Радиолинии систем связи

В зависимости от вида используемых радиолиний различают системы радиосвязи прямой видимости, тропосферные, ионосферные, космические, а также системы радиорелейной связи. Линии связи классифицируют по протяженности, по диапазону частот, по используемому механизму распространения радиоволн [6, 10, 12].

По протяженности радиолинии делятся на линии глобальной, дальней, средней дальности и ближней связи. Линии глобальной связи позволяют обеспечить связь с объектами в пределах земного шара. Линии, протяженностью от 3000 до 10000 км называются линиями дальней связи. Линии средней дальности обеспечивают связь в пределах от 400...500 км до 3000 км. Линии ближней связи имеют протяженность до 400...500км.

По используемому механизму распространения радиоволн линии связи

можно разделить на линии, использующие: процесс огибания поверхности Земли электромагнитными волнами; распространение волн в пределах прямой видимости; отражение от ионосферы; ионосферное рассеяние; отражение от метеорных следов; тропосферное рассеяние; ретрансляцию с помощью искусственных спутников Земли (ИСЗ).

Классификация электромагнитных колебаний в зависимости от диапазона радиоволн приведена в табл. 2.2, которая охватывает участок частот от 3 кГц до 3000 ГГц (радиочастоты).

Глобальные линии создаются на сверхдлинных волнах (табл. 2.2) или на коротких волнах при помощи ИСЗ. Линии дальней связи реализуются на КВ, отражающихся неоднократно от ионосферы или при помощи ИСЗ.

Линии средней протяженности создаются на коротких волнах за счет их отражения от ионосферы. Линии ближней связи реализуются, как правило, в УКВ диапазоне.

В коротковолновых, средневолновых и длинноволновых радиолиниях используются поверхностные земные и пространственные волны [10]. Поверхностные волны распространяются параллельно земной поверхности по дуге большого радиуса, постепенно затухая. Скорость затухания зависит от длины волны и мала на длинных и сверхдлинных волнах [12].

Пространственные волны падают на ионосферу и отражаются от нее. Они наблюдаются на коротких волнах и ночью на средних волнах.

В настоящее время системы ближней и дальней авиационной радиосвязи используют, как правило, гектометровый, метровый, дециметровый и сантиметровый диапазоны волн [8, 10]. Средства радиосвязи в указанных диапазонах волн обеспечивают необходимую дальность связи, высокую пропускную способность и работают в условиях сравнительно малого уровня помех [8]. Наибольшую практическую роль в системах связи гражданской авиации играют КВ и УКВ диапазоны, использование которых обеспечивает необходимую дальность и надежность радиосвязи.

Под дальностью связи понимают наибольшее расстояние между оконечными радиостанциями линии связи, на котором осуществляется устойчивая двухсторонняя связь. Основным средством в гражданской авиации являются радиостанции УКВ диапазона, которые работают в симплексном режиме и используют вертикальную поляризацию. Связь в этом диапазоне устойчива во времени, уровень помех мал и не зависит от времени года и суток, атмосферные осадки и промышленные помехи оказывают незначительное влияние на их работу.

Основным недостатком связи на УКВ является малая дальность связи, которая определяется по формуле [12]

где h₁, и h₂— и высоты подъема антенн, м.

Дальняя связь с воздушными судами осуществляется на КВ с длинами волн от 10 до 200 м (30...1,5 МГц). В КВ диапазоне существуют поверхностные земные и пространственные волны.

При распространении вдоль поверхности Земли поверхностные земные волны в КВ диапазоне быстро затухают. Так например, напряженность поля, создаваемая передатчиком мощностью 1 кВт падает до 1 мкв/м над сушей на расстоянии около 100 км, а над морем – на расстоянии около 300...500 км [8]. Поэтому радиосвязь с помощью земных волн можно осуществить только на близких расстояниях (десятки километров).

Дальняя связь осуществляется посредством пространственных волн, которые приходят к воздушному судну либо путем однократного отражения от верхних слоев ионосферы, либо путем многократного отражения от ионосферы и от поверхности Земли. Дальность связи определяется средой распространения КВ. Околоземное пространство, в котором распространяются эти волны, подразделяется по высоте на четыре слоя: тропосфера (8... 12 км), стратосфера (12.. .40 км), мезосфера (40.. .60 км) и ионосфера (60... 1000 км).

На распространение КВ главным образом влияет ионосфера, имеющая слои D (60...80 км), Е (100...120 км), F₁(180...200 км) и F₂ (250...400 км). Слои D и Е существуют в дневное время и поглощают радиоволны при их распространении к более высоким слоям. Изменение характеристик слоев D, Е и F₁, связано с ионизацией, возникающей из-за поглощения ультрафиолетового излучения Солнца и скоростью рекомбинации ионов. Слой F₂ играет важную роль для связи на КВ. Плотность электронов в этом слое достигает максимума днем и минимума ночью и зависит от магнитного поля Земли. Поэтому ионосфера обладает преломляющими и отражающими свойствами, зависящими от частоты.

Максимальная частота радиоволны, выше которой при вертикальном излучении она не отражается, падая на слой, а проходит сквозь него, называется критической и определяется по формуле [10, 12]

где N. эл/см³ - концентрация электронов в единице объема ионосферы.

При всех частотах, меньших критической, волна отражается от слоя.

Максимально применимой частотой (МПЧ) сигналов, используемых для связи на КВ, называют наибольшую частоту волны, при которой она способна отразиться от ионосферного слоя и быть принята в точке, соответствующей заданной дальности связи. Максимально применимая частота определяется соотношением [10, 12]

где R - расстояние между передатчиком и приемником (км); Н- высота

ионосферного слоя (км). Данная дальность связи носит название "дальности скачка" и является минимальным расстоянием, на котором сигнал может быть принят за счет преломления.

Поскольку условия распространения КВ не остаются неизменными, то для обеспечения устойчивой связи в качестве рабочей частоты выбирается частота, меньшая МПЧ, так называемая оптимальная рабочая частота (ОРЧ). На основании экспериментальных данных считают, что ОРЧ = 0,85 МПЧ [10], при которой обеспечивается по условиям отражения связь в течении 90% времени за месяц. Наименьшая частота, при которой надежность работы радиолинии соответствует минимально допустимой, называется наименьшей применимой частотой (НПЧ). В течение суток при изменении свойств ионосферы изменяется МПЧ, поэтому международные правила предусматривают использование для каждой радиолинии нескольких рабочих частот данного диапазона волн. Для каждой линии составляется волновое расписание на частоты, которые следует использовать для круглосуточной связи. Системы связи данного диапазона меняют рабочие частоты при работе днем и ночью [10]. Связь днем осуществляется на более коротких "дневных" волнах в диапазоне 12...30 МГЦ (10...25 м), а ночью используют так называемые "ночные" волны от 35 до 100 м (8,6...3 МГц).