О рассмотрении "Методики расчета электромагнитной совместимости земных станций фиксированной спутниковой службы и радиорелейных станций фиксированной службы гражданского назначения в полосах частот совместного использования от 1 ГГц до 40 ГГц"

5.1. Общие соображения

Известно, что наибольший вклад в создание взаимных помех между РЭС из-за рассеяния энергии СВЧ сигнала в гидрометеорных образованиях (дождь, снег, град и др.) дает дождь с большой интенсивностью осадков (10 и более мм/час). С физической точки зрения ясно, что наилучшие условия для возникновения таких помех возникают в случае, когда оси основных лепестков диаграмм передающей и приемной антенн (ДНА) пересекаются в центре дождевой зоны, где интенсивность дождя имеет наибольшее значение. При этом возникает дождевая зона определенного объема, которая возбуждается энергией СВЧ сигнала, содержащейся в секторе основного лепестка передающей антенны.

Рассеяние радиоволн в дождях может существенно ухудшить ЭМС РЭС, причем на больших расстояниях. Наиболее характерным примером является случай взаимодействия через рассеяние в дождях работающей на передачу земной станции спутниковой связи и приемников радиорелейных станций, работающих в заданном регионе вокруг ЗС.

Расчет мощности помех можно проводить несколькими методами, построенными на различных теориях. Наиболее известными являются теории однократного и многократного рассеяния, а также теория переноса излучения.

Теория однократного рассеяния - классический подход, широко применяемый при анализе распространения волн в разреженных случайных облаках рассеивателей. Ее особенностью является рассмотрение всего комплекса задач в два этапа. На первом этапе рассматриваются характеристики рассеяния и поглощения отдельной частицей. На втором - изучаются характеристики волн, обусловленных большим числом случайно распределенных в пространстве частиц. При этом рассеянными волнами вследствие взаимодействия между частицами (многократное рассеяние) пренебрегают. Этот подход предполагает сравнительно небольшую концентрацию рассеивающих частиц в объеме и малый диаметр частиц по сравнению с длиной волны . Обычно рассматривается Рэлеевское рассеяние, расчетные выражения для которого дают погрешность менее 5% при условии, что диаметр частиц меньше 0.1, что выполняется при интенсивностях дождей до, примерно, 60 мм/ч и частотах менее 10 ГГц. Поэтому для повышения точности расчетов мощности помех обычно вводится поправка на отклонение от Рэлеевского рассеяния.

Теория переноса излучения в случайном облаке частиц в отличие от строгой теории, исходящей из уравнений Максвелла, оперирует непосредственно с переносом энергии в среде, которая содержит частицы. При этом предполагается, что при сложении полей, обусловленных рассеянием частицами, отсутствует корреляция между ними. Поэтому складываются не сами поля, а их интенсивности. Исследование изменения интенсивности волны при ее прохождении через облако рассеивателей, а также других энергетических характеристик этого процесса, является предметом теории переноса излучения. Наиболее полное рассмотрение теории переноса излучения содержится в работе [26].

Направление и плотность потока энергии в хаотически неоднородной среде в заданной точке пространства r постоянно изменяются. Для их описания в теории переноса вводится понятие лучевой интенсивности J(r, s) - средней плотности потока мощности, содержащейся в единичном телесном угле и в единичном интервале частот, Вт/(мстерад·Гц), s-единичный вектор заданного направления. При распространении излучения в среде, содержащей частицы, поглощающие и рассеивающие энергию, величина лучевой интенсивности уменьшается с увеличением длины пути в такой среде. Это изменение описывается уравнением переноса - дифференциальным уравнением первой степени для J(r, s) вдоль луча с направлением s для элементарного объема dv . Переход к объему конечных размеров приводит к уравнению баланса мощностей. Обусловленная источником излучения входящая в объем мощность Р, расходуется на потери поглощения и на излучение из объема, поэтому:

.

В то же время излучаемая объемом мощность состоит из двух составляющих - части мощности Р, которая ослаблена при прохождении объема частиц лучом от его начала и до конца, и мощности рассеяния Р, то есть

.

Таким образом:

.

Коэффициент ослабления мощности сигнала K, проходящего через гидрометеоры, зависит от погонного ослабления .

При наличии информации о частоте излучения, поляризации сигнала, длине пути, по которому луч (луч ДН антенны) проходит через облако рассеивателей, а также мощности, входящей в облако рассеивателей, можно определить общую сумму потерь мощности Р+Р. Для определения Р сумму необходимо разделить на составляющие. Это можно сделать с использованием [13], где приводятся данные для комплексной диэлектрической проницаемости воды.