4. Методы оценки ослабления волн вдоль траектории распространения

4.1. Приземные трассы

Наибольший вклад в ослабление волн оптического диапазона на призем­ных трассах связи вносят аэрозольные образования (туман, дымка) и осадки (дождь, снегопад). Для расчетов коэффициента ослабления в аэрозолях атмосферы можно использовать простую формулу (46). При оценках ослабления волн оптического диапазона в дождях целесообразно использовать полуэмпирическое соотношение (47).

Ряд особенностей наблюдается при распространении волн миллиметрово­го диапазона на приземных трассах. Существенный вклад в ослабление милли­метровых волн вносят аэрозольные образования и прежде всего туман и пыль. В этом случае при оценках ослабления целесообразно использовать приближе­ние Рэлея (28). Ослабление определяется такой характеристикой, как плотность тумана и пыли. Для туманов ослабление зависит от такой характеристики; как водность. При оценках ослабления в дождях целесообразно использовать соот­ношение (48).

Одной из особенностей при распространении миллиметровых волн на приземных трассах является влияние на замирания сигнала отражений от зем­ной поверхности. В частности, такая задача возникает при рассмотрении распространения миллиметровых волн при широкой диаграмме направленности в вертикальной плоскости. Количественную оценку замираний сигнала доста­точно провести в наиболее простом виде в приближении лучевой оптики. Рас­смотрим случай, когда выполняются следующие условия:

главное направление излучения передающей антенны совпадает с направ­лением на приемную антенну;

передающую и приемную антенны можно считать слабо направленными.

Как показано, например, в [9], суммарное поле на приемной антенне для данного случая определяется выражением

(72)

где Р - излучаемая мощность; G_m - коэффициент усиления антенны в направле­нии максимума диаграммы направленности; F(θ)- функция направленности антенны; θ - угол скольжения, отсчитываемый от поверхности земли; L- рас­стояние между передающей и приемной антеннами;

(73)

/ R_B,Г / - модуль коэффициента отражения при вертикальной и горизонтальной поляризациях соответственно; β_В,Г - аргумент коэффициента отражения,

(74)

интерференционный множитель; h - высота подъема антенны;  - длина волны;  =2/

Таким образом, для слабонаправленных антенн характеристики направ­ленности в основном определяются интерференционным множителем, который зависит от коэффициента отражения и от отношения h/.

В диапазоне миллиметровых волн отношение 4π·h/ значительно больше единицы. Поэтому величина

с изменением угла θ быстро меняется по ставнению с / R_В,Г /, и можно считать, что максимум интерференционного множителя имеет место при

(75)

а минимум – при

(76)

Тогда максимум модуля интерференционного множителя равен

(77)

а минимум

(78)

Отношение значений поля в интерференционном минимуме и в интерференци­онном максимуме меняется от 0 до 1 при изменении |R_B,Г| от 1 до 0.

Таким образом, для получения количественных оценок замираний за счет двухлучевого распространения радиоволн необходимо знать значения коэффи­циентов отражения от поверхности Земли при вертикальной и горизонтальной поляризации падающей волны. Для большинства примеров подстилающей по­верхности определение их характеристик требует данных экспериментальных исследований. Для некоторых типов моделей земной поверхности эти характе­ристики можно вычислить. В частности, в приближении метода касательной плоскости для шероховатых поверхностей с гауссовым распределением высот неровностей средний коэффициент отражения можно записать в виде [24]

(79)

где  - среднее квадратичное отклонение высот неровностей. Подобной модели соответствуют поверхности асфальта, бетона, песка, снега.

С увеличением высоты неровностей возрастает доля диффузионной составляющей поля, рассеянного поверхностью, и уменьшается доля когерентной составляющей. Вследствие этого уменьшается замирание сигнала. Для практи­ки важно уметь оценивать замирания сигнала при распространении излучения над гладкими и квазигладкими поверхностями, что характерно для вышеупо­мянутых моделей и материалов.

В случае гладкой поверхности коэффициент отражения при горизонталь­ной поляризации определяется выражением

(80)

а при вертикальной поляризации

(81)

После преобразований, связанных с выделением вещественной и мнимой частей коэффициентов отражения, получим

где

(84)

Для преодоления интерференционного минимума потенциал приемопере­дающей системы приближенно должен быть увеличен в U _Г,В раз, где

(85)