Основными факторами, определяющими выбор рабочих частот для спутни-ковых сетей связи, являются наличие на трассе распространения радиосигналов атмосферы Земли и внешних источников шума, принимаемых антеннами ЗС и ретрансляторов. Затухание радиоволн в невозмущенной атмосфере обусловлено в основном поглощением кислородом и водяным паром тропосферного слоя, а также ионосферой. Потери сигнала в ионосфере на достаточно высоких частотах определяются формулой [5]:

L_h[дб]=(2.10^-4/4.10^-3)/f²[ггц]

На частотах выше 0,2 ГГц ионосферные потери становятся весьма малыми (менее 0,1 дБ), и их можно не учитывать. Удельное поглощение кислородом и водяным паром зависит от давления, влажности, температуры и частоты. Для ко-личественного определения составляющих потерь пользуются соотношениями [5]:

- удельное поглощение кислородом [дБ/км]:

L_k^'=0,321.pf²/T²[P/(f²/900)+P²+P/(2+F/30)²+P²+P/(2-F/30)²+P²]

- удельное поглощение водяным
L_B^'=5,72PF²/T^2,5e^644/T[P/(F/30-0.741)²+P²+P/(F/30-0.741)²+P²+0,0163F²P/T]

где f- частота радиосигнала [ГГц], p- давление [кПа], Т- температура [K0], - средняя абсолютная влажность воздуха [r/M3]

Частотная зависимость составляющих затухания сигналов в спокойной ат-мосфере, рассчитанная по приведенным выше соотношениям для стандартных параметров Т=290°К, Р = 101 кПа, р=8 г/м3 атмосферы

Составляющие удельных потерь энергии радиосигналов в спокойной атмосфере

В связи с резонансным поглощением водяным паром на частоте 235 ГГц в диапазоне 14-30 ГГц затухание, вносимое паром, превалирует. Полное поглощение атмосферными газами в спокойной атмосфере можно рас-считать по формуле:

L_C[дб]=L_K^'l_K+L_Bl_B

где lk и lB - длина пути радиосигнала в слоях кислорода и водяного пара соответственно.

Длину пути сигнала в примыкающем к земной поверхности поглощающем слое высотой h можно получить, воспользовавшись формулами элементарной тригонометрии:

Из данных таблицы 1.1.4.1 следует, что на частотах до 10 ГГц потери сигнала в спокойной атмосфере не превышают 0,4 дБ, а в диапазоне частот до 30 ГГц потери в худшем случае (при у = 10°) не превышают 2,5 дБ. Свой вклад в общее ослабление радиосигналов в атмосфере могут вносить находящиеся в ней частицы различных веществ воды в виде гидрометеоров (дождь, снег, туман, град, облака), а также пыли и дыма. Ослабление в данном случае ловлено рассеянием и поглощением части энергии электромагнитных коле-баний. Затухание радиосигналов пропорционально относительному размеру частиц по отношению к длине волны, их концентрации и диэлектрической прони-цаемости. Частицы пыли и дыма, благодаря их малым относительным размерам и низкой диэлектрической проницаемости, практически никакого влияния на ослабление сигналов в рассматриваемом диапазоне частот не оказывают. Влияние кристаллов льда в виде ледяных облаков, сухого снега и града не ощущается, поскольку диэлектрическая проницаемость льда существенно ниже, чем воды. Влияние водяных облаков и тумана так же мало из-за малого размера и концен-трации частиц в этих образованиях (диаметр капель менее 0,2 мм). В наиболь-шей степени радиосигналы ослабляются крупными частицами мокрого снега и града, однако в большинстве регионов эти природные явления наблюдаются весьма редко, поэтому обычно их влиянием пренебрегают. Существенное влияние на ослабление сигналов оказывает дождь. Интегральным параметром дождя, учитывающим размеры, концентрацию, скорость падения капель и во многом опре-деляющим ослабление радиосигналов, является интенсивность дождя - 1[мм/час]. Полное затухание радиоволн в атмосфере с учетом дождя зависит от интенсив-ности осадков, пространственного расположения дождевой зоны и является слу-чайной величиной. Если известна плотность распределения интенсивности осад-ков w(I), можно говорить о доверительной вероятности того, что интенсивность дождя не превысит некоторой максимальной величины /т, которую часто назы-вают коэффициентом доступности (готовности) канала связи - К д:

Наиболее полной и строгой моделью затухания ра-диоволн в дожде является модель Крейна [1.1.4.3]. Приемлемую для практики точность обеспечивает упрощенная методика, базирующаяся на допущении об однородности свойств дождя в пределах всего объема дождевого слоя [1.1.4.4]. Рассмотрим эту чрезвычайно простую и полезную методику. Потери сигнала в дожде рассчитываются по эмпирической формуле:

L_Д=AI^bl[дб]

Где I - интенсивность выпадения осадков [ мм/ч], l - длина пути сигнала в дождевом слое, а и b - вспомогательные коэффициенты.

Интенсивность дождя 1 имеет статистический характер и во многом опреде-ляется местом расположения ЗС. В соответствии со средним уровнем осадков на поверхности Земли выделено 14 разновидностей климатических зон. Для каждой зоны на основании статистики многолетних метеонаблюдений определено максимальное (с некоторой доверительной вероятностью Кд) значе-ние 1, которое и является исходным при расчете потерь сигнала в дожде. Исходные значения интенсивности дождя для различных климатических зон приведены , а географическое расположение зон показано н

Оценим в качестве примера потери сигнала в дожде для ЗС, работающей на передачу в диапазоне f= 30 ГГц при угле возвышения антенны у = 10° и распо-ложенной на широте 60°, высоте над уровнем моря kэс, равной нулю, в климати-ческой зоне М. Допустимый коэффициент доступности канала связи Кл = 0,99. Непосредственно из таблицы 1.1.4.2 находим, что интенсивность дождя соста-вит 4 мм/ч.

Эффективным средством снижения потерь мощности сигнала в радиолиниях вниз является использование техники разнесенного приема. Анализ показывает, что в точках приема, удаленных на расстояние около 20 км, параметры атмосфе-ры практически некоррелированы. Более того, даже при сближении точек прие-ма до 7-8 км коэффициент корреляции между интенсивностями выпадения осадков не превышает 0,2, что дает примерно такие же результаты, что и для не-коррелированных состояний атмосферы [1.1.4.7]. Затухание сигналов с учетом дождя приведено .

---------- без учета дождя

______ с учетом дождя