Замирание

з

ЗАМИРАНИЕ (ранее фединг, фадинг), уменьшение или вообще изменение силы приема радиосигналов вплоть до полного временного прекращения их приема в данном месте, вследствие изменений, происходящих в пространстве между приемником и передатчиком. 3амирание обнаруживается на всех волнах, используемых радиотехникой, однако, оно наиболее значительно и наиболее вредит радиоприему на средних (600—100 м) и коротких (100—10 м) волнах. На фиг. 1 показана кривая силы сигнала радиостанции, работающей на волне 300 м, записанная регистрирующим миллиамперметром, а на фиг. 2 - кривая замирания на короткой волне (31 м); ордината этой кривой - коэффициент слышимости.

Кривая силы сигнала радиостанции, работающей на волне 300 м, записанная регистрирующим миллиамперметром

Наблюдения показали, что замирания бывают следующих видов; 1) по времени действия - а) короткие, с продолжительностью в несколько долей секунды, б) продолжительные - в несколько секунд или даже минут;

2) по характеру - а) регулярные, с определенной повторяющейся периодичностью ослабления и усиления приема, б) нерегулярные.

Кривая замирания на короткой волне (31 м)

Категории замирания. Главными причинами замирания являются: 1) интерференция двух или нескольких лучей, пришедших от передатчика к приемнику путями различной длины; это т. н. интерференционное, или фазовое замирание; 2) изменение наклона поляризации волны - поляризационное замирание. 3) изменение поглощения отдельных лучей в верхних слоях атмосферы - абсорбционное замирание.

Опыт показывает, что основным видом замирания как на средних, так и на коротких волнах (больше чем в 80% случаев наблюдений) является интерференционное замирание, сопровождаемое и другими видами замираний, проявляющимися в лучах, пришедших к приемнику от верхних слоев атмосферы, - т. н. осложненное интерференционное замирание. Природа интерференционного замирание различна на средних и коротких волнах. На средних волнах в большинстве случаев происходит интерференция поверхностной волны, распространяющейся вдоль земной поверхности, с волнами, пришедшими к приемнику под углом относительно земли («нисходящие» волны) после отражения их от верхних слоев атмосферы (слой Хивисайда). На коротких волнах поверхностная волна очень быстро, в зависимости от расстояния, поглощается в почве, а потому замирание возникает вследствие интерференции нескольких нисходящих волн после отражения или рефракции их 1) от слоёв разной высоты, лежащих в вертикальной плоскости на пути между передатчиком и приемником, 2) от вертикальных поверхностей слоя Хивисайда, образуемых в «сумеречных» зонах и лежащих параллельно или под небольшим углом к вертикальной плоскости, проведенной через передатчик и приемник, и 3) от электронных концентраций, находящихся вблизи магнитных полюсов или выше слоя Хивисайда, - ближнее эхо (с запаздыванием сигнала порядка 0,01 сек.). Наконец, интерференция на короткой волне м. б. также вызвана т. н. круговыми волнами, обогнувшими земной шар и пришедшими к приемнику с противоположной стороны относительно кратчайшего расстояния по дуге большого круга до передатчика, - мировое эхо (с запаздыванием сигнала порядка 0,1 сек.).

Теория замирания. Электрическое и магнитное поля нисходящих волн Е1 и Н1 и Е2 и Н2 (фиг. 3) м. б. разложены в плоскостях распространения волны на составляющие: 1) вертикальные Е'1 и Н'1 и Е'2 и Н'2 и 2) горизонтальные Е''1 и Н''1 и Е''2 и Н''2.

Zamiranie 3

Тогда в пункте О расположения приемной станции напряженность электрических и магнитного полей представится системой уравнений.

Координата ОХ: Нх=0,

Zamiranie 4

Координата OY (под прямым углом к плоскости чертежа фиг. 3): Еу=0,

Zamiranie 5

Координата OZ: Ez=0,

Zamiranie 6

Здесь w = 2πf - угловая частота волны, ϕ1, ϕ'1, ϕ''1, ϕ2, ϕ'2, ϕ''2 и т. д. - углы сдвига фазы между поверхностной волной и различными составляющими нисходящих пространственных волн. При приеме на вертикальную антенну ЭДС, возбуждаемая в антеннах, обусловливается координатой ОХ. Для упрощения в дальнейшем предположено, что принимается одна нисходящая волна. Пусть d и d1 - соответственно длина пути поверхностной и пространственной волн и t0 - время передачи; тогда на приеме

Zamiranie 7

где v - скорость волны в пространстве. Если, далее,

Zamiranie 8

то

Zamiranie 9

где

Zamiranie 10

В приемнике, связанном с открытой антенной, действует ЭДС

Zamiranie 11

Для замкнутой антенны, взявши Zamiranie 12 найдем:

Zamiranie 13

Здесь магнитные поля заменены пропорциональными им электрическими полями. Следовательно, замирание при интерференции м. б. вызвано изменениями ϕ, β1 и Е1, т. е. изменениями фазы, угла наклона и интенсивности нисходящей волны.

1. Угол ϕ зависит от изменения D, которое в свою очередь определяется изменениями d1. При D/λ=а (где а - любое целое число) cos ϕ = 1 и Еа и Ez достигают максимумов; если же D/λ=а/2, то cos ϕ =- 1, и Еа и Ez проходят через минимумы. При изменении только λ величина ϕ также изменяется. Таким образом, в данном месте замирание зависит от λ, а следовательно, имеет избирательный характер - избирательное замирание, подтверждаемое и наблюдениями. На фиг. 4 показаны осциллограммы боковых частот и несущей частоты, заснятые в отдельности, но одновременно в ночное время, при передаче на волне 500 м и модуляционной частоте 500 пер/сек.

Осциллограммы боковых частот и несущей частоты

Далее, наблюдения показывают, что замирание при разнице в частотах примерно от 1000 до 2500 периодов получаются противоположными в своих изменениях. На фиг. 5 можно видеть размеры типичных интервалов между минимумами в зависимости от времени при избирательном замирании, найденные на волне около 500 м.

Размеры типичных интервалов между минимумами в зависимости от времени при избирательном замирании

2. Изменения угла β1 при тех величинах, которые наблюдаются на средних волнах, приводят в общем к незначительным колебаниям силы приема. На фиг. 6 показаны кривые приема на рамку, не реагирующую на изменение угла β1 и на открытую антенну, исключающую прием поверхностной волны. Хорошее совпадение этих кривых указывает на незначительность влияния изменения β1 на величину Еа.

Zamiranie 15 1

3. Зависимость замирания от изменения Е1 характеризуется уравнением

Zamiranie 16

где Еа - напряжение в антенне при наличии нисходящей волны и Е'а - напряжение только при поверхностной волне. На фиг. 7 показана типичная кривая зависимости Е10 от времени, полученная в Англии во время полного затмения в 1927 г. на волне 491 м.

Zamiranie 17

Из уравнения для Еа и Еz можно также усмотреть следующее интересное свойство интерференционного замирания. Удаляя 2 приемника (или несколько) на некоторое расстояние друг от друга (практически установлено наивыгоднейшее расстояние, равное 2—4 длинам волн), можно найти такое их расположение (такое D), при котором замирание в обоих будут противоположны в своих изменениях - локализованное замирание.

На коротких волнах замирание обусловливается интерференцией 2 пространственных волн; при этом большую роль, чем это было при средних волнах, играет угол β12 и т. д.). На коротких волнах может происходить полное вращение электрического вектора, т. е. так называемая циркулярная поляризация с вращением по преимуществу в сторону часовой стрелки. Она может наблюдаться лишь в определенное время года и на определенных станциях. На фиг. 8 показана сплошной линией кривая приема на вертикальную антенну и пунктиром - на горизонтальную антенну, наблюденные в Англии на волне 15,6 м и типичные для этого вида замирания.

Zamiranie 18

Главными факторами, вызывающими изменения Е1, d1 и β1 м. б.: 1) малые колебания поля земного магнетизма (при изменении силы земного поля на 1/3800 часть может произойти вращение плоскости поляризации нисходящей волны на 90°); 2) изменения давления воздуха и другие метеорологические явления, вызывающие изменения в структуре верхних слоев атмосферы; 3) деятельность солнечных пятен и другие космические причины, изменяющие электрическое состояние верхних слоев атмосферы.

Действие замирания на радиоприем и методы ослабления замирания при приеме. Действие замирания на прием, как на средних, так и на коротких волнах, по наблюдениям, зависит: 1) от времени суток - на средних волнах замирание сильнее ночью (фиг. 1), на коротких - в сумерки или в часы после появления или перед прекращением проходимости данной волны при приеме в данном месте (фиг. 2); 2) от расстояния - на средних волнах замирание тем сильнее, чем больше расстояние, причем на ближних расстояниях наблюдаются главным образом короткие замирания, на больших расстояниях - продолжительные; на коротких волнах замирание больше вблизи границы зоны молчания; очень часто замирание бывают сильнее на ближних расстояниях и меньше на дальних, что объясняется гл. обр. интерференцией, обязанной волнам ближнего эхо; 3) от длины волны - наибольшие замирания наблюдаются в пределах 200—150 м, а далее, чем волна короче, тем в общем меньше результирующее действие замирания; в диапазоне 600—200 м действие замирания характеризуется уравнением

Zamiranie 19

где Т - период замирания.

Замирание очень затрудняет радиоприем. При радиотелефонном приеме избирательное замирание приводит, прежде всего, к значительным искажениям, характер которых все время изменяется. При радиотелеграфном приеме, помимо искажений, изменения силы приема, обусловливаемые замиранием, делают весьма затруднительным, а иногда и невозможным, автоматический прием сигналов на телеграфные аппараты. При слуховом приеме положение несколько лучше, т. к. человеческое ухо реагирует только на изменения амплитуды от 20% и до нескольких сотен % в зависимости от скорости изменения и абсолютной силы звука.

Для борьбы с последствиями замирания современной радиотехникой применяются следующие методы: 1) Методы, использующие свойства избирательности замирания: передача двумя или несколькими смежными волнами; тональная передача; сверхгенеративный или модулированный радиоприем; передача одной боковой полосой частот при радиотелефонировании. 2) Методы ограничения чрезмерных максимумов при приеме: большие усиления с последующим ограничением силы сигналов или регулировкой усиления самими сигналами путем уменьшения чувствительности усилителя при чрезмерно сильных сигналах; типичная схема такого усилителя показана на фиг. 9.

Zamiranie 20

3) Методы, использующие свойства пространственности или локализованноcти замирания: применение на передаче и на приеме направленных антенн с резко выраженной направленностью и пространственным действием - лучевая система. Прием с нескольких расставленных на определенные расстояния идентичных или различно поляризованных антенн с последующим сложением эффектов на низкой частоте или в выпрямителе. Способы 1-й и 2-й группы дают улучшения лишь при неглубоких замираниях. Способы, относящиеся к 3-й группе, обеспечивающей значительное улучшение приема и в том случае, когда на обычных антеннах имеют место глубокие замирания. Например, применение лучевой антенны позволяет иметь автоматический прием с большими скоростями (между тем как на обычную антенну затруднителен и слуховой прием), что приводит к значительному увеличению числа часов приема на данной волне в данном месте и к увеличению скорости приема примерно от 3 до 5 раз.

Замирания на длинных волнах, вообще чрезвычайно редкие, наблюдаются лишь при неустойчивых метеорологических условиях и магнитных бурях в сумерки. Продолжительность их оценивается в несколько минут, и влияние их на прием почти незаметно.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 8 - 1929 г.