Для эффективного использования тропосферного волновода в радиосвязи, особенно для обеспечения дальнего распространения УКВ, требуется применение мощных передатчиков и антенн с высоким коэффициентом усиления. Давайте разберем этот вопрос подробнее, опираясь на особенности тропосферного распространения и практические примеры.

1. Мощности передатчиков

Мощность передатчиков, используемых для тропосферного распространения УКВ, зависит от целей связи (любительская, профессиональная, военная), частотного диапазона, расстояния и условий распространения. Основные факторы, влияющие на выбор мощности:

• Затухание сигнала: В тропосферном волноводе часть энергии радиоволн теряется из-за полупрозрачности «стенок» волновода, рассеяния и поглощения в атмосфере. Для компенсации этих потерь требуется высокая мощность.
• Дальность связи: Чем больше расстояние, тем выше мощность передатчика, чтобы обеспечить достаточную напряженность поля на приемной стороне.
• Частотный диапазон: На более высоких частотах (например, 430 МГц, 1215 МГц, 10 ГГц) затухание в атмосфере может быть выше, что также требует увеличения мощности.

Примеры мощностей:

• Радиолюбительская связь:
• Для дальних тропосферных связей радиолюбители обычно используют передатчики мощностью от 50 Вт до 1 кВт. Например, на частотах 144 МГц (2-метровый диапазон) часто применяются мощности 100–400 Вт, а на 430 МГц (70-сантиметровый диапазон) — 50–200 Вт.
• На более высоких частотах (например, 1215 МГц или 10 ГГц) мощности могут быть ниже (10–100 Вт), так как антенны с высоким усилением компенсируют потери.
• Профессиональная связь (например, радиорелейные линии):
• В профессиональных системах, использующих тропосферное распространение (тропосферная радиосвязь), мощности передатчиков могут достигать 1–10 кВт и более, особенно для связи на расстояния 200–1000 км.
• Военные и радиолокационные системы:
• В радиолокационных станциях, работающих в условиях тропосферного волновода, мощности передатчиков могут составлять десятки и сотни киловатт (например, 50–500 кВт в импульсном режиме), чтобы обеспечить обнаружение объектов на больших расстояниях.

2. Антенны

Для тропосферного распространения УКВ антенны играют ключевую роль, так как их характеристики напрямую влияют на дальность и качество связи. Основные требования к антеннам:

• Высокий коэффициент усиления: Антенны должны концентрировать излучение в узкий луч, чтобы компенсировать потери сигнала на больших расстояниях.
• Направленность: Узконаправленные антенны позволяют минимизировать потери энергии и повысить эффективность связи.
• Поляризация: Обычно используется горизонтальная поляризация, так как она лучше подходит для тропосферного распространения (меньше потерь при отражении от земной поверхности).
• Высота установки: Антенны должны быть установлены на достаточной высоте, чтобы минимизировать влияние местных препятствий и максимально использовать рефракционные свойства тропосферы.

Типы антенн:

• Яги-Уда (Yagi-Uda):
• Это наиболее популярный тип антенн среди радиолюбителей для УКВ-диапазона (144 МГц, 430 МГц). Антенны Яги состоят из активного элемента (вибратора), рефлектора и нескольких директоров.
• Коэффициент усиления: 10–20 дБи (в зависимости от числа элементов). Например, антенна с 10–15 элементами обеспечивает усиление около 12–15 дБи.
• Пример использования: Радиолюбители для связи на 144 МГц часто используют антенны Яги с усилением 15 дБи, установленные на высоте 10–20 м.
• Параболические антенны:
• Используются на более высоких частотах (1215 МГц, 10 ГГц и выше), где требуется высокая направленность и усиление.
• Коэффициент усиления: 20–40 дБи и более, в зависимости от диаметра рефлектора. Например, параболическая антенна диаметром 1 м на частоте 10 ГГц обеспечивает усиление около 30 дБи.
• Пример использования: Профессиональные тропосферные радиолинии и радиолокационные системы.
• Антенные решетки (фазированные решетки):
• Используются в профессиональных и военных системах для формирования узконаправленного луча и управления его направлением.
• Коэффициент усиления: До 30–50 дБи.
• Пример использования: Военные тропосферные радиостанции для связи на расстояния 500–1000 км.
• Штыревые антенны (диполи, вертикальные антенны):
• Используются редко, так как имеют низкое усиление (около 2–6 дБи) и не подходят для дальних связей в условиях тропосферного волновода.

Высота установки антенн:

• Высота установки антенн критически важна, так как тропосферный волновод эффективен только при определенных условиях рефракции. Антенны обычно устанавливаются на высоте 10–50 м (для радиолюбителей) или 50–200 м (для профессиональных систем), чтобы обеспечить прямую видимость горизонта и минимизировать влияние местных препятствий.
• В радиолокационных системах антенны могут устанавливаться на вышках высотой до 100–300 м, чтобы увеличить зону покрытия.

3. Практические примеры

• Радиолюбительская связь:
• Частота: 144 МГц.
• Мощность передатчика: 100–400 Вт.
• Антенна: Яги с 10–15 элементами (усиление 12–15 дБи), установленная на высоте 15 м.
• Дальность связи: До 500–1000 км в условиях тропосферного волновода.
• Профессиональная тропосферная радиосвязь:
• Частота: 430 МГц или 2 ГГц.
• Мощность передатчика: 1–10 кВт.
• Антенна: Параболическая антенна диаметром 2–3 м (усиление 25–35 дБи), установленная на вышке высотой 100 м.
• Дальность связи: До 1000 км.
• Радиолокация:
• Частота: 200 МГц или 3 ГГц.
• Мощность передатчика: 50–500 кВт (импульсный режим).
• Антенна: Фазированная антенная решетка или параболическая антенна с усилением 30–40 дБи, установленная на высоте 100–300 м.
• Дальность обнаружения: До 1000 км в условиях тропосферного волновода.

4. Рекомендации по выбору оборудования

• Для радиолюбителей:
• Используйте передатчики мощностью 100–400 Вт и антенны Яги с усилением не менее 12 дБи. На более высоких частотах (например, 10 ГГц) можно применять параболические антенны с усилением 20–30 дБи.
• Устанавливайте антенны как можно выше (например, на мачтах или крышах зданий), чтобы минимизировать влияние местных препятствий.
• Для профессиональных систем:
• Используйте передатчики мощностью 1–10 кВт и параболические антенны с усилением 25–40 дБи.
• Рассмотрите возможность применения антенных решеток для адаптивного управления лучом.
• Устанавливайте антенны на высоких вышках (50–200 м), чтобы увеличить зону покрытия.
• Для радиолокации:
• Используйте импульсные передатчики высокой мощности (50–500 кВт) и антенны с усилением 30–50 дБи.
• Обеспечьте точную настройку оборудования для учета метеорологических условий и минимизации влияния тропосферного волновода на видимость объектов на разных высотах.

5. Зависимость от частоты

• На более низких частотах (например, 144 МГц) требуется большая высота тропосферного волновода (не менее 400 м), что встречается реже, поэтому для эффективной связи нужны более мощные передатчики и антенны с высоким усилением.
• На более высоких частотах (430 МГц, 1215 МГц, 10 ГГц) условия сверхрефракции возникают чаще, и высота волновода может быть меньше (например, 100 м для 430 МГц), что позволяет использовать менее мощные передатчики, но требует антенн с еще большим усилением из-за увеличения затухания в атмосфере.

6. Дополнительные факторы

• Метеорологические условия: Для эффективного использования тропосферного волновода важно учитывать прогноз погоды, так как антициклоны и инверсии температуры значительно улучшают условия связи.
• Интерференция: На больших расстояниях возможно наложение сигналов из-за многократных отражений, что требует применения узконаправленных антенн и фильтров.
• Энергопотребление: Высокие мощности передатчиков требуют значительных затрат энергии, что может быть ограничением для мобильных или автономных систем.