Спосіб передачі сигналів на інтервалі тропосферної радіорелейної лінії

Спосіб передачі сигналів на інтервалі тропосферної радіорелейної лінії, який полягає у тому, що антеною радіопередавача попередньої станції радіорелейної лінії у напрямку антени радіоприймача наступної станції радіорелейної лінії випромінюють радіосигнали, антеною радіоприймача наступної станції радіорелейної лінії приймають радіосигнали радіопередавача попередньої станції радіорелейної лінії, які розсіюються на неоднорідностях показника заломлювання тропосфери для радіосигналів, який відрізняється тим, що у об'єм тропосфери, у якому виникає розсіювання радіосигналів, випромінюють акустичні хвилі, які спрямовані вертикально вгору, довжина яких пов'язана з довжиною хвилі несучої частоти радіосигналів за умовою Брегга і які створюють у тропосфері штучні неоднорідності показника заломлювання високої інтенсивності для радіохвиль. Винахід належить до систем радіозв’язку, а саме до тропосферних радіорелейних ліній, і може бути використаний при створенні тропосферних радіорелейних ліній. Відомий спосіб передачі сигналів на інтервалі радіорелейної лінії, який базується на передачі сигналів з антени радіопередавача попередньої станції радіорелейної лінії до антени радіоприймача наступної станції радіорелейної лінії на відстані прямого бачення (Радиорелейные и спутниковые системы передачи / Под ред. А.С Немировского М.: Радио и связь, 1986. - С. 225). Недоліком такого способу передачі сигналів на інтервалі радіорелейної лінії є його недостатня довжина, яка лежить у межах 30-70 км, що призводить до необхідності створення великої кількості проміжних та вузлових радіорелейних станцій на трасі радіорелейної лінії (Радиорелейные и спутниковые системы передачи / Под ред. А.С. Немировского - М.: Радио и связь, 1986. - С. 225). Найближчим за технічною суттю до заявленого є спосіб передачі сигналів на інтервалі радіоре лейної лінії, що використовує розсіювання радіохвиль на тропосферних неоднорідностях атмосферного тиску, температури та вологості повітря (Радиорелейные и спутниковые системы передачи / Под ред. А.С. Немировского - М.: Радио и связь, 1986. - С. 271). Недоліком такого способу є недостатня довжина інтервалу тропосферної радіорелейної лінії. Технічною задачею винаходу є підвищення довжини інтервалу тропосферної радіорелейної лінії шляхом застосування акустичних хвиль, які створюють на шляху свого проходження штучні неоднорідності показника заломлювання для радіохвиль з інтенсивністю, яка значно перевищує інтенсивність неоднорідностей природного походження, забезпечує суттєве підвищення рівня розсіяних радіосигналів і, як наслідок, дозволяє підвищити довжину інтервалу тропосферної радіорелейної лінії. Ця задача вирішена таким чином. У способі передачі сигналів на інтервалі тропосферної радіорелейної лінії, який полягає у тому, що антеною (19) UA (11) 95137 (13) (21) a200911409 (22) 09.11.2009 (24) 11.07.2011 (46) 11.07.2011, Бюл.№ 13, 2011 р. (72) КАРТАШОВ ВОЛОДИМИР МИХАЙЛОВИЧ, БАБКІН СТАНІСЛАВ ІВАНОВИЧ, ПАЩЕНКО СЕРГІЙ ВАСИЛЬОВИЧ, ЯЦЕНКО ПАВЛО ОЛЕКСІЙОВИЧ, КИРПАТОВСЬКИЙ АНТОН ІГОРОВИЧ (73) ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ (56) SU 1670641 A1; 15.08.1991 SU 1130809 A1; 23.12.1984 RU 2196345 C2; 10.01.2003 RU 2267139 C2; 27.12.2005 JP 58014634 A; 27.01.1983 Радиорелейные и спутниковые системы передачи / Под ред. А.С. Немировского - М.: Радио и связь, 1986. - С. 271 UA 46150 C2; 15.05.2002 UA 29963 U; 11.02.2008 SU 1076848 A1; 28.02.1984 C2 1 3 радіопередавача попередньої станції радіорелейної лінії у напрямку антени радіоприймача наступної станції радіорелейної лінії випромінюють радіосигнали, антеною радіоприймача наступної станції радіорелейної лінії приймають радіосигнали радіопередавача попередньої станції радіорелейної лінії, які розсіюються на неоднорідностях показника заломлювання тропосфери для радіосигналів, згідно з винаходом, у об'єм тропосфери, у якому виникає розсіювання радіосигналів, випромінюють акустичні хвилі, які спрямовані вертикально угору, довжина яких пов'язана з довжиною хвилі несучої частоти радіосигналів умовою Брегга і які створюють у тропосфері штучні неоднорідності показника заломлювання високої інтенсивності для радіохвиль. На Фіг.1 подано принцип використання акустичних хвиль для передачі сигналів на інтервалі тропосферної радіорелейної лінії. На Фіг.2 подано структурну схему пристрою для реалізації пропонованого способу. Розглянемо більш докладно запропонований спосіб. Підґрунтям запропонованого способу є брегівська дифракція радіохвиль на акустичних хвилях у атмосфері. У цьому випадку радіохвилі Е (див. Фіг.1), випромінені радіопередавачем РП, частково відбиваються від структури S, синусоїдально промодульованої щільності атмосфери звуком, випроміненим передавачем акустичним ПА. Якщо радіохвиля падає на акустичну хвилю під кутом Брегга, то відбувається синфазне складання радіохвиль Ер (або складання амплітуд усіх радіохвиль, які відбиті як різними площинами, так і сусідніми дільницями однієї площини) (Каллистратова М.А., Кон А.И. Радиоакустическое зондирование атмосферы. - М.: Наука, 1985. - С. 9-10). Рівень розсіяного сигналу, достатній для прийому радіоприймачем РПР, досягається підбором відповідного відношення довжини радіохвиль до довжини акустичних хвиль і кутом падіння радіохвилі на акустичну хвилю (виконанням умови Брегга) та використанням достатньо потужного акустичного передавача ПА, який створює високу інтенсивність акустичної решітки у об'ємі розсіювання. Для забезпечення відношення сигнал/шум, яке дорівнює 10, потенціал радіоакустичного локатора (радара) повинен бути біля 170 дБ, що на 30-60 дБ менше, ніж значення потенціалу метеорологічного радіолокатора, здатного приймати радіосигнал, розсіяний природними турбулентними неоднорідностями атмосфери ("відбиття від ясного неба") (Каллистратова М.А., Кон А.И. Радиоакустическое зондирование атмосферы. - М.: Наука, 1985. - С. 13-14). Такого ж порядку є втрати на інтервалі існуючих тропосферних радіорелейних ліній 200...250 дБ ((Радиорелейные и спутниковые системы передачи / Под ред. А.С. Немировского. - М.: Радио и связь, 1986, - С. 271). Тому використання на інтервалі тропосферної радіорелейної лінії апаратури з типовим енергетичним потенціалом (260-280 дБ) і відношенням сигнал/шум, яке дорівнює 10, а також акустичного передавача, який створює штучний акустичний відбивач з можливи 95137 4 ми фізичними параметрами, дозволяє підвищити довжину інтервалу такої лінії. Таким чином, при випроміненні у об'єм тропосфери, у якому відбувається розсіювання радіосигналів, акустичних хвиль, які спрямовані вертикально угору, довжина яких пов'язана з довжиною хвилі несучої частоти радіосигналів умовою Брегга і які створюють штучні неоднорідності показника заломлювання у тропосфері для радіохвиль, підвищується довжина інтервалу передачі сигналів тропосферної радіорелейної лінії. Реалізація запропонованого способу здійснюється таким чином. Передачу радіосигналів проводять за допомогою апаратури інтервалу тропосферної радіорелейної лінії. Довжину інтервалу тропосферної радіорелейної лінії R розраховують з використанням модифікованої формули з (Tonning A. Scattering of Electromagnetic Waves by an Acoustic Disturbance in the Atmosphere. - App.Sci.Res. 1957, 6, Section B, p. 401-421): 2  V  1 2 Pa  ,  cos 2 G1G 2    32 C a  S  R 2  де  - енергетичний потенціал радіоканалу зв'язку,  - довжина хвилі несучої частоти радіосигналів, Pa - акустична потужність, яка проходить через об'єм розсіювання у формі циліндра,  - кут поміж векторами падаючої та розсіяною хвилями, G1 та G 2 - коефіцієнт підсилення антен радіоканалу, V - об'єм циліндра розсіювання, Ca - швидкість звуку, яка визначається значеннями температури та вологості повітря, а також атмосферного тиску;  - щільність повітря; S - поперечний переріз циліндра; R  r1  r2 - довжина інтервалу при R  H ( H - висота знаходження R циліндра), оскільки у цьому випадку r1  і 2 R – при розміщенні точки випромінення акусr2  2 тичних хвиль посередині інтервалу; а r1 та r2 відстань від радіопередавача до об'єму розсіювання та відстань від радіоприймача до об'єму розсіювання відповідно (Фіг.1). Далі з точки на середині інтервалу тропосферної радіорелейної лінії вертикально угору випромінюють акустичні хвилі, які створюють штучні неоднорідності показника заломлювання у тропосфері для радіохвиль. Антеною радіопередавача попередньої станції радіорелейної лінії, яка скерована на об'єм розсіювання, через який розповсюджуються акустичні хвилі, у напрямку антени радіоприймача наступної станції радіорелейної лінії випромінюють радіосигнали. Параметри акустичних хвиль - частоту синусоїдального заповнення, тривалість та потужність випромінення - формують за допомогою звукової карти персонального комп'ютера. Довжину акустичних хвиль вибирають у такий спосіб, щоб умова Брегга - необхідне співвідношення довжин радіохвиль і акустичних хвиль - виконувалась на висоті знаходжен 5 ня об'єму розсіювання. Для цього термометром вимірюють приземну температуру повітря на рівні верхнього зрізу акустичної антени, далі (з урахуванням наявного вертикального градієнту температури повітря) розраховують швидкість звуку за формулою (Каллистратова М.А., Кон А.И. Радиоакустическое зондирование атмосферы. - М.: Наука, 1985. - С. 7): c a  a T , (1) де T - температура повітря у градусах Кельвіна, a - коефіцієнт, який слабко залежить від во2 логості повітря, м/с (°С) , і довжину акустичної хвилі, необхідної для виконання для виконання умови Брегга на висоті знаходження об'єму розсіювання для несучої частоти радіоапаратури інтервалу, за формулою (умова Брегга) (Каллистратова М.А., Кон А.И. Радиоакустическое зондирование атмосферы. - М.: Наука, 1985. - С. 10): 2 a cos    , (2) де  a - довжина хвилі акустичного випромінення. Частоту звукових коливань, які мають бути випроміненими у атмосферу, знаходять за відомою з фізики формулою: C F  a . (3) a Антену радіоприймача наступної станції тропосферної радіорелейної лінії скеровують на об'єм розсіювання, через який розповсюджуються акустичні хвилі, і приймають радіосигнали радіопередавача попередньої станції радіорелейної лінії. Пристрій для передачі сигналів на інтервалі тропосферної радіорелейної лінії (Фіг.2). Пристрій містить радіопередавач 1, вихід якого з'єднаний зі входом антени радіопередавача 2, передавач акустичний 3, перший вихід якого з'єднаний зі входом антени акустичної 4, а другий - зі входом персонального комп’ютера 5, вихід якого з'єднаний зі вхо 95137 6 дом передавача акустичного 3, і радіоприймач 6, вхід якого з'єднаний з виходом антени радіоприймача 7. Робота пристрою. Перед початком передачі сигналів по інтервалу тропосферної радіорелейної лінії у персональний комп'ютер 5, який керує роботою акустичного передавача та проводить необхідні розрахунки, вводяться дані: про дату та час випромінення акустичних хвиль, довжину електромагнітної хвилі радіоапаратури інтервалу тропосферної радіорелейної лінії, значення коефіцієнта а та значення приземної температури повітря. Радіопередавач 1 формує вихідні коливання високої частоти заданої потужності, які подаються на вхід антени радіопередавача 2, де перетворюються у електромагнітні коливання та випромінюються у напрямку об’єму розсіювання. За командою "Пуск" персональний комп'ютер 5 за допомогою звукової карти генерує електричні коливання звукової частоти, які подаються на вхід передавача акустичного 3, у якому звукові коливання підсилюються до заданої потужності і з виходу якого подаються до входу антени акустичної 4, за допомогою якої електричні коливання звукової частоти перетворюються у потужні акустичні коливання, які випромінюються вертикально угору. Антена радіоприймача 7, яка скерована на об'єм розсіювання, приймає розсіяні акустичними хвилями електромагнітні коливання і перетворює їх у електричні коливання, які надходять на вхід радіоприймача 6. Додатковий позитивний ефект способу передачі сигналів на інтервалі тропосферної радіорелейної лінії полягає у здешевленні побудови тропосферної радіорелейної лінії у цілому через зменшення кількості проміжних радіорелейних станцій та у підвищенні надійності передачі радіосигналів в умовах слабкої турбулентності та під час її відсутності, у тропосфері. 7 Комп’ютерна верстка А. Рябко 95137 8 Підписне Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601