Специальный выпуск "Спутниковая связь и вещание"-2025

есть за пределами пояса +/-20° и примерно до широт 60° N и 60° S. Применительно к анализу работы спутниковых линий на территории России особый интерес имеет оценка дополнительных потерь в спутниковых радиолиниях при об- служивании арктических широт. М еханизм ионосферных “мерцаний” Гипотетически “мерцания” – это многомерный случайный процесс, который можно представить как сумму синусоид со случайной ампли- тудой и фазой или полиномами со случайными коэффициентами, что подобно многолучевому распростра- нению электромагнитной волны, но с выраженной зависимостью от вре- мени. Амплитуды лучей зависят от значения коэффициента отражения от неоднородностей на пути распро- странения волны. В данном случае такими неоднородностями являются локальные образования в простран- стве ионосферы, образованные повы- шенной концентрацией электронов. Они могут быть различными по раз- мерам и плотности концентрации электронов, причем они нестабильны во времени и пространстве. Каждой неоднородности можно по- ставить в соответствие комплексный коэффициент отражения Г i для фиксированного момента времени. Коэффициент отражения характе- ризует рассеяние электромагнитной волны на неоднородности, и его сле- дует представить как некий много- полюсник (например, для упроще- ния как восьмиполюсник). Таким образом, упрощенной гипотетиче- ской моделью для спутниковой ра- диолинии в ионосфере может слу- жить цепочка многополюсников. С уверенностью можно принять, что модуль Г i значительно менее 1: Г i = (n i -1) 2 /(n i +1) 2 , где n i = (1- 80,8 N i /f 2 ) 0,5 – коэффи- циент преломления; f – частота сигнала, Гц; N i – концентрация электронов в м 3 (табл. 1). Цепочка многополюсников приво- дится к цепочке четырехполюсни- ков, и для электромагнитной волны, распространяющейся в радиолинии, можно записать следующее выраже- ние для комплексного коэффици- ента передачи Т между антенной КА и земной станцией (или наоборот) с учетом малости Г i , Т = П(1+Г i )е- γ Li /(1 - Σ Г i Г k е -2 γ Lik ), (1) где γ – постоянная распространения в вакууме; L ik – расстояния между взаимодей- ствующими неоднородностями; L i – расстояния между смежными неоднородностями. П – обозначает произведение, рав- ное числу взаимодействующих не- однородностей i. Подобная задача рассматривается в [3, 4] применительно к волновод- ным системам при условии, что не- однородности стабильны во времени и пространстве. В этом случае про- цесс стационарный и эргодический. Но в данной задаче неоднородности нестабильны по величине, во вре- мени и в пространстве, поэтому за- дача моделирования этого процесса корректного решения не имеет. Ре- шение возможно только на основе эмпирических оценок. Но в то же время можно сделать некоторые ка- чественные выводы, которые сле- дуют из оценки выражения (1) для модуля коэффициента передачи: │ T │ = П │ T i │ e -A [1+ │ Г │ i │ Г │ k e -Аik cos (2 β L ik )], (2) где A = 2,3lg (4 π L/ λ ) – уменьше- ние интенсивности сигнала в радио- линии, непер; A ik = 2,3lg (4 π L ik / λ ) – уменьше- ние интенсивности сигнала на линии взаимодействия неоднородно- стей, непер; β = 2 π / λ – фазовая постоянная распространения волны. А именно (2) обращает на себя вни- мание тем, что коэффициент пере- дачи является быстро осциллирую- щей функцией, причем может воз- никнуть ситуация, при которой │ T │ > 1, то есть происходит не только уменьшение интенсивности сигнала, но и его как бы усиление на отдельных частотах по отноше- нию к регулярной зависимости e -A . Причем на частотах, где возникают максимумы за счет пульсации зату- хания, групповое время запаздыва- ния уменьшается, то есть групповая скорость распространения волны увеличивается по отношению к групповой скорости распростране- ния в вакууме, что является пара- доксальным эффектом [5, 6]. Этот эффект несложно показать экспери- ментально при изменении группо- вого времени запаздывания в линии передачи (например, в РЧ-кабеле) с неоднородностями, в простейшем случае с двумя неоднородностями на входе и выходе [5, 6]. Причем квазипериоды осцилляций затухания формируются из сложе- ния синусоид с разными периодами 2 β L ik . Полоса частот, в которой на- блюдается размах затухания в про- цессе амплитудных “мерцаний”, за- висит от расстояния взаимодействия неоднородностей: Δ f ik = V гр /2L ik ≈ С/ L ik . Применительно к спутниковым си- стемам связи интерес представляют оценки не фазовых, а амплитудных сцинтилляций, с целью корректного учета затухания в радиолинии. Исследования в этой области по со- стоянию на 2023 г. в основном скон- центрированы в [2]. Дополнитель- ные материалы представлены в ре- комендациях ITU-R P.371, P. 618, P.844, P.1239 P.2097, P.2297. О ценка потерь в радиолинии, вызванных ионосферными “мерцаниями” Потери (L p ) от ионосферных сцин- тилляций связаны с полным разма- хом флуктуаций P fluc (дБ) следую- щей зависимостью [2]: 98 Таблица 1 К онцентрация электронов, образующих неоднородности в слоях ионосферы Слой Расстояния от Земли (примерно), км Размер неоднородностей Концентрация электронов (Ni) в м 3 День Ночь D 60–90 Десятки метров 8*10 9 0 Е 90–120 Сотни метров 2*10 11 2*10 9 F1 120–200 Десятки километров 4*10 11 2*10 9 F2 200–400 2*10 12 3*10 11 Примечание: максимум концентрации электронов – на высоте 250 км.