженностью, отличной от 3000 км. Вероятность появления каждой из моделей зависит не только от длины трассы, но и от уровня солнечной активности, что позволяет на основе

прогноза относительного числа солнечных пятен прогнозировать процент времени существования той или иной модели распространения .

Замирания и разнесенный прием.В диапазоне КВ, как и в других диапазонах, прием всегда сопровождается непрерывным изменением уровня сигнала во времени, т.е. замираниями. Замирания на КВ линиях имеют интерференционное и поляризационное происхождение, а также связаны с изменением поглощения в ионосфере, фокусировкой и дефоку­сировкой волн на ионосферных неоднородностях. Основными причинами интерференционных замираний являются: интерференция нескольких волн, претерпевших различное число отражений от ионосферы (рис.9.3.а); интерференция рассеянных компонент волны (рис.9.3.б); интерференция обыкновенной («о») и необыкновенной («н») составляющих волны (рис.9.3.в). Поляризационные замирания наблюдаются как при приеме од­ного луча, так и при многолучевой структуре поля. В диапазоне КВ ин­терференционные и поляризационные замирания обычно протекают как

Рис.9.3. Схемы образования замираний в диапазоне КВ (а – несколько дискретных волн, б - рассе­янных компонентов, в - магнитоионных составляющих)

быстрые; медленные замирания приписывают процессам медленных из­менений поглощения; замирания за счет изменения условий фокусировки лучей не имеют регулярного среднего периода. На КВ радиолиниях ос­новные характеристики быстрых замираний (частота и глубина замира­ний, масштабы пространственной и частотной корреляций и др.) сущест­венно изменяются даже в течение относительно коротких интервалов вре­мени, т.е. быстрые флуктуации сигнала представляют нестационарный процесс. Это обусловлено сменой моделей распространения, от которых зависят статистические характеристики принимаемого сигнала. Так, при моделях 4 и 5 интерферируют сигналы, соизмеримые по амплитуде. При однолучевой модели 1 замирания вызываются интерференцией магнитои­онных составляющих, из которых одна («н»-я) обычно сильно ослаблена. Во время существования модели 2, для которой характерен прием рассе­янного поля, замирания обусловлены интерференцией большого числа элементарных рассеянных волн со случайным распределением фаз. На трассах разной протяженности преобладают модели разных типов, соот­ветственно изменяются и типовые статистические характеристики замира­ний. Различные виды статистического распределения мгновенных значений уровня сигнала обусловливают существенно различное качество рабо­ты радиолиний.

Для примера на рис.9.4 показаны зависимости вероятности ошибок рпри приеме дискретной информации от на­блюдаемого отношения сигнал/помеха U_c / U_п. Из рисунка видно, что в предпо­ложении отсутствия замираний для ра­боты с вероятностью ошибок не более, например, 10^-3 достаточно обеспечить превышение уровня сигнала над уров­нем помех всего на 6 дБ. В случае зами­раний, описываемых законом Рэлея, не­обходимое отношение сигнал/помеха возрастает до 30 дБ. При интерферен­ции нескольких зеркально отраженных волн, когда вероятность низких значений поля увеличивается по сравне­нию с распределением Рэлея, заданное качество работы не может быть обеспечено даже при U_c / U_п = 50 дБ.

Разнесенный прием. Для повышения устойчивости работы КВ ли­ний связи при наличии замираний обычно используют прием на разнесен­ные антенны и в некоторых случаях разнесение по поляризации. В диапа­зоне декаметровых волн в направлении, перпендикулярном трассе, мас­штаб пространственной корреляции замираний составляет (10...25)λ. Из-за ограниченности площади антенных полей расстояний между двумя при­емными антеннами обычно выбирают около 10λ. Выигрыш в устойчиво­сти работы, получаемый за счет применения разнесенного приема, суще­ственно зависит от статистической структуры поля. Для примера на рис.9.5 показана зависимость эффективности разнесенного приема Q от допустимой

вероятности ошибок р при передаче дискретной информации для двух моделей распространения. Значе­ние Q показывает, во сколько раз (на сколько децибелл) необходимо увеличить мощность передатчика при одинарном приеме, чтобы получить то же каче­ство работы р, что и при разнесенном приеме. Из рис.9.5 видно, что эффек­тивность разнесенного приема при ин­терференционной структуре поля (мо­дели 4 и 5 с запаздывающими сигнала­ми) значительно больше, чем при рассеянной, и может достигать 36 дБ. В этом случае использование разнесенного приема эквивалентно увеличе­нию мощности передатчика в 4000 раз.

Пространственно- или поляризационно-разнесенный прием не мо­жет быть использован для борьбы с медленными замираниями, поскольку этим

замираниям не свойственны пространственная и поляризационная избирательности. При расчете коротковолновых линий медленные зами­рания необходимо учитывать независимо от системы приема. Кроме слу­чайных изменений амплитуды поля на коротковолновых радиолиниях все­гда имеют место частотно-селективные замирания, при которых наруша­ется статистическая связь между флуктуациями амплитуд отдельных со­ставляющих спектра сигнала, т.е. возникают искажения амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) в пределах передаваемой полосы частот. В зависимости от структуры поля в точке приема (моделей распростране­ния) и требований к равномерности АЧХ сигнала неискаженная полоса передачи характеризуется значениями от 100 Гц до 2...3 кГц. По сравне­нию с диапазоном УКВ коротковолновый тракт распространения значи­тельно более узкополосный.

Время запаздывания.Магистральные линии связи в диапазоне де-каметровых волн используются, в основном, для передачи информации в дискретной форме (дискретный телефон, телеграф, фототелеграф, переда­ча данных), т.е. работа ведется импульсными посылками определенной длительности. В результате влияния тракта распространения длительность импульса в точке приема отличается от исходной, т.е. имеют место вре­менные искажения. Временные искажения импульсных посылок наиболее существенны в тех случаях, когда в точку приема приходит несколько волн с соизмеримыми амплитудами и значительным временем запаздыва­ния (модели распространения 4 и 5).

Время запаздывания ∆t_mах для этих моделей изменяется в широких преде­лах в зависимости от длины трассы, соотношения между рабочей частотой и МПЧ, времени суток, сезона, уровня солнечной активности. Расчеты по­казывают, что максимальные значения ∆t_mах на трассах протяженностью 1500, 3000 и 4000 км могут достигать соответственно 2,8; 1,5; 2 мс. Если принять, что исправляющая способность аппаратуры равна 40%, то мини­мально - допустимые длительности импульсов должны быть в 2,5 раза больше указанных значений ∆t_mах, т.е. составлять 7; 3,75 и 5 мс. Следова­тельно, скорость передачи дискретной информации на КВ линиях связи протяженностью 1500, 3000 и 4000 км ограничены соответственно значе­ниями 143, 267 и 200 бит/с. Заметим, что такие ограничения получаются при максимально возможных значениях времени запаздывания ∆t_mах. При этом общая скорость работы достигает 1200 бит/с на трассах протяженно­стью около 3000 км и 600 бит/с на трассах длиной 1000...2000 и 3000...5000 км.

Влияние ионосферных возмущений.Существенное влияние на ра­боту КВ радиолиний оказывают ионосферные возмущения. В средних ши­ротах наиболее опасными являются отрицательные возмущения, когда критические частоты слоя F2 понижаются более чем на 20%. Это пониже­ние f_kp^F2 сужает применимый диапазон рабочих частот, поскольку значе­ния МПЧ

приближаются к НПЧ. Кроме того, диффузность слоя F2 повы­шает глубину и скорость замираний сигнала за счет увеличения рассеяния. Непрохождение волн на среднеширотных радиолиниях при ионосферных возмущениях наблюдается обычно в тех случаях, которые и в отсутствие возмущений являются наиболее неблагоприятными для связи: ночные ча­сы, часы вечерней и особенно утренней полутени, большая долготная про­тяженность трассы и др.

Основными мероприятиями по улучшению работы среднеширотных радиолиний в периоды ионосферных возмущений являются оперативная смена рабочих частот; повышение эффективности технических средств, в частности увеличение мощности передатчика до нескольких десятков ки­ловатт вместо мощности в несколько ватт, необходимой для работы в от­сутствие возмущений; применение на радиолиниях большой протяжённо­сти ретрансляции через пункты, расположенные в более южных широтах, где критические частоты, как правило, имеют меньшие отрицательные возмущения и длительность возмущенных периодов также меньше. Пере­численные выше мероприятия непригодны для борьбы с «вспышками» по­глощения, так как они сопровождаются столь резким увеличением погло­щения, что работа КВ радиолинии оказывается вообще невозможной. На радиолиниях, проходящих в высоких широтах, в периоды сильного по­глощения (зональное поглощение и поглощение в полярной шапке) пря­мая радиосвязь в диапазоне декаметровых волн не может быть обеспечена даже при применении высокоэффективных технических средств. Для под­держания связи в этих случаях рекомендуют применять ретрансляцию че­рез пункты, расположенные в средних и южных широтах, а также резер­вирование с помощью механизмов распространения, не подверженных влиянию ионосферных возмущений: тропосферного или ионосферного рассеяния.

Расчет КВ радиотрассы.Углы наклона траектории Δ и максималь­ные применимые частоты на коротковолновых радиолиниях можно рас­считать в простейшем случае, используя закон секанса, пренебрегая сфе­ричностью ионосферы и влиянием магнитного поля Земли. На частотах, обычно применяемых на среднеширотных радиолиниях, значения для действующих высот отражения h_д слоя F2 могут быть приняты следую­щими: зима, день - 250 км; зима, ночь - 350 км; лето, день - 400 км; лето, ночь - 250 км. Максимальные применимые частоты рассчитывают для ка­ждого слоя ионосферы и наибольшее значение из них определяет МПЧ трассы. На протяженных радиолиниях, когда волна приходит в точку приема за счет нескольких отражений от ионосферы, МПЧ определяют для каждой области отражения и наименьшая из этих частот является МПЧ всей трассы в целом.

Расчет напряженности поля.Ослабление поля на КВ радиолиниях вызвано расходимостью волны, поглощением в ионосфере, отражением от поверхности Земли и другими причинами. Одним из основных методов расчета напряженности поля является метод, предложенный А. Н. Казан­цевым. Наибольшую точность этот метод обеспечивает при расчете трасс, проходящих в средних широтах. В соответствии с указанным методом действующее значение напряженности поля в точке приема

Первый множитель соответствует полю в свободном пространстве. Здесь P₁ - мощность, подводимая к передающей антенне; G₁(∆) - коэффициент усиления передающей антенны относительно изотропного излучателя с учетом влияния Земли, т.е. G₁(∆) = G_1mахF²(∆), где F(∆) - нормированная ДН передающей антенны в вертикальной плоскости с учетом влияния Земли; ∆ - угол возвышения траектории волны; r_в - путь, проходимый волной от точки передачи до точки приема. Второй множитель (0,5) соответствует, уменьшению поля (или мощности) на 6дБ. Из них 3 дБ за счет того, что приемная антенна имеет линейную поляризацию, а волна в процессе отра­жения от ионосферы приобретает эллиптическую (а иногда и круговую) поляризацию. Другие 3 дБ обусловлены тем, что волна в ионосфере рас­щепляется на обыкновенную и необыкновенную; необыкновенная состав­ляющая сильно поглощается, а для приема оказывается полезной только половина излученной мощности. Третий множитель (1 + R) / 2 учитывает влияние отраженной от земли волны в месте расположения приемной ан­тенны. Обычно выбирают среднее значение R порядка 0,8. Четвертый множитель R^n-1 учитывает дополнительные потери при отражении от по­верхности земли в промежуточных точках в случае многоскачкового рас­пространения. Здесь n- число отражений от ионосферы. На односкачковых линиях (с одним отражением от ионосферы) n = 1 и R^n-1 = 1. Наконец, пятый множитель ехр(-Г_и) учитывает поглощение в ионосфере. Полный интегральный коэффициент поглощения Г_и определяется как сумма по­глощения в тех слоях ионосферы, которые волна проходит (неотклоняю­щее поглощение), и поглощения в отражающем слое ионосферы (откло­няющее поглощение). В случае, когда в ионосфере существуют все регу­лярные слои и отражение происходит от слоя F2, полный коэффициент поглощения Г_и = A_Σ / (f_P + F_L)² + B_F2f_P².

Первое слагаемое определяет неотклоняющее поглощение. Здесь А_Σ. ко­эффициент, зависящий от критической частоты слоя Е ионосферы и длины трассы (рис.9.6); рабочая частота f_p и частота продольного гиромагнитного резонанса f_L выражены в мегагерцах (f_L = 0,8 МГц). Чем больше степень ионизации ионосферы (f_Kp^E), тем больше ее удельная проводимость и больше

Рис.9.6. Зависимость А_Σ от f_KP^E

поглощение. Чем больше длина трассы, тем больший путь проходит волна в неотклоняющих слоях и тем больше поглощение. Из формулы следует, что с уменьшением f_p возрастают потери, так как растет проводи­мость ионосферы. Второе слагаемое в формуле оценивает отклоняющее поглощение при отражении волны от слоя F2. Коэффициент B_F2 зависит от

протяженности трассы и дейст­вующей высоты отражения h_д волны (рис.9.7). Из рисунка вид­но, что при увеличении r значе­ния B_F2 уменьшаются, т.е. умень­шается поглощение. Это можно объяснить тем, что на более длинных трассах используются волны с более пологими траекто­риями, которые меньше прони­кают вглубь отражающего слоя и меньше поглощаются.

Влияние условий распространения на работу радиовещания.Декаметровые волны имеют ограниченное применение для вещания из-за большой загруженности этого диапазона, высокого уровня помех станцийи относительно низкого качества приема. Наиболее типично применение КВ диапазона для вещания на труднодоступные удаленные районы, когда системы, работающие на более коротких (УКВ) или более длинных (СВ, ДВ) волнах, оказываются непригодными из-за ограниченного радиуса дей­ствия. Вещание на декаметровых волнах предусматривает обслуживание заданной территории с помощью ионосферных волн. Волновое расписание для вещания составляется с учетом условий распространения в течение целого сезона. В результате во многих случаях работа ведется на частотах далеких от ОРЧ, что снижает уровень сигнала и качество приема. Зона об­служивания вещательного передатчика имеет границы, которые при учете помех только природного происхождения определяются минимально-допустимой напряженностью поля Е_min = 50 дБ.

Для диапазона КВ характерно наличие мертвой зоны, в пределах ко­торой регулярный прием невозможен, так как радиус действия земной волны обычно меньше, чем наименьшее расстояние, перекрываемое по Земле ионосферной волной. Внутренний радиус этой зоны устанавливают путем расчета напряженности поля земной волны. Рассчитывая напряжен­ность поля на разных расстояниях от передающей антенны, определяют то расстояние, при котором уровень поля равен минимально допустимому значению. Внешний радиус устанавливается по критическому углу паде­ния волны на ионосферу. Если в первом приближении отражающий слой ионосферы считать достаточно тонким, то внешний радиус "мертвой зо­ны" можно оценить по приближенной формуле

Из формулы видно, что на частоте f_р = f_kp внешний радиус мертвой зоны равен нулю. С возрастанием частоты радиус r_мз увеличивается, достигая максимального значения на частоте f_р, равной МПЧ.

Волновое расписание.Количественная оценка крайних частот рабочего диапазона (МПЧ и НПЧ) обычно производится на основе проектных материалов. Верхняя граница рабочего диапазона определяется с по­мощью часовых медианных значений МПЧ. Однако, работая на частоте, равной месячной медианной МПЧ данного часа суток, можно в этот час получить отражение волны от ионосферы примерно лишь в 50% дней данного месяца из-за флуктуации критических частот. Частота, обеспечиваю­щая связь по условиям отражения в течение 90% времени за месяц, назы­вается оптимальной рабочей частотой (ОРЧ) и является верхним пределом рабочего диапазона частот при составлении волнового расписания. Стати­стическая обработка наблюдений показала, что при спокойном состоянии ионосферы ОРЧ должна быть ниже месячной медианной МПЧ слоя F2 на 10...20%. Однако флуктуации слоя F2 не всегда одинаковы: они изменяются от дня к ночи и зависят от географического положения точки наблюде­ния. Поэтому более точно расчет ОРЧ ведут по данным о флуктуациях МПЧ и специальным номограммам, приводимым в месячном прогнозе распространения радиоволн. Такие уточнения наиболее важны для радио­линий, проходящих в полярных областях, где флуктуации особенно вели­ки и ОРЧ может быть ниже МПЧ на 40%. Для каждой радиолинии согласно международным правилам выде­ляется ряд фиксированных частот. Для протяженных магистральных ли­ний число таких частот достигает не более четырех...пяти, а для менее от­ветственных линий - двух...трех.

На каждый месяц составляется волновое расписание, которое устанавливает на каких из выделенных частот следует работать в различные часы суток. Для этого по данным прогноза рассчитываются и строятся зависимости ОРЧ и НПЧ от времени суток (рис.9.8). В каждый данный период времени работа может вес­тись на любой частоте не выше ОРЧ и не ниже НПЧ. Из закрепленного набора частот для разных периодов суток выбираются частоты ближе к ОРЧ, так как при этом выше устой­чивость работы. Наиболее трудно составить волновое расписание на протяженных линиях, ориентированных примерно вдоль параллелей в ча­сы частичной освещенности трассы, так как состояние ионосферы на за­падном и восточном участках трассы различно. На неосвещенном участке предутренний минимум электронной концентрации слоя F2 обуславливает низкие значения ОРЧ для всей линии. В то же время на освещенной части происходит большое поглощение, поэтому НПЧ оказываются высокими. На наиболее трудных линиях НПЧ бывают выше ОРЧ. В таких случаях прямая связь оказывается невозможной и используют ретрансляцию через пункт расположенный примерно в середине трассы.

Углы возвышения и требования к диаграммам направленности антенн.В диапазоне коротких волн при работе на частотах, близких к оптимальным, в точке приема поле обычно формируется несколькими волнами, претерпевшими различное число отражений от ионосферы. В разные сезоны и периоды суток соотношение между уровнями напряженности поля отдельных волн меняется. Поэтому для поддержания устойчивой работы антенны на передаче и приеме должны обеспечить интенсивное излучение и прием в направлении спектра углов, соответствующих волнам с наибольшими амплитудами. Выбор наклона и ширины диаграмм направленности антенн в вертикальной плоскости рекомендуется производить с учетом, как средних значений углов наклона траектории ∆_ср, так и возможных флуктуаций относительно ∆_ср. Средние значения углов ∆_ср рас­считываются исходя из регулярных суточных и сезонных изменений дей­ствующих высот отражения. Верхняя граница углов ∆_ср определяется максимально возможным наблюдаемым числом отражений от слоя F2 на дан­ной трассе в периоды, когда высота этого слоя максимальна. Нижняя гра­ница ∆_ср для всей линий обычно принимается около 2...3⁰. Траектории с более низкими углами малоэффективны из-за сильного ослабления в ио­носфере и влияния Земли. Для трасс протяженностью более 2000...3000 км нижняя и верхняя границы углов ∆_ср, рассчитанных с учетом реально на­блюдаемых траекторий, приведены в табл. 9.2.

Таблица 9.2

Нижняя и верхняя границы углов возвышения

Флуктуации углов наклона траекторий относительно средних значений во многих случаях весьма существенны. Они обусловлены различны­ми причинами, одна из которых состоит в непрерывном случайном изме­нении высоты расположения отражающего слоя, другая - в том, что отра­жающая область ионосферы, имеющая горизонтальные размеры в не­сколько сотен километров часто не является сферически - слоистой. По­этому в формировании принимаемого сигнала участвует попеременно или одновременно несколько областей ионосферы. Такой характер распреде­ления даже при приеме одного луча приводит к распределению энергии волны в широком секторе углов, т.е. к флуктуациям углов наклона траек­торий. При многолучевом приеме флуктуации углов наклона присущи ка­ждой из траекторий и секторы углов, в которых распределена энергия волны, могут частично или полностью перекрывать друг друга. Для расче­та и проектирования коротковолновых линий связи и вещания необходимо располагать количественными данными о возможных флуктуациях углов ∆ на различных трассах в различные периоды времени. Такие данные, по­лученные в результате измерений на среднеширотных радиолиниях, при­ведены в табл.9.3. Они характерны для модели 1 распространения, когда в точке приема наблюдается однолучевой прием волны, отраженной от слоя F2 ионосферы.

Таблица 9.3

Флуктуации углов наклона траекторий в градусах за период

Из данных табл.9.3 видно, что сравнительно малые флуктуации углов наклона траекторий относительно средних значений имеют место только в летнее дневное время. Для ночных периодов характерны флуктуации на значительную величину, особенно в зимнее время, когда энергия волны распределяется в очень широком секторе углов, как на коротких, так и на длинных трассах.

В горизонтальной плоскости на ширину диаграмм направленности антенн оказывает влияние так называемая девиация лучей, т.е. отклонение направления распространения волны от дуги большого круга. Основными причинами девиации лучей являются наклоны отражающих слоев ионосферы в направлении, перпендикулярном трассе, а также боковое рассея­ние на ионосферных неоднородностях. Можно ориентировочно полагать, что в горизонтальной плоскости антенны должны обеспечивать интенсив­ное излучение и прием в диапазоне углов ± (3...5⁰) относительно дуги большого круга, соединяющей пункты передачи и приема. В высоких ши­ротах из-за большей неоднородности ионосферы углы девиации лучей бо­лее значительны.

Устойчивость работы.Магистральные линии связи в диапазоне коротких волн используются, в основном, для передачи дискретной информа­ции, поэтому устойчивость определяется как вероятность обеспечения до­пустимого числа ошибочно принятых посылок в течение определенного времени. Обычно при работе дискретного телефона требуется обеспечить относительное число ошибок не более 10^-2 в течение 70% времени за су­тки, магистрального телеграфа - не более 10^-3 в течение 90% времени и при передаче цифровых данных - не более 10^-4 в течение 98% времени за сутки. Устойчивость работы зависит от наблюдаемого отношения сигнал-помеха на входе приемника, которое подвержено регулярным и нерегу­лярным изменениям за счет непрерывных изменений уровней сигнала и помехи. При снижении скорости передачи информации и увеличении до­пустимой вероятности ошибок при том же отношении сигнал/помеха ус­тойчивость работы линии связи возрастает.