Министерство общего и профессионального образования российской федерации

Воронежский государственный технический университет

Е. М. Калабанов в.И.Юдин

РАСПРОСТРАНЕНИЕ ОПТИЧЕСКОГО И МИЛЛИМЕТРОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В АТМОСФЕРЕ

Учебное пособие Воронеж 2000

УДК 535.3.621.384.3

Распространение оптического и миллиметрового излучения в атмосфере: Учеб. пособие/Е. М. Калабанов, В. И. Юдин; Воронеж. гос. техн. ун-т. Воронеж, 1997. 57 с.

Изложены физические и математические основы анализа ослабления электромагнитных волн оптического и миллиметрового диапазонов при распространении их в атмосфере. Проанализировано ослабление излучения в чистом воздухе, а также в дымке, тумане, пыли, дожде, снегопаде, в облаках. Проведено сравнение ослабления в атмосферном канале связи излучений указанных диапазонов. Даны рекомендации по уменьшению влияния атмосферы на энергетические характеристики каналов передачи информации.

Предназначается для студентов радиотехнических специальностей, изучающих курсы «Электродинамика и распространение радиоволн», «Системы атмосферной оптической связи».

Ил. 29. Библиогр.: 26 назв.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

Научный редактор д-р техн. наук А. П. Ярыгин

Рецензенты: Московский государственный технический

университет имени Н.Э.Баумана;

канд. техн. наук В. И. Николаев

© Калабанов Е.М., Юдин В.И, 1997

© Оформление. Воронежский государственный технический университет, 1997

Введение

Быстро и постоянно растущие потребности общества во все больших и больших объемах передачи информации привели к освоению участков спектра электромагнитных волн, относящихся к миллиметровому и оптическому излу­чениям. Вместо проводных и кабельных линий появились волноводные, в том числе световодные (волоконно-оптические), линии связи. Однако не всегда прокладка волновода рентабельна. Существует немало примеров, когда пред­почтение отдается открытому (атмосферному) каналу: это линии связи на ко­ротких расстояниях (от нескольких сотен метров до нескольких километров), соединяющие банки, вычислительные центры, административные и другие здания в крупных городах с высотными застройками, острова архипелагов, разделенные неширокими проливами, отдельные суда в открытом море и т.д.

С момента появления технических средств связи с использованием СВЧ аппаратуры и с помощью лазеров существует вопрос: какие волны (миллиметровые или оптические) предпочтительней, когда требуется передать информацию по открытому каналу? Ответ на поставленный вопрос неоднозна­чен, т.к. включает в себя целый ряд аспектов таких, как модуляционные воз­можности передатчиков, быстродействие и шумы приемников, характерные помехи в канале, влияние атмосферной среды, габариты и масса аппаратуры, ее технологичность, стоимость и другие. Среди перечисленных факторов наибо­лее трудно поддающимся учету является фактор влияния атмосферы на качест­во передачи информации по открытому каналу. Очевидно, что любые осадки (снег, дождь, туман, изморозь и др.), любые неоднородности в атмосфере (пыль, дым и т.п.) приводят к ослаблению электромагнитного излучения. Какое излучение в большей степени подвержено влиянию атмосферы: миллиметровое или оптическое? Выбор именно указанных двух спектральных поддиапазонов обусловлен их перспективностью для линий связи, которая объясняется сле­дующим. Во-первых, частота волн и одного и другого поддиапазонов высока, что обеспечивает большую информационную емкость канала передачи инфор­мации. Во-вторых, малость длины волны миллиметрового и оптического поддиапазонов позволяет достигать высокой направленности приемно-передающих антенн при малых габаритах последних. Немаловажно также, что генераторы миллиметрового и оптического излучения (диоды Ганна и полу­проводниковые лазеры) используют один и тот же базовый материал (арсенид галлия) и изготавливаются по сходным и хорошо отработанным технологиям.

Субъективно кажется, что переменчивые погодные условия в атмосфере в большей степени влияют на прохождение оптического излучения, нежели мил­лиметрового. Личный опыт напоминает каждому из нас о том, как быстро уменьшается дальность видимости в условиях дождя, снегопада, тумана. Одна­ко субъективизм и интуиция не всегда приводят к правильным прогнозам, осо­бенно в столь сложном вопросе, каким является оценка ослабления электромагнитных волн в атмосфере. Показать, чему в действительности равно ослаб­ление излучения, является основной целью настоящего учебного пособия. Из­ложенные в пособии вопросы освещают значительный раздел курса "Электродинамика и распространение радиоволн", касающийся распростране­ния в атмосфере Земли волн сверхвысоких частот и оптического диапазона. Представленный материал может быть использован в курсах "Системы оптиче­ской связи", "Основы теории радиотехнических систем", "Современные систе­мы передачи информации". Приведенный в пособии большой объем расчетных сведений делает его полезным не только для студентов радиотехнической спе­циальности старших курсов при выполнении ими курсовых и дипломных про­ектов, но и для радиоинженеров, занимающихся расчетами атмосферных кана­лов при проектировании систем передачи информации различного назначения.