6.2.5. Радиоизлучение земной поверхности и излучение атмосферы, отраженное от Земли

Шумовая температура антенны Т_ша, обусловленная излучением земной поверхности, равна ее яркостной температурой, которая определяется ее кинетической температурой Т_оз=290К и коэффициентом отражения  электромагнитной энергии от поверхности Земли:

Т_ша.з=Т_яз= Т_оз(1-²).

На высоких частотах, где размеры отражающих поверхностей соизмеримы с длиной волны, большой вес будет иметь диффузная компонента , определяемая кинетической температурой Земли и равная 290К.

Для бортовых антенн следует учитывать вид и характер земной поверхности, попадающий в зону видимости этих антенн: для бортовых антенн с глобальным охватом следует принимать Т_я.з260К; для антенн с узкими лучами Т_я.з100…260К.

Шумовая температура антенны Т_ша.з , обусловленная приемом излучения атмосферы, отраженного от Земли равна яркостной температуре Т_яа.з излучения атмосферы, отраженного от Земли, равна

Т_ша.з = Т_я.а.з = Т_аз².

Так как на частотах выше 10 ГГц Т_а.з=Т_оз=290К, то получаем

Т_я.з+Т_я.а.з=290К,

т.е отраженная от Земли компонента атмосферных шумов дополняет излучение Земли и в сумме они дают излучение с яркостной температурой, близкой к 290 К.

6.2.6. Шумовая температура антенны, обусловленная омическими потерями в антенне

Составляющая шумов антенны Т_шП, обусловленная омическими потерями в антенне, определяется выражением:

Т_шП=Т_о(L_м-1)/L_м,

где Т₀=290К; L_м − потери в материале зеркала антенны.

Современные металлические зеркальные антенны имеют весьма низкие потери, поэтому значения Т_шП весьма малы (см. табл.6.3 ).

Таблица 6.3.

f, ГГц	0,3	1,0	3,0	10,0	30,0	60
Тш.А,К	0,018	0,04	0,06	0,09	0,18	0,3

6.2.7. Шумовая температура антенны, обусловленная потерями сигнала в радиопрозрачном обтекателе

Для земных станций с радиопрозрачным обтекателем потери сигнала и соответствующий прирост шумов обычно невелики и могут практически не учитываться. Однако во время интенсивных дождей на поверхности обтекателя образуется водяная пленка, которая является причиной заметного поглощения сигнала и возникновения вторичных дополнительных шумов. Как показывают эксперименты, при интенсивности дождей Iд=1мм/ч прирост шумовой температуры Т_ш.об =4…8К, а при Iд=10мм/ч может достигать 12…20К, причем нижние пределы соответствуют малым углам места антенны, а верхние − =90⁰.

6.2.8. Особенности определения энергетического потенциала радиолиний

Учет особенностей распространения радиоволн при расчетах энергетических потенциалов радиолиний базируется на анализе трасс распространения. Трассы распространения сигнала от передатчика к приемнику можно разделить на следующие основные классы.

1. Распространение радиосигнала по прямому лучу. Отраженные сигналы отсутствуют, так как подавляются приемной антенной с высокой направленностью. Такой вид распространения радиосигнала характерен для систем радиорелейной связи терагерцового диапазона с остронаправленными антеннами, когда отраженными от Земли сигналы воздействуют только по боковым лепесткам приемной антенны, уровень которых весьма мал.

2. На выходе приемной антенны в основном лепестке диаграммы направленности антенны наблюдается сигнал, как прямого луча, так и отраженные лучи от поверхности Земли или тропосферных неоднородностей атмосферы. Такие трассы распространения радиосигнала характерны при радиорелейной связи, в авиационных радиолиниях, при связи морских судов между собой и с береговыми станциями, для спутниковых авиационных и морских радиолиний связи.

4. Прямой луч отсутствует все время или в большей части времени, так что следует считать, что связь осуществляется за счет отраженных сигналов. К таким каналам связи относятся радиолинии тропосферной связи и каналы сотовой мобильной радиосвязи в городе, когда большую часть времени прямой луч экранируется зданиями.

Во всех каналах связи, где присутствует прямой луч, вначале определяется энергетический потенциал радиолиний для заданной дальности связи в условиях распространения радиосигнала в свободном пространстве. Для тропосферной радиолинии и радиоканалов сотовой мобильной связи в городе, когда прямой луч отсутствует, определяется для заданной дальности связи медианное значение сигнала по формулам и кривым, построенных на основе экспериментальных данных. Для тропосферной радиолинии вычисляется медианное значение сигнала для наихудшего месяца (зимы).

Далее для всех радиорелейных линий связи, работающих на частотах выше 8 - 10 ГГц, определяется поглощение радиосигнала в дожде и производится увеличение ранее рассчитанного энергетического потенциала радиолинии на величину поглощения радиосигнала в дожде.

Для каналов связи, в которых присутствует прямой и отраженные лучи, определяются характеристики отраженных лучей для наиболее тяжелых условий связи. При этом углы скольжения отраженных лучей являются весьма малыми и во многих случаях выполняются условия их зеркального отражения от поверхности Земли. При этом возможно использовать для расчетов двухлучевую модель распространения радиосигнала (прямой луч и один зеркальный отраженный луч).

Для радиорелейной связи необходимо вычислить сумму прямого и отраженного от поверхности Земли луча с учетом фазы и коэффициента отражения зеркального луча. Эта сумма определяет мощность принимаемого сигнала, которая оказывается много меньше мощности прямого луча. Эти потери сигнала называются интерференционными и энергетический потенциал радиорелейной линии связи должен быть увеличен на величину этих потерь.

Кроме этого в радиорелейной линии связи присутствуют отраженные от тропосферы лучи, которые вызывают быстрые замирания сигнала. Отраженные от тропосферы лучи образуют сигнал с гауссовским распределением вероятности и с огибаюшей, распределенной по закону Релея. Для компенсации уменьшения уровня сигнала при быстрых замираниях сигнала необходимо предусмотреть дополнительный запас по энергетике радиорелейной линии связи.

В радиолиниях, работающих на отраженных лучах, необходимо учесть медленные и быстрые замирания радиосигнала. Быстрые замирания сигнала создаются множеством отраженных лучей в приемной антенне, огибающая которых подчиняется релеевскому закону. Медленные замирания сигнала в тропосферных линиях связи возникают при медленной смене перемешающихся неоднородностей тропосферы в луче направленной антенны.

Медленные замирания сигналов в тропосферных линиях связи описываются логарифмически-нормальным законом распределения вероятностей. Для компенсации уменьшения уровня принимаемого сигнала за счет медленных и быстрых замираний радиосигнала энергетический потенциал радиолиний должен соответственно быть увеличен.