К настоящему времени опубликовано значительное число учебных пособий по общему курсу распространения радиоволн [2—5], а также монографий [1,6—13,65], в которых подробно рассматриваются отдельные аспекты распространения радиоволн.
К этому числу публикаций авторы решили прибавить данную книгу, преследуя цель не только изложить основные физические закономерности распространения радиоволн различных диапазонов, но и дать такой материал, который ознакомил бы читателя с методами расчета различных радиолиний. Этой цели подчинено и построение книги: в первых главах (1—5) излагаются общие закономерности распространения радиоволн, а во всех последующих (6—12)-— вопросы расчета линий радиосвязи, сетей радиовещания и телевидения. Объем книги не позволил, конечно, включить все практические сведения справочного характера, основное внимание уделено методологии расчетов.
Учитывая случайный характер закономерностей распространения радиоволн, было признано целесообразным дать специальное приложение, содержащее необходимые краткие сведения из теории случайных процессов.
Библиография, приведенная в конце книги, не претендует на полноту; ссылки сделаны лишь на те работы, которые дополняют v
и уточняют излагаемые вопросы.•
А. И. Калининым написаны гл. 1, 2, 5 (за исключением разд. 5.7, 5.8), 6, 7, приложение, разд. 3.3.2, 3.3.3, 4.1.1, 4.1.2, 4.2.3, 4.4, 4.5.1, 12.2.2, Е. Л. Черенковой — гл. 8, 9, 10, 11, 12 (за исключением разд. 12.2.2), разд. 3.1, 3.2, 3.3.4—3.3.6. 4.2.1, 4.2.4, 4.2.5, 4.3.1—4.3.3, 4.5.2, 5.7, 5.8. Разделы 3.3.1, 4.2.2, 4.5.3 написаны авторами совместно..
Авторы выражают искреннюю признательность Ю. П. Лихуши-НУ, С. С. Шлюгеру, Э. М. Гаспарьянц за помощь в подборе материала для написания книги. Авторы весьма благодарны также рецензентам М. П. Долухаиову и Е. Ю. Шередько за ряд ценных замечаний, которые были учтены при окончательной обработке рукописи.
Отзывы и замечания по книге следует направлять в издатель-СТВо «Связь» (Москва-центр, Чистопрудный бульвар, 2).
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Предисловие.................. 3
Глава 1. Распространение радиоволн в свободном пространстве. Ослабление поля свободного пространства
1.1. Энергетические соотношения при распространении радиоволн в свободном пространстве .............. 4
1.Ы. Поле от ненаправленного излучателя...... . • • 4
1.1.2. Влияние направленности антенн,......... 5
1.1.3. Мощность и напряжение сигнала на входе приемника ... 7
1.2. Существенная область пространства, влияющая на распространение радиоволн . . . . :............ 8
1.2.1. Принцип Гюйгенса—Френеля. Зоны Френеля..... 8
1.2.2. Существенная и минимальная зоны при распространении радио-
* волн................. 12
1.3. Ослабление поля свободного пространства в реальных условиях . . 14
1.3.1. Множитель ослабления поля свободного пространства ... 14
1.3.2. Потери при передаче электромагнитной энергии .... 17
Глава 2. Влияние земной поверхности на распространение радиоволн в однородной атмосфере
2.1. Дифракция радиоволн вокруг гладкой сферической земной поверхности 19
2.1.1. Постановка задачи и общее рсиение....... 19
2.1.2. Классификация частных случаев......... 29
2.2. Расчет множителя ослабления в зоне прямой видимости .... 32
2.2.1. Малые расстояния, когда влиянием кривизны Земли можно пренебречь................. ~д
2.2.2. Влияние кривизны земной поверхности ........ 3°
2.3. Расчет множителя ослабления в зонах тени и полутени . Щ ¦ ¦ 43
2.3.1. Пределы применимости интерференционных формул Ж • 43
2.3.2. Большие высоты антенн........... ?7
2.3.3. Малые высоты антенн . ........ j>'
2.4. Влияние неоднородности электрических параметров Земли ... 54
2.4.1. Влияние неоднородности в вертикальном направлении . . . &4
2.4.2. Влияние неоднородности в горизонтальном направлении. Бере-говая рефракция............. |?о
2.5. Приближенные методы учета влияния рельефа местности • • ' со
2.5.1. Общие замечания............. )?q
2.5.2. Влияние малых хаотических неровностей...... jj.
2.5.3. Аппроксимация реальных препятствий клиновидными JJ*
2.5.4. Аппроксимация препятствий выпуклыми телами..... °°
ЛОЛ
Стр. Глава 3. Электромагнитные параметры земной атмосферы
3.1. Строение атмосферы.............. 80
3.1.1. Классификация областей атмосферы........ 80
3.1.2. Химический состав атмосферы......... 81
3.1.3. Распределение температуры но высоте....... 82
3.1.4. Нейтральные частицы в атмосфере........ 83
3.1.5. Процессы, приводящие к образованию и исчезновению заряженных частиц . . ............ 84
3.2. Заряженные частицы в атмосфере.......... 87
3.2.1. Ионосферные слои............. 87
3.2.2. Неоднородности в ионосфере.......... 90
3.2.3. Магнитное поле Земли............ 93
3.2.4. Ионосферные возмущения........... 99
3.3. Диэлектрическая проницаемость и проводимость земной атмосферы . 105
З.ЗЛ. Общие определения............. 105
3.3 2. Диэлектрическая проницаемость тропосферы и стратосферы . . 106
3.3.3. Регулярные и случайные изменения диэлектрической проницаемости тропосферы и стратосферы......... 108
3.3.4. Диэлектрическая проницаемость и проводимость ионосферы без учета влияния магнитного поля Земли....... 117
3.3.5. Коэффициенты преломления и поглощения ионосферы с учетом влияния магнитного поля Земли......... 121
3.3.6. Влияние напряженности воздействующего поля на диэлектрическую проницаемость и проводимость ионосферы ..... 128
Глава 4. Распространение радиоволн т земной атмосфере
4.1. Распространение радиоволи над сферической Землей в неоднородной
атмосфере................. 131
4.1.1 Общие замечания............. 131
4.1.2. Решения для случая сферически-слоистой атмосферы . . . 132
4.2. Преломление радиоволн в земной атмосфере....... 136
4.2.1. Скорость' распространения радиоволн........ 136
4.2.2. Уравнения траектории волны в неоднородной изотропной атмосфере. Радиус траектории ........... 139
4.2.3. Траектории радиоволн в тропосфере. Эквивалентный радиус Земли ..........." . . . . ' . 143
4.2.4. Траектории радиоволн в ионосфере без учета влияния магнитного поля Земли............. 151
4.2.5. Влияние магнитного поля Земли на траектории радиоволн в ионосфере............... 160
4.3. Влияние ионосферы на поляризацию волн . . . . . . . . 164
'4.3.1. Поляризация волн в ионосфере......... 164
4.3.2. Предельная поляризация........... 167
4.3.3. Поляризация при многолучевом распространении. Эффект Фа-радея . . ............. 168
4.4. Переизлучение электромагнитной энергии неоднородной атмосферой . 171
4.4.1. Переизлучен.ие электромагнитной энергии слабыми объемными
и слоистыми неоднородностями -в атмосфере..... 171
4.4.2. Когерентное отражение радиоволн от всей толщи атмосферы . . 180
4.5. Ослабление напряженности поля при распространении радиоволн в земной атмосфере. Замирания сигналов......... 185
4.5.1. Ослабление напряженности поля за счет газов и гидрометеоров 185
4.5.2. Поглощение в ионосфере........... 192
4.5.3. Замирания сигналов............ 196
435
Стр. Глава 5. Помехи при работе радиотехнических систем
5.1. Общие замечания............... 202
5.2. Атмосферные помехи.............. 203
5.3. Полная мощность шума на входе приемника. Тепловые шумы приемника и антенно-фидерного тракта.......... 204-
5.4. Шумы космического происхождения.......... 207
5.5. Шумы за счет теплового излучения Земли ... ..... 209
5.6. Шумы за счет поглощения в газах и гидрометеорах..... 210
5.7. Промышленные помехи............. 212
5.8. Взаимные помехи между радиосистемами....... 212
Глава 6. Радиорелейные линии с интервалами в пределах прямой видимости
6.1. Общие характеристики радиорелейных линий....... 214
6.1.1. Построение линии............. 214
6.1.2. Связь между уровнем шумов на выходе линии и уровнями сигналов на ее интервалах............ 216
6.1.3. Допустимые уровни шумов в каналах линии..... 218
6.2. Замирания сигналов на интервалах радиорелейных линий . . . 220
6.2.1. Общие замечания.............. 220
6.2.2. Замирания, вызываемые изменениями вертикального градиента диэлектрической проницаемости воздуха....... 221
6.2.3. Замирания, обусловленные отражениями от слоистых неоднород-ностей в тропосфере ............ 230
6.2.4. О замираниях сигнала на высокогорных и морских трассах . . 233
6.2.5. О замираниях сигнала на трассах с пассивными ретрансляциями 235
6.2.6. Методы повышения устойчивости сигнала при замираниях . . 241
6.3. Расчет трасс РРЛ.............. 244
6.3.1. Минимально допустимые значения множителя ослабления на интервалах линии'............. 244
6.3.2. Выбор высот антенных опор.......... 247
6.3.3. Расчет уровней сигнала на интервалах РРЛ и мощности шума
на ее выходе.............. 248
Глава 7. Тропосферные радиорелейные линии
й
7.1. Особенности построения тропосферных РРЛ <и статистически^харак-
теристики сигнала при дальнем тропосферном распространении укв
7.1.1. Введение................ 251
7.1.2. Особенности построения тропосферных РРЛ...... 2о2
7.1.3. Быстрые и медленные замирания сигнала...... 253
7.1.4. Повышение устойчивости сигнала при замираниях .... 2Ь1
7.1.5. Долгосрочные медианные значения множителя ослабления . • 264
7.1.6. Статистические распределения мгновенных значений множителя ослабления за длительные периоды времени ..... 27U
7.1.7. Искажения сигналов............ ^(
7.2. Расчет устойчивости работы тропосферных радиорелейных линий и . уровня шумов в телефонных каналах........ ^Jl
7.2.1. Допустимые значения мощности шума в телефонных каналах 'j[?
7.2.2. Расчет устойчивости передачи многоканальной телефонии . • ^
436
Стр.
7.2.3. Определение статистического распределения мощности шума в телефонных каналах.....'........ 278
7.2.4. Расчет достоверности и устойчивости передачи дискретной информации ............... 285
Глава 8. Системы дальней коротковолновой связи
1. Данные вертикального зондирования ионосферы...... 288
8.1.1. Введение............... 288
8Л.2. Принцип вертикального зондирования....... 289
8.1.3. Данные вертикального зондирования ионосферы, необходимые для
расчета линий ............. 291
8-. 1.4. Регулярные изменения критических частот и высот слоев Е, F\
и F2 в средних и низких широтах......... 292
8.1.5. Особенности распределения критических частот слоев Е, Fit F%
в полярных районах............ 295
8.1.6. Предельные частоты слоя Es.......... 296
2. Определение частот, отражающихся от ионосферы при наклонном падении................. 297
8.2.1. Случай плоской ионосферы. Теоремы эквивалентности . . . 297
8.2.2. Учет сферичности ионосферы. Кривые передачи .' . ' . . . 299
3. Максимально применимые частоты (МПЧ)........ 300
8.3.1. Классификация методов расчета МПЧ....... 300
8.3.2. Определение МПЧ с помощью ВЧХ и кривых передачи . . 301
8.3.3. Расчет МПЧ по прогнозам ИЗМИРАН....... 303
8.3.4. Измерение МПЧ методом возвратно-наклонного зондирования .(ВИЗ)................ 307
4. Рабочие частоты............... 309
8.4.1. Диапазон рабочих частот ОРЧ и НПЧ....... 309
8.4.2. Волновое расписание............ 310
8.4.3. Учет отражений от слоя Es.......... 311
5. Влияние многолучевого распространения на работу коротковолновых
каналов связи ..... ........... 312
8.5.1. Причины многолучевости и некоторые характеристики структуры
сигнала................ 312
, 8.5.2. Замирания сигнала и разнесенный прием...... 315
8.5.3. Селективность замираний и неискаженная Полоса передачи . . 318
8.5.4. Минимально допустимая длительность импульса..... 319
8.5.5. Требования к диаграммам направленности антенн .... 320
6. Влияние ионосферных возмущений.......... 321
8.6.1. Среднеширотные линии......... . . . 321
8.6.2. Полярные линии............. 322
7. Расчет коротковолновых линий связи......... 322
8.7.1. Расчет напряженности поля......... . 322
8.7.2. Расчет углов наклона траекторий......... 333
8.7.3. Определение частотного диапазона аппаратуры..... 334
8.7.4. Надежность связи. Необходимая мощность излучения . . - .. 335
Глава 9. Системы связи, использующие ионосферное рассеяние
метровых волн
1. Потери передачи............... 343
9.1.1. Введение................ 343
9.1.2 Зависимость' потерь передачи от длины радиолинии . . 344
9.1.3. Зависимость потерь передачи от рабочей частоты .... 345
9.1.4. Зависимость потерь передачи от ширины и ориентации диаграмм направленности антенн ............ 346
437
Стр.
9.1.5. Суточные и сезонные изменения потерь передачи .... 348
9.1.6. Зависимость потерь передачи от географического положения линии Влияние ионосферных возмущений........ 348
9.2. Влияние многолучевое™............. 349
9.2.1. Структура сигнала....... ..... 349
9.2'.2. Замирания сигнала и разнесенный прием...... 350
9.2.3. Частотная селективность замираний и неискаженная полоса передачи................ 352
9.2.4. Искажения за счет эффекта Допплера....... 353
. 9.2.5. Ограничение длительности импульсов........ 354
9.3. О расчете надежности телеграфных систем ИР -...... 354
9.3.1. Необходимое отношение сигнал/шум........ 354
9.3.2. Измеренные отношения сигнал/шум........ 355
9.3.3. О расчете надежности связи на линиях ИР...... 356
Глава 10. Системы связи, использующие отражение от ионизированных
следов метеоров
10.1. Физические характеристики метеоров и метеорных следов . . . 359
10.1.1. Метеорные частицы............ 359
10 1.2. Метеорные следы............. 360
10.2. Статистические характеристики сигнала ........ 361
10.2.1. Сигналы, используемые на метеорных радиолиниях . . . 361
10.2.2. Число наблюдаемых «вспышек»......... 363
10.2.3. Распределение максимальных значений амплитуд .... 363
10.2.4. Длительность «вспышек» и промежутков между ними . . 364
10.2.5. Коэффициент заполнения.......... 366
10.2.6. Направленные свойства метеорного распространения . . . 367
10.2.7. Ослабление при аномальном поглощении...... 369
10.3. Некоторые данные метеорных систем связи....... 369
Глава 11. Системы звукового и телевизионного вещания
11.1. Полезная зона вещательного передатчика . ....... 372
11.1.1. Общие определения............ 372
М.1.2. Уравнения поля........|, . . . . 373
11.1.3. Уравнения, определяющие границу зоны обслуживания . . 374
11.2. Телевизионное и звуковое ЧМ вещание на укв...... 375
11.2.1. Выделенные частоты............ 375
11.2.2. Расчет напряженности поля......... . 376
11.2.3. Минимально допустимая напряженность поля. Защитные отношения ..... ...... 377
11.2.4. Зона обслуживания............ 379
11.2.5. Прием в городах . . .......... 380
М.З. Вещание на средних и длинных волнах........ 381
11.3.1. Особенности распространения волн 200—2000 м..... 381
11.3.2. Определение напряженности поля земной и пространственной
волн................ 383
11.3.3. Минимально допустимая напряженность поля. Защитные отношения .'.............. 388
11.3.4. Зоны обслуживания........... 389
11.3.5. Перекрестная модуляция в ионосфере....... 391
11.4. Вещание на коротких волнах.........• . 394
4.3R
Стр.
Глава 12. Влияние условий распространения на работу систем дальней связи через искусственные спутники земли
12.1. Некоторые особенности систем связи через ИСЗ...... 396
12.2. Влияние условий распространения на работу систем связи через ИСЗ 397
12.2.1. Потери в атмосфере............ 397
12.2.2. Рефракция............... 399
12.2.3. Мерцания и другие виды флуктуации....... 405
12.2.4. Эффект Допплера............. 406
12.2.5. Запаздывание сигналов........... 408
12.2.6. Внешние шумы............ 409
12.3. Диапазон частот, рекомендуемый для линий связи через ИСЗ . . 410
12.4. Энергетический расчет линий.........: 410
12.4.1. Потери передачи............. 410
12.4.2. Нормы на качественные показатели....... 411
12.4.3; Расчет мощности бортового и наземного передатчиков . . 412
ПРИЛОЖЕНИЕ . ............... 415
[Некоторые основные сведения из теории случайных процессов4) . . 415
1. Случайные величины и случайные процессы........ 415
I2. Дифференциальная и интегральная функции распределения случайных
величин............... 415
3. Числовые характеристики случайных величин . . . ¦..... 417
4. Нормальный закон распределения...........' 418
5. Логарифмически нормальный закон распределения...... 419
6. Распределение Рэлея.............. 419
7. Обобщенный закон распределения Рэлея........ 420
8. Статистическое распределение значений функции от случайной величины 421
9. Двумерные и многомерные функция распределения. Двумерная интегральная функция распределения........... 422
10. Числовые характеристики суммы и произведения случайных величин 424
11. Случайные функции и их характеристики........ 425
12. Стационарность и эргодичность случайных процессов..... 426
Литература...............• • 428 ^
Цена: 200руб.
