Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - H. 41. 6 november 1956 - Långdistansförbindelser med spridningssignaler, av Gösta Carlson
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
20 november 1956
949
darstationer på mycket stort avstånd. En kraftig
utvidgning av FM- och TV-näten fordrade bl.a.
en närmare undersökning av fältets avtagande
bortom horisonten.
Undersökningarna visar att avvikelser från
diffraktionsteorin erhålles redan, då det
beräknade diffraktionsfältet sjunkit till ca 40 dB
under "fri rymd"-nivån och således på relativt
litet avstånd bortom horisonten. Som en trolig
orsak till detta fenomen anges spridning av
radiovågorna i den turbulenta troposfären5-6. Man
har också antagit, att fältet kan uppkomma
genom partiella reflektioner på grund av ett med
höjden över jordytan ständigt avtagande
brytningsindex9. Ännu har man emellertid ej kunnat
förklara dessa signalers speciella karaktär med
den senare teorin, medan spridningsteorin, även
om ej fullkomlig, tycks ge ganska god
överensstämmelse med gjorda mätningar.
Då atmosfärens dielektricitetskonstant (brytningsindex)
normalt avtar med höjden över jordytan för att
asymptotiskt gå mot värdet för vakuum, erhålles en svag
refraktion av radiovågorna mot jordytan. Hänsyn till detta
tas genom att man vid räckviddsberäkningar räknar med
en något för stor jordradie, dvs. mindre krökt jordyta
(7S jordradie vid "normalatmosfär")10. Under vissa
betingelser erhålles avvikelser från detta normalfall, vilket ger
onormala vågutbredningsförhållanden som följd, t.ex.
led-skiktsutbredning. Dessutom förekommer alltid små
fluktuationer i dielektricitetskonstantens värde, då atmosfären
är ett turbulent medium. I många fall behöver man ej ta
hänsyn till dessa fluktuationer, då de stör primärfältet
ytterst obetydligt. Störningen ger emellertid upphov till
ett svagt sekundärfält, spridningsfältet, vilket blir mätbart
inom diffraktionszonen, då diffraktionsfältet antagit ett
relativt lågt värde.
Troposfären kan betraktas som ett "blåsigt" dielektrikum,
där blåsornas dielektricitetskonstant avviker från
medelvärdet s med kvantiteten As. Varje sådan inhomogenitet
kan sägas polariseras av en infallande elektromagnetisk
våg och omger sig med ett sekundärfält, vars storlek är
proportionell mot As. Genom summation över hela den
belysta volymen erhålles så det tota’a sekundärfältet.
Införes begreppet turbulensskala, ett mått på blåsornas
storlek, och antas turbulensen vara fullständigt isotrop, kan
följande formel för spridningseffekten erhållas.
(A e/sy (2 n l/ÅY Sin2 X
i x) =
(2)
Å[l +(4tt///1)2 sin2 (0/2)]2
där c ( 6, X) är spridningseffekten mätt per
rymdvinkels-enhet, volymsenhet och per infallande effekttäthetsenhet5.
(As/s)2 är relativa kvadratiska medelavvikelsen för luftens
dielektricitetskonstant, dvs. turbulensens intensitet, /
turbulensskalan samt A våglängden.
Turbulensskalan angavs i det föregående vara ett mått
på blåsornas storlek, vilket är något missvisande. Den är
egentligen en statistiskt definierad storhet fastlagd till
korrelationsbegreppet. Mäts dielektricitetskonstanten i två
närbelägna punkter erhålles i stort sett samma värde, full
korrelation. Allt eftersom mätpunkterna skiljs åt avtar
korrelationen, och det avstånd, vid vilket
korrelationskoefficienten sjunkit till 1/e, har definierats som
turbulensskala. Vid härledning av ekv. (2) har man dessutom
antagit, att korrelationsfunktionen kan skrivas som
Q^e~r’1 (3)
Detta är ett i någon mån godtyckligt antagande och kan
innebära ett stort fel som också påpekas i litterauren11.
Hooker och Gordon valde emellertid denna enkla funktion,
Fig. 3. Troposfärspridningssignalen som funktion au
avståndet; - beräknad (Gordon),–-uppmätt (Megaw).
vilket i och för sig kunde vara ganska välmotiverat, då
denna ansats förenklade beräkningarna och varje annat
antagande kunde vara lika felaktigt, eftersom vetskapen
om atmosfärens turbulens ur radiosynpunkt var ganska
begränsad. Å andra sidan kan man diskutera lämpligheten
av att införa korrelationen i rummet i stället för tiden,
vilken senare borde vara lättare att verifiera med
mätningar.
Ekv. (2) ger två helt olika spridningstyper beroende på
förhållandet mellan turbulensskala och våglängd. Vid den
ena är [(4 nl/X) sin 6/2]2 mycket större än 1.
Spridningseffekten är proportionell mot A-4 och helt isotrop. (Jfr
med Rayleigh’s teori för solljusets spridning, himlens blå
färg.) Vid den andra är samma uttryck mycket mindre än
1. Spridningseffekten är då proportionell mot 6~* och
våglängdsoberoende.
Mätningar med flygburna mikrovågsrefraktometrar under
senare år12’13 har visat att turbulensskalan uppgår till
mellan 20 och 130 m, varför ekv. (2) för aktuella frekvenser
och överföringsavstånd kan skrivas
a-fél/£’*/<>.
2 ni 0* Pl
(4)
där Sp är en av höjden över jordytan beroende
spridningsparameter.
Då som redan påpekats spridningsfältet är mycket svagt,
måste högdirektiva antenner användas, för att
spridningseffekten praktiskt skall kunna utnyttjas. Följande formler
för mottagen spridningseffekt P har därför beräknats för
riktade förbindelser.
Om Sp antas avta med höjdens andra potens fås enligt
Gordon"
P/Pfrn = 4 • IQ"8 ae*/d5
(5)
där ae är ekvivalent jordradie, d avståndet mellan sändare
och mottagare samt Pfrn"fri rymd"-nivå. Denna ekvation
gäller endast för måttligt direktiva antenner. Är
antennernas halveffektvinkel oc mindre än minsta spridningsvinkel
erhålles15
P/Pfrn = sp et» aes/d* (6)
Ekv. (6) visar, att en ökning av direktiviteten ej ökar
den mottagna signalen på samma sätt som vid "fri
rymd"-utbredning. Totala direktiviteten är proportionell mot 1 /oà
och interaktionsvolymen mot oc3, varför spridningssignalen
blir proportionell mot 1 /oc. Denna "förlust" av direktivitet
hänger samman med att spridningsvågens plana fasfront
har ganska begränsade dimensioner. Är de använda
antennernas absorptionsytor större än fasfrontens plana del
realiseras "fri rymd"-direktiviteten ej helt. Gordon har
emellertid gjort så grova approximationer vid sitt
integrationsförfarande, att antenndiagrammens inverkan på den
nyttiga spridningsvolymen helt försummats.
Fältstyrkemätningar har tidvis gett en betydligt mindre
avståndsdämpning än vad de givna formlerna ger. Gordon
har förklarat detta med förekomsten av turbulenta skikt
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
