Радіозв’язок з використанням відбиття від місяця, radiouniverse
В останні роки розвивається новий вид радіозв'язку, що використовує ефект відображення радіохвиль від поверхні Місяця. Цей вид радіозв'язку привертає все більшу кількість ентузіастів.
Для реалізації даного виду радіозв'язку потрібно більш досконала апаратура. Так, наприклад, для радіозв'язку в діапазоні 144 МГц потрібні приймачі з рівнем шумів не більше 2 дБ, а для діапазону 432 МГц - не більше 4 дБ; потужність передавача досягає 500. 1000 Вт. Узкополосная радіозв'язок вимагає використання в приймальнику малошумливих вхідних пристроїв, а також стабільних кварцових фільтрів.
Дуже серйозні вимоги пред'являються в даному випадку і до антенних пристроїв. Найбільш часто використовується параболічна антена, діаметр якої становить 4. 10 м, а також багатоелементна антена типу «хвильовий канал», число елементів в якій досягає кілька сотень. Крім того, антена повинна бути завжди спрямована на Місяць, що вимагає застосування системи автоматичної орієнтації діаграми випромінювання антени.
Наведемо основну інформацію, що стосується використання поверхні Місяця як пасивного ретранслятора.
Місяць - природний супутник Землі. Її діаметр становить 3476 км, середня відстань від Землі - 384 900 км. Кутовий діаметр Місяця при спостереженні із Землі дорівнює 33 '. Місяць рухається навколо Землі в напрямку із заходу на схід з кутовою швидкістю 12. 13 ° на добу, повертаючись в те ж саме положення відносно Землі і Сонця через один місячний місяць, що становить 29,53 середніх сонячних діб. Орбіта Місяця нахилена до площини орбіти Землі під кутом 5 ° 9 '.
У зв'язку з нахилом осі Землі відносно площини її орбіти на 27 ° 27 'Місяць з території Польщі видно під кутами від 11,5 ° до 68,5 ° (географічна широта Польщі близько 50 °).
Точне кутове положення Місяця щодо будь-якої точки на Землі приведено в астрономічних щорічниках.
Поверхня Місяця має коефіцієнт відбиття для радіохвиль ρ = 0,1. Ефективна відбиває поверхню Місяця являє собою коло діаметром 340 км, який розташований на найближчій до Землі частини поверхні Місяця.
Місяць повернений до Землі однією і тією ж стороною. Однак через явища лібрації ми бачимо трохи більшу, ніж половина, частина поверхні Місяця.
В результаті лібрації положення найбільш ефективно відбиває області на поверхні Місяця постійно змінюється, що призводить до змінного в часі процесу інтерференції відбитих хвиль. Це, в свою чергу, призводить до флуктуації (на 4-5 дБ) рівня відбитого від поверхні Місяця і прийнятого на Землі радіосигналу. Зазначеною флуктуації сигнал піддається приблизно протягом 50% часу. Рівень флуктуації сигналу зменшується до нуля лише в украй невеликі інтервали часу (кілька секунд), що відповідають моментам, коли напрямок лібрації змінюється на протилежне.
Різниця у відстанях від центру найбільш ефективної частини відбиває поверхні Місяця до Землі і від її периферійної частини до Землі становить близько 8 км, що відповідає часу поширення радіохвилі τ ≈ 100 мкс. Ця обставина призводить до деформації фронту відбитої від поверхні Місяця хвилі, яка обумовлена відбиттям від областей, розташованих на різних відстанях (рис. 4.30а). Деформація фронту обмежує смугу модуляції передавача, звужуючи її до 10 кГц (рис. 4.30б).
Хвиля, що падає на поверхню Місяця, при відображенні змінює фазу. Тому при використанні хвилі з круговою поляризацією необхідно враховувати, що після відображення напрямок обертання поляризованої повні змінюється на протилежне. Це, в свою чергу, вимагає застосування спеціальних поляризаційних пристроїв в передавальному і приймальному каналах використовуваної антени.
Прояв ефекту Доплера в відбитому сигналі зобов'язане явища лібрації Місяця. Слід особливо відзначити, що знак зміни частоти при відображенні від двох протилежних сторін Місяця різний. Це призводить до розширення спектра відбитого сигналу. В діапазоні 144 МГц доплеровській зрушення досягає ± 2 Гц, в діапазоні 432 МГц - ± 6 Гц, а в діапазоні 1296 МГц - ± 18 Гц. Якщо врахувати, що смуга приймача становить всього 50 Гц, то стає зрозумілим, що вплив даного ефекту досить істотне (рис. 4.30в).
Час поширення сигналу від Землі до Місяця і назад становить 2,56 с. За цей час можна здійснити ручну комутацію антени з передавального режиму на приймальний і назад.
Сигнал при радіозв'язку з використанням відбиття від поверхні Місяця двічі проходить через земну атмосферу, т. Е. Двічі заломлюється в тропосфері і іоносфері Землі. При малих угломестной положеннях Місяця сигнал навіть при нормальному стані атмосфери піддається рефракції: в тропосфері до 1 °, а в іоносфері до 0,5 ° (точне значення кута заломлення залежить від частоти). При аномальних станах атмосфери наведені значення кутів заломлення можуть бути перевищені. В останньому випадку може виникнути така ситуація, коли випромінювання з Землі проходить повз Місяця, а при високому розташуванні шару Е іоносфери взагалі не покидає поверхні Землі. Тому використання гостронаправлених антен диктує необхідність спеціальних заходів, спрямованих на те, щоб «не втратити» Місяць (див. Рис. 4.30).
Радіохвиля, проходячи атмосферу Землі, відчуває вплив ефекту Доплера: на частоті 144 МГц доплеровское зміна частоти становить 14 Гц, а на частоті 432 МГц - 3 Гц. Точне значення доплерівського зсуву визначається як угломестной орієнтацією напрямку випромінювання антени, так і властивостями атмосфери (головним чином, тропосфери). Само собою зрозуміло, що і відбита від поверхні Місяця хвиля схильна до впливу ефекту Доплера. Однак треба мати на увазі, що в другому випадку знак зміни частоти протилежний знаку зміни частоти, викликаного впливом атмосфери Землі. Тому не виключено виникнення ситуації, коли результуючий частотний зсув буде дорівнює нулю.
Радіохвиля, що проходить іоносферу, під дією магнітного поля Землі змінює площину поляризації (ефект Фарадея). Поворот площини поляризації залежить від довжини шляху в іоносфері, т. Е. Від угломестной положення Місяця, а також від квадрата частоти (рис. 4.31). Наприклад, для f = 144 МГц при низькому положенні Місяця (α = 10 °) поворот площини поляризації дорівнює 3360 °, т. Е. Становить дев'ять повних обертів і плюс ще 120 °. Поворот площини поляризації для частоти f = 1296 МГц становить 41,5 °. Ще раз підкреслимо, що цей параметр сильно залежить від умов поширення в іоносфері, які, як уже відомо, схильні до циклічних змін в межах доби.
Аналізований ефект необхідно враховувати при проектуванні антенних пристроїв для ліній радіозв'язку, що використовують відображення від Місяця. Так, наприклад, при використанні обох антен з лінійною поляризацією нехтування ефектом Фарадея може привести до істотного зниження рівня сигналу. Якщо застосувати хоча б одну антену з регульованою орієнтацією поляризації (наприклад, приймальню антену), то можна отримати суттєвий виграш в рівні сигналу. Саме з цієї причини на таких лініях радіозв'язку використовуються антени з круговою поляризацією, так як радіохвиля з круговою поляризацією не схильна до впливу ефекту Фарадея.
Можна прийняти комбіноване рішення: одна антена з круговою поляризацією, а інша з лінійної. Ця комбінація дозволяє усунути шкідливий вплив ефекту Фарадея, однак при цьому, природно, рівень сигналу зменшується на 3 дБ.
- VKontakte
- Google+