Введение к работе
Актуальность теш. Проблема распространения радиоволн в условиях сложного рельефа земной поверхности давно привлекает внимание исследователей. Использование дифракционного механизма распространения позволяет в ряде случаев создавать достаточно нодетные линии связи в труднодоступных горных раРонах, где необходимы большие интервалы меягду активными станциями. По мере увеличения объема и усложнения видов информации, передаваемоЛ по каналам связи, освоения высокочастотных диапазонов и использования остронапрзвленкых антенн появляются носке актуальные проблемы теории и практики распространения радиоволн, требуюяие исследования вес более тонких эффектов к которым, в частности, относятся: I) вл'тнио многолучевой структуры дифракционного поля на качественные показатели каналов связи радиоэлектронных систем (РЗС); 2) влияние диаграмм направленности (Н) антенн на пространственно-вромгзнные характеристики сигнала; 3) влияние деполяризации радиоволн на работу линий связи многоствольных родиоролеРных линий и других РХ, использукганх ортогональные поляризации в качесуэо независимых каналов.
Резение этих йздйч требует комплексного изучения, основанного на совместном учото всех основных факторов, вллятакс на формирование прострзнстзснно-врекеиноП структуры дифракционного сигнала для каждой конкретной трассы.
Состояние вопроса и цель работы. В настоящее время накоплен облирныР. экспериментальный материал по распространению радиоволн на призекных закрытых трассах. І&огообразие условий и сложная структура полей со случаРными пространственными и временными вариациями уровнеР сигналов определили в основном статистический, подход в этих исследованиях. Основное внимание в экспериментах уделялось исследованиям ослабления медианного уровня сигнала а зависимости от дальности, частоты, высот расположения приемо-поредаюших пунктов, изучению статистики и временных иоменениР напряженности поля»
Исследованию распространения радиоволн на приземных закрытых трассах посвящен целый ряд монографии, книг и статей. Среди них следует отметить работы В.Н.Троипкого, А,И,Калинина, В.А.Фока, К.Фурутсу, Д.Р.Вэпта, Н.Е.НегеРбауэра, М.Р.Бачинокого,
П.Г.Киигсмияла, А.П.Барсиса, У.Окумуры, Ч.Ц.Цыдыпова j: да. авторов .
Несмотря на большое количество экспериментального материала и работ теоретического характера, в целом проблема распространения радиоволн на приземных трассах в условиях сложного рельефа изучена еае не полностью. С теоретической точки зрения постоянный интерес к дифракционным явлениям при распространении радиоволн обусловлен тем, что по сути дела не суцествует общего метода решения дифракционных задач для тел произвольной формы с произвольными свойствами при произвольном падаюаем поле, поэ-Tovy практически.е запросы заставляют искать новые пути теоретического подхода. В последние годы исследования распространения ультракоротких волн переместились в область коротких воли. С переходом в коротковолновую часть диапазона УКВ дифракционные явления усложняются влиянием множества мелких неровностей" гребня тенеобразушего препятствия, модулирующего влияния неоднородной изменчивой тропосферы на пространственные изменения /ровня поля и ряда других явление, благодаря которым поле в тени горных препятствие имеет качественно иные характеристики и иную природу, чем на более длинных волнах.
Характерная особенность дифракционного распространения сантиметровых и дециметровых волн - многолу^евый характер, обусловленные дифракиией на неровностях рельефа.
Существующие (классические методы расчета не учитывают поперечные неровности рельефа "естности. ля оценки влияния неровностей гребня окранируппжх препятствий предлагались липь статистические методы, постулирующие случайность неровностей гребня - модель статистически неровного края.
Такой подход исключает из рассмотрения конкретные формы неровностей поперечного профиля тенеобразусшего препятствия, всяед-ствии чего при теоретическом рассмотрении задачи дифракции не учитывается пространственно-неоднородная структура дифракпион-:іого поля. Вместе с .тем, особенности пространственного распределения поля позволяют во.многих случаях использовать свойства поля для рационального размееения .радиосредств в теневой зоне как для улучсения условий связи, так и обеспечения их электро-магнитной совместимости. С другое сторонь, отсутствие теоретических методов расчета характеристик поля с учетом кснкэетных
-і
особенности' ральегч". местности :* параметров ?нты<н затрудняет обобщение и анализ экспериментальных данных :-:а обще? методітчес-кой основе.
Поэтому ва^-даое значение з исследованиях закономерностей распространения УКВ на приземных закрытых трассах приобретают вопросы, связанные с болев детальным изучением структуры дк-'фракционных сигналов, г-'явление зависимости пространственно-временных характеристик поля от физико-геометрических особенностей препятствия, трассы распространения и диаграмм направленности антенн. В связи с этим гозникает задача моделирования многолучевого дифракционного поля с учетом конкретных параметров трассы распространения и характеристик антенн. т:і вопросы и состапля"т предмет исследований в данной работе.
Для трасс с ідаоголучевой структурой поля, к которым относятся и дифракционные трассы характерно искажение диаграмм направленности (ДН) антенн. Искажения диаграмм направленности антенн наиболее полю исследованы при дальнем тропосферном распространении (ДТР) УКВ и на многолучевых трассах прямой видимости. В настоящее время практически отсутствуют данные пс исследованию пространственно-временных флуктуагий ДН антенн при распространении сантиметровых волн на горных трассах. Изучение искажении. ДН "нтеин имеет прежде всего практическое значение, вызванное необходимость» учитывать изменение направленных свойств антенн в условиях многолучевого дифракгаонного распространения.
Другим направлением исследование в диссертации непосредственно связанным с проявлением многолучевого характера дифракционного поля явилось изучение поляризапионных искажений сигнала. Явление деполяризации на призе»ных закрытых трассах практически не исследовано, '"евду тем, необходимость е таких данных возрастает в связи с проблемой электромагнитной совместимости РЭС.
3 тех случаях, когда параметры дифракционного сигнала не удовлетворяют условиям. нормальной- работы вэаимодействушюс ра-диосредстз, появляется необходимость регулирования приземного поля. Одним из эффективных методов решения этой задачи является применение дифракпионных (дифракторных) экранов. Эффективность работы дифракпионных систем в реальных условиях оценивается по показателям, в основном, связанным с рефракционными изменениями показателя преломления воздуха. Вопрос о влиянии турбулентности
тропосферы на работу пассивных дифракционных систем отдельно не рассматривался. ^тоГ- теме посвяпюи один из разделов представленной диссертагин. З отої.: ye раздело исследуется, влияние ре-фракгии на эффективность работы подавляющих экраноп и предложен многоэлем.ентны" дифрактор с повышенной эффективностью подавления излучения в '.-уроком диапазоне изменений градиента диэлектрической проннгаемостн.
Научная ногнзна работы заключается в том, что на основании единого методического подхода, основанного на совместном учете параметров трассы распростране! я, геометрии препятсте-я как едоль трасте, так и в поперечном направлении, а ?ак*:е характеристик антенн,исследованы теоретически и экспериментально наиболее характерные особенности дифракционного механизма распространения УКВ.
Впервые решена задача дифракции- радиоволн на полубесконечном плоском экране с краем произвольно? форма. Елагодаря .ірием-лемым для реальных трасс упрощениям, и спепиальноіу выбору функции, описызаютей край" препятствия, задача дифракпни радиоволн получила простое решение, допускакгаее наглядное физическое толкование к позволяющее достаточно полно анализировать влияние геометрии верпкн естественных препятствии и диаграмм направленности антенн на уровень дифракционного поля..,Цана интерпретатор экспериментальных данных пространственных флуктуании амплитуды поля УКВ. при дифракционном распространении. Проведенное сопоставление результатов показывает, что расчет уровне" поля УКВ на приземных закрытых трассах с учетом влияния неровносте" вершины препятствия позволяет получить результаты, согласующиеся с экспериментальны: їй данкимі. как по значениям, так и по характеру пространственно-частотных зависимостей" уровня поля.
Установлена связь временных флуктуанни сигнала с особенностями тонкой пространственной структуры днфракгг/онного поля, показана возможность использования зкстре?гумов пространственного распределения поля для улучиения работы радиосредств в условиях неоднородно!; тропосферы.
Экспериментально изучены и теоретически обоснованы новые физические закономерности механизма изменения полярязагик нолкы на. приземных дифракционных трассах.
Теоретически исследовано влияние статистически кеднородкой
1 I
тропосфери на условия ретрансляции л подавления поля с помешъэ дифракционных экранов (дифрактороз).
Практическая значимость результатов работы заключается в том, что из основании теоретических и экспериментальных исследований выработаны рекомендации по обеспечению ЭЬ!С разнесенных з пространстве .радиосистем и повышению помехозащищенности антенн на приземных трасс х, которые переданы в заинтересованные организации (КИИ Радно, ГНТУ VC СССР)".
Разработана и экспериментально проверена методика расчета поля с учетом параметров рельефа местности, полученных по данным топографических карт v геодезических і'.емерений. Предложенная методика расчета характеристик поля позволяет при проектировании радиолинии з теневой зоне оптимально использовать свойства диа-грага* направленности антенн.
Предложена методика расчета флуктуаттионных характеристик сигнала на трассах с пассивными ретрансляторами. На основании ото? методики паэрзбетока алгоритмы и пакет прикладных программ, которые позволяют прогнозировать реально достижимые параметры таких систем в условиях неоднородной тропосферы.
Продло-гн у. разработан многоэлемснтныП дифрзктор с повышенное еффоктивностью подязленил мепр.юпето излучения з сирзкем диапазона изменений градиента диэлектрической проницаемости.
В излом,' полученные з диссертации результаты позволяют глубже понять физические механизмы яглення дифракционного рассеяния v. являются обоснованием для проектирования систем радиосвязи, радиолокации и навигации, радиорелейных линий,к-антенн. Результаты теоретических исследований доведены до пригодных для инженерных расчетов формул и графиков.
На запиту выносятся;
-
Новая модель многолучевого дифракгаонного распространения УКВ, учитываюпая поперечную форї.у препятствия рельефа.
-
Результаты экспериментального исследования пространственно-временных характеристик многолучевого дифракционного поля УКВ.
-
Новый метод расчета уровней поля, основанный на учете реального поперечного профиля препятствия у. направленных свойств антенн.
-
Теоретические її экспериментальные результаты исследоваки*» поляризационных :іскетений параметре? сигнала на многолучевых
/
і і
дифракционных трассах.
-
Методика расчета средней диаграгаы направленности дифрактор-ных'систем с учетом параметров, учитывавших турбулентное состояние атмосферы.
-
Многоэлементный, дифрактор, обеспечивающий повыпенную эффективность подавления мешающего излучения в широком диапазоне изменений градиента диэлектрической пронннаемости.
Аппробагтия работ. Результаты исследован/Г но теме диссертации докладывались на ХІУ (Ленинград, 1934 г.)-, ХУ (Алма-Ата, 1937 г.), ХУІ (Харьков, 1990 г.) Всесоюзных конференциях по распространению радиоволн, Межведомственном (Всесоюзном) совещании по распространению УКВ к электромагнитной совместимости (Улан-Удэ, 1933 г.), Межведомственном научно-техническом семинаре "Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств подвижных служб? (Даугавпилс, 1985 г.), II отраслевой НТК "Состояние, перспективы и результаты использования научно-технических достижений, фундаментальных и прикладных исследований по проблемам распространения радиоволк в разработках систем и аппаратур' передачи и обработки информации" (Москва, 1986 г.), школет семинаре на ВДНХ СССР "Электромагнитная совместимость в современной радиоэлектронике" (Москва, 1987 г.), Всесоюзном совеаа-нии по призестому* распространению радиоволн и ЭМС (Улан-Удэ, 1990 г.), научно-техническом семинаре "Распространение к дифракция электромагнитных волн в неоднородных средах" (Москва, 1992 г.), научных сессиях БЩ СО РАК.
Публикании. По теме диссертации опубликовано 19 статей, и тезисов докладов.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, содержащих 129 страниц машинописного текста, 81 страницу с рисунками, таблицами и приложениями. Список литературных источников составляет 130 наименований.
