§ 6.2. Замирания коротких волн

Прием коротких радиоволн всегда сопровождается изменением во времени уровня принимаемого сигнала, причем это изменение носит случайный характер. Такое явление называют замираниями сигнала.

Очевидно, что при наличии замираний можно говорить только о вероятности появления того или иного уровня сигнала. Различают быстрые и медленные замирания сигнала.

Основной причиной быстрых замираний сигнала является многолучевое распространение радиоволн. Чаще всего причиной замираний служит приход в точку приема двух лучей, распространяющихся путем одного и двух отражений от ионосферы, как показано на рис. 6.1. Поскольку два луча (1 и 3) проходят различные пути, фазы их неодинаковы. Изменения электронной плотности, непрерывно происходящие в ионосфере, приводят к изменению длины пути каждого из лучей, а следовательно, и к изменению разности фаз между лучами. Для изменения фазы (волны на 180° достаточно, чтобы длина пути изменилась на λ/2, т. е. на 5÷50 м. Такие незначительные изменения длины пути могут происходить непрерывно, поэтому колебания напряженности электрического поля в диапазоне коротких волн являются частыми и глубокими.

Помимо этого, замирания сигнала вызываются рассеянием радиоволн на неоднородностях ионосферы и интерференцией рассеянных волн. Интерференция обыкновенной и необыкновенной составляющих магниторасщепленной волны также приводит к замираниям.

Кроме интерференционных замираний сигнала, на коротких волнах имеют место поляризационные замирания. Причиной поляризационных замираний является поворот плоскости поляризации волны при распространении ее в направлении силовых линий магнитного поля Земли [см. формулу (4.85)]. Если, например, передающая и приемная антенны представляют собой горизонтальные вибраторы, то излученная горизонтально-поляризованная волна после прохождения в ионосфере претерпит поворот плоскости поляризации. Угол поворота меняется с изменением электронной плотности ионосферы. Поэтому направление вектора напряженности электрического поля относительно приемной антенны непрерывно меняется, что приводит к колебаниям э. д. с., наводимой в антенне.

На практике все указанные причины замираний сигнала действуют одновременно. Замирания характеризуются их скоростью. Скорость замираний показывает, какое число раз n в единицу времени огибающая амплитуды сигнала пересекает в положительном направлении заданный уровень сигнала. Наблюдения показали, что при быстрых замираниях для уровней напряженности поля, превышаемых в 90% времени, средняя величина n = 12 в минуту.

Важной характеристикой замираний является закон распределения огибающей амплитуды сигнала. Быстрые замирания хорошо описываются законом распределения Релея (3.39) (при интервалах наблюдения 3÷7 мин). Помимо быстрых замираний, наблюдаются медленные замирания, для выявления которых необходимо вести наблюдения в течение 40÷60 мин. Причиной этих замираний является изменение поглощения радиоволн в ионосфере. Распределение огибающей амплитуды сигнала при медленных замираниях подчиняется нормально логарифмическому закону (3.43) со стандартным отклонением порядка 8 дБ [7].

Для борьбы с замираниями применяют различные методы, например, прием на антенны с узкой диаграммой направленности, ориентированной так, чтобы принимался только один луч. Однако направление прихода луча меняется в течение суток, поэтому необходимо предусматривать возможность изменения направления максимума диаграммы направленности антенны. Такая приемная антенна является сложной и громоздкой. Эффективным является также прием на разнесенные антенны. Дело в том, что увеличение и уменьшение напряженности электрического поля происходят неодновременно даже на сравнительно небольшой площади земной поверхности. В то время как в месте расположения одной антенны уровень напряженности поля мал, вблизи второй антенны на расстоянии в несколько длин волн (сто или несколько сотен метров) от первой напряженность электрического поля оказывается достаточной для приема.

Наблюдения показали, что пространственная нормированная функция корреляции замираний описывается законом (3.42) [10, 20], причем масштаб пространственной корреляции при разнесении точек наблюдения в направлении, перпендикулярном к направлению трассы, составляет (10÷25) λ.

При (разнесении точек наблюдения вдоль трассы масштаб корреляции возрастает. В практике коротковолновой связи используют обычно две антенны, разнесенные на расстояние l = 10λ. Сигналы складывают после детектирования. Эффективным является разнесение антенн по поляризации, т. е. одновременный прием на вертикальную и горизонтальную антенны с последующим сложением сигналов.

Указанные меры борьбы действенны только для исключения быстрых замираний, медленные изменения сигнала не устраняются.