Các yếu tố mặt đất ảnh hưởng đến quá trình truyền sóng

Lời nói đầu Thông tin liên lạc là một nhu cầu không thể thiếu trong đời sống xã hội. Sự phát triển cơ sở hạ tầng của thông tin là yếu tố thúc đẩy nền kinh tế phát triển, nâng cao đời sống xã hội, phục vụ cho an ninh quốc phòng. Đối với mỗi một quốc gia trên thế giới, việc xây dựng và phát triển công nghệ thông tin, đặc biệt là thông tin vô tuyến đang được đặt lên hàng đầu. Thông tin liên lạc vô tuyến trước đây được sử dụng là hệ thống thông tin vi ba tương tự. Ngày nay, sự phát triển như vũ bão của kỹ thuật số với những tính năng ưu việt vượt trội thì dần dần những hệ thống tương tự sẽ được thay thế bằng những hệ thống thông tin số với tốc độ cao, dung lượng lớn và chất lượng thông tin trung thực. Ngày nay ở nước ta thông tin viba cũng đang được phát triển ngày càng mạnh trong các ngành mũi nhọn như truyền thanh, truyền hình, hàng không, hàng hải… Thông tin vi ba tương tự đã được thay bằng hệ thống vi ba số, hệ thống thông tin vệ tinh… Tuy nhiên dù đã đạt đến công nghệ cao nhưng các hệ thống này vẫn bị ảnh hưởng không nhỏ của các yếu tố tự nhiên. Do đó việc nghiên cứu ảnh hưởng của địa hình khí hậu đến quá trình truyền sóng là vô cùng quan trọng và không thể bỏ qua. Bản báo cáo gồm 2 phần chính: Phần I: Nghiên cứu những vấn đề chung của sóng vi ba. Phần II: Xét những ảnh hưởng của các điều kiện tự nhiên đến quá trình truyền sóng. Trong quá trình tìm hiểu em đã được sự giúp đỡ rất tận tình của các thầy cô giáo đặc biệt với sự hướng dẫn tận tình của thầy Đào Đức Kính - Đại tá, PGS.TS nhà giáo ưu tú - khoa Vô tuyến điện tử - Học viện kỹ thuật quân sự. Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và chỉ bảo của thầy để em hoàn thành bản báo cáo này. Chương I : Lý thuyết chung về sóng vi ba I.1: Thông tin vô tuyến và cơ sở về sóng vô tuyến Thông tin vô tuyến là sử dụng khoảng không gian làm máy tính truyền sóng với phương pháp thông tin là phía phát bức xạ các thông tin thông qua sóng điện từ (điều chế vào sóng mang tần số cao), Phía thu nhận sóng điện từ này từ không gian và tách lấy tín hiệu gốc (phải điều chế sóng mang) Như vậy sóng điện từ được lan truyền trong môi trường thực gồm: Mặt đất, khí quyển bao quanh mặt đất và không gian vũ trụ ngoài quả đất. Để xây dựng cơ chế truyền sóng và việc sử dụng các thiết bị truyền thông thì phải phụ thuộc vào tần số của sóng vô tuyến sử dụng. Người ta đã chia ra các băng tần số vô tuyến theo tiêu chuẩn quốc tế CCIR như sau: Tần số Tên băng tần 3KHZ -30KHZ VLF 30K -300K 300K -3N 3N -30N 30N -300N 300N -3G 3G -30G LF NF HF VHF UHF SHF Trong thông tin hiện nay. Các sóng có tần số thấp (<30MHz) lan truyền lướt trên mặt đất và tầng điện ly vì trong môi trường này các sóng trung và các sóng ngắn bị tổn hao đường truyền thấp, khả năng nhiễu xạ cao hơn sóng cực ngắn, nó được sử dụng chủ yếu cho thông tin hàng hải, phát thanh điện báo, viễn thông đạo hàng... Sóng cực ngắn (VHF, UHF, SHF) có môi trường dẫn là bầu không khí chủ yếu là tầng đối lưu. Nó sử dụng cho thông tin quảng bá dải rộng như truyền hình, phát thanh FM, TTĐ, TT vệ tinh... Do sự không ổn định của bầu không khí đã dẫn đến sự thay đổi chiết suất của môi trường truyền lan sóng. Do đó 1 sóng được bức xạ từ Angten phát có thể truyền thẳng hoặc gián tiếp đến Angten thu 3 loại sóng sau: Sóng trực tiếp, sóng phản xạ từ đất, sóng phản xạ từ tầng đối lưu. +Sóng trực tiếp: Sóng này được phát trực tiếp từ Angten phát sang Angten thu. Trong điều kiện bình thường nó có biên độ lớn nhất so với biên độ các sóng bất kỳ nào tới máy thu +Sóng phát xạ mặt đất: Sóng này tới Angten thu sau vài lần phản xạ từ mặt đất hoặc các vật thể xung quanh. Sự phản xạ này xuất hiện cả chiều đứng và chiều ngang. Như vậy sóng phản xạ từ một vật cản tới điểm thu sẽ lệch so với đường sóng chính về biên độ và pha. Nếu khoảng cách các tuyến truyền lớn hơn số lẻ lần bước sóng thì sóng phản xạ sẽ lệch pha so với song trực tiếp là 1800, làm say hao sóng tới ở 1 mức độ nào đó, mức độ này phụ thuộc vào biên độ của sóng phản xạ +Sóng phản xạ tầng đối lưu: Là sóng bị phản xạ do sự không chú ý của tầng đối lưu. Tuỳ theo góc sóng tới có thể xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần sóng I.2 Cơ sở thông tin vi ba Trong thông tin vi ba, sóng vi ba được sử dụng là sóng cực ngắn sóng siêu cao tần. Môi trường truyền sóng chính là bầu khí quyển bao quanh quả đất, Do đó sóng được truyền theo phương thức sóng đất và sóng đối lưu (sóng không gian) Trong qua trình truyền nó chịu ảnh hưởng rất nhiều các điều kiện tự nhiên như: Địa hình của trái đất, nhiệt độ, áp suất, độ ẩm của không khí, chiết suất của khí quyển, các chướng ngại vật và do mưa. Các ảnh hưởng này của môi trường sẽ gây ra cả hiện tượng phản xạ. khúc xạ, tán xạ, nhiễu xạ cũng như hấp thụ sóng làm cho cường độ trường tại điểm thu bị suy giảm Khi thiết kế một tuyến vi ba thì ta phải xét đến sự ảnh hưởng các yếu tố đó đến sóng vô tuyến cả về mặt tích cực cũng như mặt hạn chế. Từ đó phát huy các ưu điểm và khắc phục nhược điểm sao cho thông tin thu được là tốt nhất, có chất lượng thông tin cao. Chương II . Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình truyền sóng Để đảm bảo tín hiệu trung thực của tin tức thông quá trình truyền sóng từ đầu phát tới đầu thu ta phải giải quyết nhiều vấn đề. Tín hiệu khi được truyền luôn gặp phải những tác động không mong muốn. Sự tác động này làm tín hiệu méo dạng và suy biến. Trong thực tế sóng truyền từ nơi khác đến điểm thu phải truyền qua các miền có các dạng địa hình khác nhau (Đồi núi, mặt bằng phẳng...) các tham số của từng vùng cũng khác nhau Khi tia sóng truyền đến bề mặt của các vùng này sẽ xảy ra các hiện tượng như nhiễu xạ. phản xạ, tán xạ rất phức tạp trong qua trình truyền sóng năng lượng sẽ bị suy hao. Trường hợp xấu nhất trường tại điểm thu có thể bằng 0 do sự giao thoa giữa sóng trực tiếp với sóng phản xạ dẫn tới việc mất thông tin Như vậy ta cần khảo sát đánh giá các tác động của môi trường đất đối với sóng điện từ và trên cơ sở đó chọn ra đường truyền tối ưu đảm bảo cho đường truyền thông tin có hiệu suất cao nhất II.1. Truyền lan trong không gian tự do Môi trường tự do là môi truờng đồng nhất đẳng hướng và không hấp thụ trong môi trường này tia sóng sẽ đi thẳng từ nơi phát đến nơi thu cho nên nó còn gọi là truyền lan sóng thẳng. Việc nghiên cứu nó là đơn giản nhất và dựa trên cơ sở đó để nghiên cứu các trường hợp truyền lan trong môi trường thực Nếu đặt một nguồn bức xạ vô hướng có công suất bức xạ P1 trong môi trường đó và xét vô hướng có công suất bức xạ N cách nguồn bức xạ 1 khoảng r. Khi đó tại khoảng cách r, gọi S là năng lượng do nguồn bức xạ toả ra phân bố trên 1 đơn vị diện tích gọi là thông lượng năng lượng). Theo lý thuyết trường ta có: Từ hai biểu thức trên ta suy ra: Từ Công thức ta thấy Eh tỉ lệ nghịch với r tức là E suy giảm dần theo khoảng cách, sự suy giảm này là do sự khuyếch tán tất yếu năng lượng sóng vào không gian tự do, càng xa nguồn điện tích khuyếch tán càng rộng nên mật độ năng lượng trên 1 đơn vị diện tích càng giảm. Để tăng cường độ trường tại điểm thu thì nguồn bức xạ phải tập trung được năng lượng đến điểm thu mà không cho bức xạ đẳng hướng. Trong thực tế hệ thống đó là Angten có hướng, với hệ số cố định hướng là D1 thì năng lượng bức xạ ra sẽ được tập trung về hướng thu tương tự như ta tăng công suất bức xạ lên D1 lần so với bức xạ vô hướng lúc đó cường độ điện trường khi tính đến tính định hướng của Angten được biểu diễn là một hàm biến thiên theo thời gian là: II.2. ảnh hưởng của mặt đất phẳng ở mục này ta xét sự phản xạ sóng trên mặt đất trong điều kiện lý tưởng nhất. Đó là coi mặt đất là mặt phẳng bỏ qua độ cong và sự gồ ghề của quả đất, khí quyển là đồng nhất, không hấp thụ, Angten đặt cao so với mặt đất ít nhất là vài bước sóng công tác. Lúc đó quá trình truyền lan đất được mô tả như sau: h1 A r1 e1 B h2 e1 r2 c r Khi truyền lan sóng là một trùm tia sáng có một tia đi thẳng trực tiếp đến điểm thu B trong tầng đối lưu (Được giả thiết là không gian tự do) và có rất nhiều tia phản xạ nhưng chỉ có một tia phản xạ từ mặt đất tại C đến được điểm B vì nó thoả mãn điều kiện góc tới bằng góc phản xạ đối với điểm B. Cường độ trường tại điểm B sẽ là sự cộng cường độ trường do tia tới và tia phản xạ gây ra. Cường độ trường tại điểm thu của tia tới trực tiếp được xác định như trong không gian tự do là: Cường độ trường tại điểm thu của tia phản xạ sẽ khác pha so với tia tới Với R: Hệ số phản xạ từ mặt đất Với Khi Phân cực ngang Với Khi Phân cực đứng Trong thực tế h1, h2 <<r cosq ằ 1 Vậy khi có cả 2 dạng Phân cực đều có công thức giao thoa: Như vậy so với truyền trong không gian tự do cường độ trường khi có phản xạ mặt đất sẽ bị suy hao một lượng F gọi là hệ số suy hao Công thức này thể hiện hiện tượng giao thoa Nếu các tham số của đường thông tin đã xác định như độ cao Angten h, l, R, q khi đó hàm cos có thể đạt giá trị cực đại và cực tiểu tại khoảng cách nào đó. Vậy hàm số F suy giảm phụ thuộc vào cự li r được thể hiện như sau 0 1-R RMax 1+R r F Để xét sự phụ thuộc hệ số suy giảm vào góc sóng tới tức là quan tâm tới cấu trúc giao thoa không gian của trường nếu có một phần tử phát xạ vô hướng ở đó độ cao h trên mặt đất phẳng giản đồ hướng của nó trong mặt phẳng hướng sẽ có nhiều búp sóng. ý nghĩa của hiện tượng này ở chỗ với mỗi góc sóng có 2 tia sóng 1 và 2 giao thoa nhau. Nếu ở một hướng nào đó chúng trồng pha nhau sẽ tạo nên cực tiểu búp sóng Để xác định thừa số suy giảm trong trường hợp này ta giả thiết Angten thu và phát đặt xa nhau r >> l, cos 2 tia sóng 1 và 2 là song song Dr A’ h h A . q 1 2 q -Xem các tia sóng xuất phát từ những điểm khác nhau trên nguồn song songnhau -Trong thừa số pha phải lấy chính xác -Hiện đường đi Dr=r1-r2 Khi đó ta có Dr= 2h sin q Khi sóng phân cực ngang, đất dẫn điện tốt Rng = -1 ị Fng= 2 sin( ) Khi sóng phân cực đứng Rd = ±1ị Đặt Nếu q =(0áp/2) Hàm F thay đổi n lần qua các cực đại và cũng có n búp sóng trong 1 góc phần tư Như vậy khi h tăng thì n tăng, số cánh sóng phân chia tăng lên và cực đại đầu tiên sẽ tiến về phía đất góc q giảm, trường hợp này thường được áp dụng trong kỹ thuật Rađa. Điều kiện truyền sóng tốt nhất: Trong nhiều trường hợp do góc nghiêng của tia phản xạ từ mặt đất sẽ rất nhỏ đến mức có thể xem R ằ 1 và q =1800 Khi đó công thức giao thoa có dạng đơn giản nhất là: Nếu + + Từ trên ta thấy nếu chọn được độ cao Angten h1, h2 và các quan hệ giữa các thông số thoả mãn công thức trên thì tia phản xạ từ mặt đất sẽ không gây tác dụng làm yếu trường của tia tới mà ngoài ra nó còn có thể làm tăng gấp 2 lần trường của tia tới do trường của tia tới và tia phản xạ đồng pha nhau tại điểm thu II.3. ảnh hưởng của mặt đất cầu đến quá trình truyền sóng Các công thức giao thoa ở trên xác định trong trường hợp Angten đặt cao hơn trên mặt đất phẳng và chỉ đúng khi thông tin là gần. Trong thực tế quả đất là hình cầu do vậy với cự ly thông tin vượt qua giới hạn nào đó thì khi tính toán cần tính đến độ cong của quả đất. Trước hết xét ự ly lớn nhất nhìn thấy được giữa 2 Angten với độ cao h1 và h2 khi kể đến độ cong quả đất. Gọi là khoảng cách tầm nhìn thẳng ký hiệu r0 A h1 a a a h2 B r0 C Với a là bán kính trái đất Thay a = 6370 km Bây giờ ta khảo sát truyền sóng trên mặt đất hình cầu khi đó tại điểm phản xạ C ta vẽ 1 mặt phẳng tiếp tuuến với mặt cầu cắt độ cao đặt Angten tại 2 điểm A’, B’. Khi đó ta xét cường độ điện trường tại điểm B sẽ được tính theo công thức giao thoa như mặt đất phẳng. Trong đó: h’1 = h1 - Dh1 h’2 = h2 - Dh2 A’ Dh1 a a a Dh2 B’ r0 C A B h’1 h’1 Độ cao h’1, h’2 là độ cao giả định của Angten. Khi tính toán bằng độ cao thật ta phải đưa vào hệ số bù m bằng Khi đó cường độ tại B là: Như vậy sóng phản xạ trên mặt đất lồi nên qua trình phản xạ có sự khuyếch tán làm cho cường độ trường của tia phản xạ sẽ bị yếu đi, gây ảnh hưởng thông tin liên lạc II.4. ảnh hưởng của mặt đất thực II.4.1 Hiện tượng khúc xạ bờ Trong điều kiện trường sóng thực tế, thường sóng phải truyền qua những miền đất có thông số điện rất khác nhau như trường sóng giữa đất liền và biển, giữa đồng bằng và rừng núi … Phát a Đất Biển D B B’ B’’ A Giữa hai môi trường không đồng nhất luôn tồn tại một bề mặt gọi là mặt phân giới. Hiện tượng sóng đổi hướng khi gặp bờ phân giới là hiện tượng khúc xạ bờ Hiện tượng này được giải thích như sau: Giả sử Angten phát và thu ta xác định được hướng truyền sóng và xác định được hệ số suy giảm sóng theo các công thức giao thoa nhưng thực tế đường truyền lan là không đồng đều và các miền đất có thông số chất đất khác nhau nên F sẽ khác nhau cả về biên độ lẫn pha và hướng sóng cũng bị lệch đi khi qua bề mặt phân giới. Qua nhận xét ta thấy: Khi môi trường có độ dẫn điện tốt thì tổn hao do hấp thụ sóng sẽ nhỏ hơn khi môi trường có độ dẫn điện kém. Như vậy để điều kiện truyền sóng tốt cần chọn địa điểm thích hợp để đặt Angten phát và thu cụ thể là nơi đất có độ dẫn điện cao. II.4.2. ảnh hưởng của địa hình tán xạ sóng Khi sóng đến bề mặt bằng phẳng, toàn bộ năng lượng sóng phản xạ sẽ truyền đi cùng một hướng theo định luật phản xạ. Thực tế đất gồ ghề nên sóng bị phản xạ theo nhiều hướng khác nhau thậm chí cả hướng ngược lại. Hiện tượng này gọi là tán xạ sóng từ mặt đất không bằng phẳng. Để đánh giá mức độ gồ ghề của bề mặt người ta thường dùng tiêu chuẩn Rayleigh. Như vậy ảnh hưởng của địa hình làm tán xạ sóng phụ thuộc vào bước sóng và q, nếu q nhỏ mà bước sóng gò đống khá cao mới xảy ra tán xạ. A Se B A SF Se A Khi phản xạ trên đất lồi lõm, do tính chất tán xạ nên hệ số phản bị thay đổi. Trên hình vẽ biểu diễn hình ảnh phản xạ sóng trong 3 trường hợp, đất lồi, phẳng, lõm. Từ Angten trong các trường hợp truyền sóng có mật độ năng lượng như nhau trong phạm vi một góc khối. +Trường hợp phản xạ từ đất phẳng, góc khối sau phản xạ có giá trị bằng góc tới +Trường hợp đất lồi và lõm, góc khối sau phản xạ tương ứng sẽ lớn hơn và nhỏ hơn góc tới. Do đó mật độ năng lượng sau phản xạ sẽ giảm hoặc hoặc tăng so với trường hợp đất phẳng. _Để đánh giá một cách định lượng sự giảm hoặc tăng modul hệ số phản xạ trong trường hợp đất cong, lồi, lõm. Người ta đưa vào hệ số phân tập C. Hệ số phản xạ cho các trường hợp được tính: R = Rc = C Dựa theo hệ số phản xạ ta có thể xác định được hệ số phân tập C SF, SC : mật độ năng lượng trong trường hợp đất phẳng và cong sau phản xạ. II.4.3. ảnh hưởng của vật chắn trên đường truyền sóng Ngoài sự không bằng phẳng của mặt đất, trên đường truyền lan còn có các chướng ngại vật làm ảnh hưởng đến cường độ trường tại điểm thu. ảnh hưởng đó phụ thuộc vào độ cao và kích thước của vật chắn xâm phạm vào vùng chủ yếu tham gia vào quá trình truyền sóng. Sau đây ta sẽ xác định vùng không gian đó. II.4.3.1. Miền không gian tham gia chủ yếu vào quá trình truyền sóng : Tại A đặt một Angten phát vô hướng và ta B đăt 1 Angten thu vô hướng. Khi truyền sóng từ A đến B thì không phải mọi miền không gian giữa 2 Angten đều có ảnh hưởng như nhau mà sẽ có một vùng nào đó có ảnh hưởng lớn nhất so với các vùng khá. Vùng này được gọi là vùng Fresnel thứ nhất và được xác định dựa trên nguyên lý Huyghen. Nguyên lý đó phát biểu như sau: A A N2 N1 N’1 N’2 N0 B L2 Mỗi điểm của mặt sóng gây bởi nguồn sơ cấp có thể xem như nguồn của một sóng cầu thứ cấp mới. Giả sử A là nguồn của sóng sơ cấp lấy A làm tâm ta vẽ một mặt cầu bán kinh L1, tại điểm thu B vẽ một họ đường thẳng cắt mặt cầu tại các điểm N0, N1…,…Nn cách B một khoảng L2 + n Tạo thành các mặt nón. Giao điểm của mặt nón và mặt cầu tạo thành một hệ vòng tròn đồng tâm. Miền giới hạn bởi các đường tròn đó gọi là miền Fresnel. áp dụng nguyên lý Huyghen ta coi mặt cầu là tập hợp của những nguồn điểm thứ cấp và tính trường tạo bởi những nguồn ấy tại điểm B: và thấy các miền Fresnel có pha sai khác nhau 1800. Người ta đã chứng minh được rằng tác dụng của mền Fresnel bậc cao kề nhau bù trừ nhau theo từng cặp và tác dụng tổng hợp của tất cả các miền Fresnel chỉ tương đương với tác dụng của nửa miền Fresnel thứ nhất. Như vậy khoảng không gian tham gia chủ yếu vào quá trình truyền sóng có thể xem như chỉ giới hạn bởi một miền fresnel 1, có bán kính bằng : Nếu dịch chuyển bề mặt Fresnel dọc theo đường truyền ngang từ A đến B dễ dàng nhận thấy rằng khi ấy giới hạn của miền Fresnel sẽ vạch ra một mặt ellipsoit có phương trình II.4.3.2. Tổn hao nhiễu xạ do vật chắn: Nhiễu xạ sóng vô tuyến là sự uốn cong của sóng điện từ quanh một vật chắn. Sự uốn cong đó sẽ tăng lên nếu bước sóng càng tăng. r1 r2 d > 0 A B Các vật cản không cần thiết xuất hiện trên đường truyền thẳng của tia sóng có thể làm tổn hao năng lượng gọi là tổn hao nhiễu xạ Thật vậy khoảng không gian tham gia có hiệu quả vào quá trình truyền sóng được giới hạn bởi kích thước của nửa miền Fresnel1, Miền này chứa hầu hết công xuất đến máy thu. Nếu tồn tại một vật cản nào đó trong miền này nó sẽ che khuất một phần khoảng không gian truyền sóng và sóng được truyền bởi khoảng không gian còn lại do đó gây ra suy hao tín hiệu đến điểm thu. Khi bỏ qua ảnh hưởng của mặt đất thì cường độ trường có thể tính bằng tích của cường độ trường trong không gian tự do với hệ số suy giảm F. Hệ số suy giảm F phụ thuộc vào bước sóng của sóng mang và mức độ chắn của vật cản. F là một hàm số với biến số là z Như đã trình bày ở trên vùng tham gia chủ yếu vào quá trình truyền sóng nằm trong một hinh elip tròn xoay có bán kính bằng bán kính của nửa miền fresnel1. Do vậy một tuyến thông tin trong vùng đồi núi ở giới hạn nhìn thấy trực tiếp phải có độ cao đặt Angten sao cho tại các vị trí có đỉnh núi cao thì vùng không gian nằm trong nửa bán kính miến fresnel không bị xâm phạm. Lúc đó tổn hao truyền sóng bằng tổn hao trong không gian tự do. Điểm phản xạ phải chọn sao cho địa hình che chắn tia phản xạ không đến điểm thu mà nó đến đúng vào đỉnh của vật chắn. Tại đỉnh của vật chắn năng lượng được kích thích thêm làm tăng khả năng nhiễu xạ tại đỉnh và được truyền tới điểm thu ở phía bên kia vật chắn. Sóng vô tuyến trong trường hợp này đã được truyền lan trong tầm nhìn thẳng do đó cường độ trường nhận được trong điều kiện này sẽ lớn hơn cường độ trường của sóng nhiễu xạ quanh mặt đất khi không có vật cản. Đỉnh của vật chắn được coi như một đài chuyển tiếp Qua tính toán và thực nghiệm đã cho biết rằng với những đường truyền vào khoảng 100 đến 150 km bị chắn bởi những mỏm núi cao tử 1000 – 2000m trong điều kiện có sự chuyển tiếp qua vật chướng ngại thì cường độ trường có thể tăng lến từ 60 – 80db. Chương III. Tác động của tầng khí quyển đến truyền sóng vi ba. Tầng đối lưu là tầng cuối cùng của khí quyển trái đất, trải từ mặt đất lên đến độ cao khoảng 20 km. Các thành phần của tầng đối lưu bao gồm các chất khí(H2, O2, N2, CO2…) và hơi nước… tạo thành các lớp. Để đặc trưng cho tính chất vật lý của tầng đối lưu người ta khảo sát các thông số: áp suất chất khí, nhiệt độ,độ ẩm của không khí. Các thông số này không phải cố định mà nó thay đổi theo độ cao. Sự biến đổi của p, nhiệt độ, độ ẩm… tác dụng lên các lớp dẫn đến sự thay đổi chỉ số khúc xạ giữa các lớp theo độ cao và chiều ngang: Trong đó T: nhiệt độ tuyệt đối (0K) p: áp suất tuyệt đối (mBar) e: độ ẩm tuyệt đối (mBar) Điều này thể hiện sự không đồng nhất của tầng đối lưu. Nó sẽ ảnh hưởng đến quá trình truyền lan sóng như phản xạ, khúc xạ, tán xạ, nhiễu xạ sóng và gây tổn hao năng lượng tại điểm thu, từ đó dẫn đến chất lượng thông tin kém. III.1. ảnh hưởng của khúc xạ khí quyển: Vì bất kì sóng điện từ nào cũng bị khúc xạ khi đi từ môi trường có chỉ số khúc xạ này sang môi trường có chỉ số khúc xạ khác. Nên sự thay đổi N trong tầng đối lưu dẫn đến tia sóng truyền đi sẽ bị khúc xạ liên tục. Kết quả sóng bị uốn cong trong bề mặt thẳng đứng. Hiện tượng này gọi là hiện tượng khúc xạ khí quyển. Hiện tượng khúc xạ khí quyển là một trong những hiện tượng quan trọng khi khảo sát quá trình làm việc của tuyến vi ba nhìn thẳng, dưới ảnh hưởng của hiện tượng này tầm nhìn vô tuyến được mở rộng hoặc thu hẹp lại. ở đây ta xét ảnh hưởng của khúc xạ khí quyển khi truyền sóng trong điều kiện angten đặt cao. Để đơn giản ta coi tia tới trực tiếp và tia phản xạ trên mặt đất truyền theo quỹ đạo thẳng nhưng khi đó bán kính thực của trái đất a sẽ được thay bằng bán kính tương đương atđ của trái đất khi tính đến độ cong của tia sóng. Như vậy phải thoả mãn điều kiện: Với R là bán kính cong của quỹ đạo sóng khi xét tầng đối lưu là vô cùng nhỏ. Gọi k là hệ số bán kính tương đương của quả đất Ta thấy k phụ thuộc vào độ biến thiên của khúc xạ trên một km là gradient của chỉ số khúc xạ Hệ số k biến đổi và là phương pháp thường được sử dụng để mô tả khả năng uốn cong của tia song cực ngắn. Nếu thay bán kính thực của trái đất a=6.37.103 km thì: +Xét > 0 suy ra 0 < k <1, tức là khi chỉ số khúc xạ tăng theo độ cao thì bán kính cong âm R < 0 có bề lõm quay lên trên xảy ra hiện tượng khúc xạ âm, bán kính tương đương atd nhỏ hơn bán kính thực a, tầm nhìn vô tuyến bị thu hẹp lại, và cường độ tại điểm thu giảm + a, tầm nhìn vô tuyến được mở rộng +Với tầng đối lưu tiêu chuẩn = - 4.10-2, k = 4/3 ta có R= 2,5.107, atd = 8.5.106 . Đây là hiện tượng khúc xạ thường do trạng thái trung bình của tầng đối lưu gây nên. Cường độ trường ở điểm thu lớn hơn so với trường hợp không có khúc xạ. Loại khúc xạ này thường xảy ra. + = - 0.157(1/m) Khi đó k = Ơ, atd = Ơ, R = a = 6.37.106m. Đây là hiện tượng xảy ra khúc xạ tới hạn, lúc này mặt đất coi là mặt phẳng và tia sóng bị uốn cong để có phương truyền song song với mặt đất cong. Truyền sóng tầm nhìn thẳng, cường độ trường không bị suy hao. + < - 0.157(1/m) suy ra k < 0, R < a, atd < 0. Xảy ra hiện tượng siêu khúc xạ dẫn đến phát sinh ống dẫn sóng tầng đối lưu. Trong ống dẫn sóng tầng đối lưu, sóng bị uốn cong xuống bề mặt trái đất rồi phản xạ khỏi bề mặt trái đất cứ liên tục như vậy. Nên trong trường hợp này tia sóng được truyền đi với cự li rất xa tuy nhiên nó rất ít khi xảy ra và tương đối phức tạp. Tóm lại Hiện tượng khúc xạ khí quyển ảnh hưởng rất lớn đến quá trình truyền sóng vô tuyến và quy luật xác định tầm nhìn thẳng của sóng vô tuyến để từ đó xác định độ cao thích hợp của Angten. III.2. Truyền sóng do khuyếch tán trong tầng đối lưu Qua quan sát thực tế người ta nhận thấy sóng vẫn có thể thâm nhập khá sâu vào vùng tối, nguyên nhân này là do sự tán xạ sóng tại những miền không đồng nhất của tầng đối lưu được giải thích như sau: Một tuyến thông tin được truyền theo phương thức tán xạ, khi đó tại Angten phát và Angten thu có giản đồ phương hướng giao nhau tại thể tích V . thể tích này sẽ tham gia vào qua trình truyền sóng tán xạ và được gọi là thể tích tán xạ. M A B N Nếu trong thể tích V cấu tạo của khí quyển không đồng nhất túc là có những miền mà hệ số điện môi cục bộ khác với hệ số điện môi của môi trường xung quanh thì dưới tác dụng của điện trường sóng tới những dòng điện phân cực phát sinh trong thể tích ấy sẽ trở thành nguồn bức xạ thứ cấp. Bức xạ của các nguồn thức cấp này sẽ có một phần truyền tới Angten thu. Cường độ điện trường tại điểm thu trong điều kiện tán xạ sóng trong tầng đối lưu là: Với d là khoảng cách giữa hai Angten. Khi Angten có hệ số định hướng cao, V nhỏ thì ta có: F là hệ số suy giảm phụ thuộc vào thể tích tán xạ. Như vậy sự khuyếch tán sóng là do bức xạ thứ cấp của các dòng cảm ứng làm khuyếch tán năng lượng của sóng theo các hướng và do đó làm giảm cường độ trường theo hướng chính. Vậy khi thực hiện thông tin tán xạ tầng đối lưu dùng những máy phát công xuất lớn (50-100KW) với Angten thu và phát có tính định hướng cao thì thông tin được truyền đi với cự ly rất xa trên dưới 1000km. Phương thức này được thực hiện trong thông tin nhiều kênh. III. 3. Hiện tượng Fadinh và tiêu hao do mưa: III.3.1. Hiện tượng Fadinh Trong việc thu sóng vô tuyến, hiện tượng fadinh là hiện tượng cường độ trường ở phía thu bị biến đổi theo thời gian cũng như các hệ thống vi ba analog, các hệ thống vi ba số cũng hoạt động trên nguyên tắc truyền theo tia nhìn thẳng. Các Angten phát và thu nhìn thấy nhau. Do có sự phản xạ sóng từ mặt đất, từ các chướng ngại đại hình, từ sự bất đồng nhất của bầu khí quyển dọc tuyến…Mà tín hiệu nhận được tại Angten thu bao gồm nhiều thành phần có cùng bước sóng được truyền tới theo nhiều tia có cự ly khác nhau ..Đó là tia sóng chính và các tia sóng phụ. Sự lan truyền theo nhiều tia như thế gọi là fadinh nhiều tia. Hiện tượng này làm ảnh hưởng tới chất lượng và sự đồng đều của tín hiệu tại Angten thu. Đối với các hệ thống dung lượng thấp Fadinh nhiều tia có đặc tính tương đối bằng phẳng trong băng tần tín hiệu , do đó còn gọi là fadinh phẳng. Đối với các hệ thống dung lượng cao và trung bình do phổ tín hiệu tương đối rộng nên fadinh nhiều tia mang tính chọn lọc tần số tức là tiêu hao fadinh không giống nhau đối với từng tần số, do đó còn gọi là fadinh lựa chọn tần số. Trong fading nhiều tia được chia làm hai loại: Fadinh phẳng Fadinh lựa chọn tần số. III.3.1.1. Fadinh phẳng Với khoảng hở đường phù hợp và không có sự phản xạ, phản chiếu duy nhất trên một đường thì fadinh nhiều tia rất sâu là do sự truyền lan nhiều tia qua bầu khí quyển, trên một đoạn duy nhất làm cho tín hiệu thu có sự phân bố Rayleigh theo thời gian. Sự phân bố như vậy đặc trưng bởi độ dốc 10db/decac, với độ sâu fadinh lớn hơn 10db ở các chặng tiếp phát bình thường và 20-30db đối với các chặng tiếp phát dài. Trong hệ thống dung lượng thấp fadinh nhiều tia thường tạo ra giao thoa giữa các tín hiệu nhỏ hơn so với hệ thống dung lượng cao. Điều này chỉ ra rằng độ rộng băng tần của hệ thống dung lượng thấp nhỏ hơn nhiều. ở đây là nghịch đảo của thời gian trễ nhiều tia lớn nhất. Do ảnh hưởng của fadinh nhiều tia và fadinh do mưa là các sự kiện loại trừ lẫn nhau, do đó phải cộng thêm số lần gián đoạn thông tin tương ứng với mỗi nguyên nhân gây fadinh. độ dự trữ fadinh là mức tín hiệu thu có thể sụt đi so với mức tín hiệu thu được khi không bị fadinh, trước khi hệ thống không còn làm việc đúng xác định theo công thức sau: Với Fm : độ dự trữ fadinh Wo ,W: mức tín hiệu thu được khi không bị fadinh và mức thu được thực tế thấp nhất. Xác suất gián đoạn thông tin: Po: hệ số xuất hiện fadinh nhiều tia ở tháng xấu nhất. III.3.1.2. Fadinh lựa chọn tần số: Loại fadinh này ảnh hưởng chủ yếu tới các hệ thống vi ba số. Các gián đoạn thông tin trong hệ thống này xuất hiện thấp hơn do độ dự trữ fadinh phẳmg chủ yếu là gây méo biên độ và méo trễ nhóm trong suốt độ rộng băng tần của kênh thông tin. Fadinh lựa chọn đi kèm với fadinh nhiều tia có ảnh hưởng sâu sắc đến chỉ tiêu chất lượng của thông tin. Xác suất tán xạ của một kênh thông tin bị fadinh tăng đáng kể theo độ sâu fadinh. Như vậy nguồn suy giảm chủ yếu là giao thoa giữa các tín hiệu do các hiệu ứng của kênh tán xạ. Fadinh lựa chọn tạo nên tỷ số lỗi lớn hơn so với fadinh không lựa chọn. Do đó việc dự trữ fadinh phẳng là vô nghĩa khi nghiên cứu các gián đoạn thông tin của hệ thống vi ba số, vì fadinh lựa chọn tần số phụ thuộc vào các yếu tố sau: - Phương pháp điều chế được sử dụng Dung lượng của hệ thống. Độ rộng băng tần và hiệu dụng phổ III.3.1.4. ảnh hưởng của fadinh nhiều tia: Như đã biết fadinh chủ yếu là do sự giao thoa giữa các tín hiệu từ đó làm méo tín hiệu. Có hai loại méo là: - Méo đồng pha: Xuất hiện do các méo liên quan kênh hoặc méo trong quá trình truyền lan. - Méo xuyên âm: Xuất hiện từ tính không đối xứng trong kênh. Khi trong máy thu sử dụng giải điều chế sóng mang kết hợp các ảnh hưởng nhiều tia có thể gây ra giảm chất lượng rõ rệt đối với lỗi pha của sóng mang. Còn đối với việc khôi phục đồng hồ từ tín hiệu vào máy thu thì fadinh nhiều tia ảnh hưởng nhiều đến thời điểm lấy mẫu. Fadinh nhiều tia còn gây ra sự phân biệt phân cực trực giao trong hệ thống số trùng kênh. Lợi dụng đặc điểm này người ta đã sử dụng phân cực trực giao để tăng gấp đôi hiệu suất phổ của một hệ thống vi ba số. Tức là truyền hai sóng mang theo hai hướng là phân cực đứng và phân cực ngang. Đó là tăng tính cách ly của hệ thống vô tuyến trên các kênh RF lân cận, nó gián đoạn thông tin, đảm bảo khi xuất hiện phân cực trực giao tín hiệu không bị giao thoa quá mức. Để chống lại fadinh gây gián đoạn thông tin người ta sử dụng các kỹ thuật: Phân tập theo không gian và phân tập tần số. Tuy nhiên phần này không được khảo sát chi tiết. III.3.2. Tiêu hao do mưa. Trên thực tế không phải thời tiết lúc nào cũng thuận lợi. Các hiện tượng tự nhiên xảy ra thường xuyên và gây ảnh hưởng đến truyền lan của sóng vô tuyến. Mưa là một yếu tố thời tiết mà những nhà thiết kế hệ thống vô tuyến phải chú ý. Trong tầng đối lưu nguyên nhân chủ yếu gây ra suy giảm sóng là do mưa và sương mù. Sự suy giảm này được giải thích như sau: Khi thực hiện thông tin sóng điện từ được lan truyền trong môi trường, nếu gặp thơì tiết xấu là mưa sẽ xảy ra sự hấp thụ sóng trong các hạt nước. Vì các hạt nước có độ dẫn điện nhất định nên các dòng điện dẫn phát sinh do cảm ứng sóng điện từ truyền tới sẽ có giá trị đáng kể và gây ra tổn hao nhiệt, làm giảm yếu cường độ trường. Tổn hao này tăng khi tần số tăng, khi cường độ mưa lớn. Ngoài ra có thể coi các hạt mưa như chướng ngại vật trên đường truyền sóng do đó có hiện tượng khuyếch tán sóng xảy ra. Khuyếch tán lớn khi hạt mưa có kích thước càng lớn và tần số càng cao. Như vậy khi phát tần số trên 15GHz thì phải kể đến tiêu hao do mưa. Khi đặt kế hoạch hệ thống vô tuyến chuyển tiếp số, một điểm quan trọng là phải có các thống kê tiêu hao đối với cả fadinh nhiều tia và tiêu hao do mưa, chúng xuất hiện trong tháng xấu nhất của năm. Như vậy thống kê của tháng xấu nhất có tầm quan trọng trong tính toán tiêu hao tổng cộng. Theo báo cáo 723-2 của CCIR thì tháng xấu nhất là tháng mà trong đó xác suất vượt một ngưỡng đã chọn là lớn nhất. Tức là nếu Xij là xác suất vượt một ngưỡng j trong tháng thứ i thì tháng xấu nhất đối với mức j là tháng có giá trị Xij cao nhất và xác suất là Xbj (b=1-12). Khi thống kê cần quan tâm là xác suất của tháng cao nhất vượt một ngưỡng chọn trước trong tháng bất kỳ của một năm và ngưỡng này thay đổi, nó có thể là ngưỡng mưa hoặc ngưỡng fadinh. Phân bố tháng xấu nhất một năm cho bởi Xbj là một hàm của j và là đường bao giá trị xác suất tháng cao nhất của tất cả các phân bố tích luỹ hàng tháng từ năm đó. Các thống kê xấu nhất có thể rút ra từ các giá trị của Xbj của tháng xấu nhất quan sát được để lấy số liệu đã ghi được qua nhiều năm và ở đó chúng có thể xác định từ một tập đầy đủ các giá trị xác suất hàng tháng Xij đối với mỗi một năm này. Cuối cùng sự phân bố tháng xấu nhất trung bình được xác định là trung bình của tất cả các phần thời gian tháng xấu nhất riêng lẻ vượt quá j qua một số năm. Trong thực tế hầu hết các khoảng thời gian fadinh nhiều tia hoặc fadinh mưa được giới hạn trong một số tháng hữu hạn M, thì xác suất vượt một ngưỡng Xij trong tháng bất kỳ của M tháng là P(Xij) xác suất mà giá trị tháng xấu nhất (Xbj) vượt cùng một ngưỡng X được tính theo: P(Xbj>X) = 1-(1-P(Xij)M. III.3.2.1. Các khái niệm cơ bản: Mưa lớn trên một tuyến vô tuyến hấp thụ và phản xạ công suất phát đi ở những tần số khoảng trên 7GHz là làm cho tín hiệu bị fadinh nặng. Fadinh theo phân cực ngang là xấu hơn so với phân cực đứng, ở tần số khoảng 20GHz, đối với cường độ mưa 100mm/h thì tiêu hao có thể là 10dB/km, sẽ làm suy giảm trầm trọng chỉ tiêu chất lượng chỉ từ khi các độ dài chặng tiếp phát giảm đến vài km. Vì giá thành của một hệ thống vô tuyến chuyển tiếp số tăng theo số lượng các trạm lặp, đó là vấn đề quan trọng đối với việc sử dụng khoảng cách cho phép dài nhất giữa các trạm lặp và tất nhiên là sự gián đoạn thông tin trong các giới hạn đã định, theo các mục tiêu. Độ dài đường truyền giữa các trạm lặp chỉ có thể xác định chính xác nếu có thể tiên đoán được sự gián đoạn thông tin fadinh do tiêu hao mưa. Người ta sử dụng các phương pháp phán đoán như: - Các phương pháp biến đổi trực tiếp tiêu hao do mưa : nhằm xác định tiêu hao vượt với 0,01% thời gian. - Phương pháp tham số: quy trình của phương pháp này tương đối khó. -Phương pháp lập thang tần số - Phương pháp lập thang phân cực. Để tiến hành các tiên đoán này cần phải biết các phân bố xác suất của tiêu hao mưa là một hàm của khoảng cách các trạm lặp tại các vị trí địa lý khác nhau. Dựa vào định lý tiêu hao mưa của Ryde người ta đã đề xuất nhiều đánh giá về thống kê fadinh đối với tuyến vi ba mặt đất. Qua nhiều năm nghiên cứu, khi tần số công tác tăng lên các độ dài của đường truyền trở nên ngắn hơn,từ đó đưa ra những đánh giá chính xác hơn. Chúng ta sẽ đi tìm hiểu một số thuật ngữ cơ bản được sử dụng trong tài liệu này. *Đường truyền vô tuyến: Đường truyền vô tuyến được định nghĩa là thể tích của miền Fresnel thứ nhất, tiêu hao do mưa được coi là tỷ lệ với số hạt mưa trong thể tích của đường này. Người ta lấy miền Fresnel thứ nhất, vì chỉ có năng lượng chứa trong thể tích của nó đóng góp phần lớn vào năng lượng tổng cộng mà Angten thu nhận được. Khi nghiên cứu về vấn đề mưa rơi vào đường truyền vô tuyến điều đó có nghĩa là mưa rơi qua thể tích này. *Cường độ mưa: Cường độ mưa có thể viết bằng tích của mật độ mưa và tốc độ mưa. Cường độ mưa tỷ lệ với số hạt mưa trên một đơn vị thể tích. Tiêu hao mưa trên một đường truyền vô tuyến phụ thuộc vào số lượng và kích thước của hạt mưa và không phụ thuộc rõ ràng vào tốc độ và hướng của nó. Cường độ mưa điểm là cường độ mưa được đo tại một điểm bằng cách sử dụng một vũ lượng kế đơn, ngược với việc đo trên toàn bộ độ dài. Cho nên cần phải có trình tự tính toán phân bố tiêu hao do mưa từ phân bố cường độ một điểm, nếu việc dự đoán đã được tiến hành một cách chính xác hợp lý. Những kết quả đo của một mạng vũ lượng kế đã chứng tỏ rằng các phân bố cường độ mưa điểm trong một thời gian đo ngắn thay đổi một cách đáng kể từ vũ lượng kế này sang vũ lượng kế khác. Điều này nhằm để chứng minh rằng sự tương quan giai đoạn ngắn giữa phân bố tiêu hao mưa của đường và phân bố cường độ mưa đã đo bằng một vũ lượng kế đơn là không giống nhau. Việc dự đoán phân bố cường độ mưa điểm chỉ có ý nghĩa nếu cơ sở thời gian là đủ dài để mang lại các thống kê biểu thị ổn định. Do đó sự hiểu biết đặc tính thống kê giai đoạn dài của cường độ mưa điểm và tiêu hao mưa của đường là một vấn đề thiết yếu để thiết kế đường truyền vô tuyến. Nếu sự phân bố của ND hạt mưa trên 1cm3 không gian giữa hai Angten là đồng đều và các hạt mưa là hình cầu có đường kính D và vận tốc vD thì phần khối lượng của D ước chiếm được xác định bằng mật độ mưa pD: PD = ( /6).ND.D3 Mật độ mưa là một đại lượng không thứ nguyên, thực và không âm. Cường độ mưa RD đối với các hạt có đường kính D và vận tốc vD là: RD = pD.vD Hướng của tốc độ mưa là hướng đi của các hạt mưa. Nói chung một trận mưa giông thì các hạt mưa có nhiều đường kính khác nhau và lượng mưa tổng cộng R là tổng cường độ mưa lấy trên tất cả các đường kính của hạt mưa có mặt: Ngưỡng cắt dưới trong hầu hết các số liệu mưa đã có là 0.25mm/h, vì thấp hơn giá trị này thì các cường độ mưa ảnh hưởng không đáng kể đến các tuyến thông tin vô tuyến ở các tần số dưới 60GHz. * Thể tích lấy mẫu của cường độ mưa: Mật độ mưa và gradient của tiêu hao mưa dB/km chỉ có ý nghĩa nếu thể tích lấy mẫu của vũ lượng kế là đủ lớn chứa đủ các hạt mưa để ghi lại các đại lượng trung bình của thể tích ổn định các đo lường chứng tỏ rằng mật độ mưa điển hình ở cường độ mưa 1mm/h thay đổi từ 50-100 hạt trên 1m3, phụ thuộc vào vị trí địa lý. Điều này có ý nghĩa là, nếu sử dụng một thể tích 0.1m3thì nó chỉ chứa hai hạt mưa ở cường độ 0.25 mm/h. Như vậy với độ đo trung bình cường độ mưa dưới 1mm/h thì thể tích lấy mẫu ít nhất là 1m3. Nếu thể tích của vũ lượng kế quá lớn thì mật độ mưa không thể coi là đồng đều trong thể tích liên quan; do đó chuyển cường độ mưa điểm thành gradient tiêu hao mưa sẽ không đúng. Các thử nghiệm đã chỉ ra rằng mưa lớn có cấu trúc mịn khoảng 1m, như vậy thể tích lấy mẫu không nên lớn hơn 1m3 . ảnh hưởng của mưa: Khi khẩu độ tiếp sóng của một anten parabol không bảo vệ bị ẩm ướt, hoặc có một lớp nước hoặc các giọt nước thì tại các tần số khoảng 11 Ghz sẽ xuất hiện một vấn đề. Đó là nước đã gây nên cả hao tổn lẫn dịch pha xung quanh 11 Ghz. Sự hiện diện của nó ở khẩu độ tiếp sóng, nơi mà công suất của tín hiệu phát cao, gây nên sự suy giảm đáng kể về chỉ tiêu chất lượng của anten như tổn hao, phản xạ và và méo pha của mặt sóng. Để khắc phục vấn đề này tránh chim chóc đậu trên phần tử tiếp sóng người ta sử dụng một vòm che để phủ trên bề mặt phát của anten. Trong các điều kiện khí hậu trong sáng, thì vòm che này chỉ gây nên một tổn hao nhỏ. Tuy nhiên, khi trời ẩm ướt thì lại gây nên một tổn hao đáng kể, vì phải có một vòm thứ hai ở đầu cuối xa nên các tổn hao tăng nên gấp đôi. Kinh nghiệm sử dụng vòm che ở dạng hình chóp hoặc dạng hình bán cầu có thể gây nên tổn hao do mưa khoảng 0 đến 14 dB, trên một vòm che. Sự biến đổi tổn hao phụ thuộc vào tần số, cường độ mưa và lão hoá của mặt vòm che. ở tần số 20GH đối với một đoạn vòm 30m thuộc về một tuyến thông tin vệ tinh mặt đất, đã tìm được tổn hao truyền dẫn 2á3 dB ở cường độ mưa 10mm/h khi vòm che còn mới. Sau 6 tháng sử dụng tiếp xúc với thời tiết, tổn hao truyền dẫn sẽ tăng nên 8dB ở cùng cường độ mưa 10mm/h. Đối với các tuyến mặt đất ở các tần số 11á18 Ghz, dự kiến tổn hao truyền dẫn do các vòm che ẩm ướt đã thấp hơn, do vòm che nhỏ, nhưng cũng cần phải chú ý đến nhất là thường sử dụng một cặp vòm che. III.3.2.2. Tán xạ do mưa Ngoài tiêu hao do mưa sinh ra. Các tinh thể của nước có thể làm cho tia vô tuyến bị tán xạ. Nếu sự tán xạ này nằm ngang và đường vuông góc với hướng của tia vô tuyến, tức là trong hướng phụ thuộc có thể xuất hiện sự giao thoa giữa các đường vô tuyến. Mặc dù nguyên nhân chính của vấn đề này là mưa, nhưng tán xạ từ những đám mây có những hạt băng, từ tuyết ướt hoặc mưa đá cũng không kém phần quan trọng. Sự tán xạ gây ra do mưa có thể được thiết lập do cách ghép giữa các anten, với điều kiện là búp sóng phản xạ của các anten này chắn một thể tích chung trong không gian và mưa chiếm trong một phần của thể tích chung này. Độ ghép của các anten bị giảm do tiêu hao tín hiệu dọc theo hai đường giữa thể tích chung và các anten do đó độ giúp cực đại được tạo ra do sự xuất hiện đồng thời sự tán xạ mạnh trong khối thể tích chung và tiêu hao thấp ở phía ngoài. ở các tần số dưới 8 GHz ở đâu có tiêu hao nhỏ thích hợp với tán xạ Rayleigh. Trong trường hợp này, độ ghép tăng gần như theo mũ 4 của tần số, ở các tần số cao hơn, thì sự tán xạ do khối thể tích chung của các búp sóng phụ anten tăng chậm hơn và độ ghép thực bị giảm nhanh do tiêu hao bên ngoài khối thể tích chung. III.3.2.3. Các kỹ thuật để giảm các ảnh hưởng của tiêu hao do mưa Việc sử dụng phân tập không gian, phân tập số, các bộ cân bằng tự thích nghi và rút ngắn độ dài đường chuyền không làm thế nào để giảm các ảnh hưởng của phadinh do mưa. Chỉ còn một cách hữu hiệu để giảm các ảnh hưởng của mưa là giảm tần số hoặc tránh khỏi đường của nó. Khi biến đổi phân cực từ ngang sang đứng hoặc giảm độ dài của chặng tiếp phát có thể làm giảm nhẹ tiêu hao đi phần nào. Phân tập đường truyền: chọn các đường truyền cách nhau vài km có thể các ảnh hưởng của tiêu hao mưa. Có thể xác định độ lợi phân tập là hiệu giữa tiêu hao vượt đối với phần trăm thời gian đặc trưng đối với một tuyến đơn và tiêu hao vượt đồng thời đối với hai tuyến song song cách nhau vài km. Độ lợi của phân tập này có khuynh hướng giữa nếu độ dài của đường truyền tăng vượt quá 12km đối với khoảng tần số 20-40 GHz, nhưng nói chung đối với khoảng cách 8km lớn hơn so với khoảng cách 4km (đối với 0,01% thời gian ở 8km là 2,8dB) trong khi ở 4 km là 1,8 km việc tăng khoảng cách từ 8 đến 12 km không đưa lại bất kỳ sự cải thiện nào. Độ lợi phân tập đường truyền không phụ thuộc vào tần số nằm trong khoảng 20-40 GHz đối với cấu trúc học phân tập đường truyền đã cho. Kết luận Qua những nghiên cứu ở trên, chúng ta thấy không phải các điều kiện tự nhiên như địa hình trái đất; yếu tố vật lý khí quyển đều có những ảnh hưởng không tốt đến quá trình truyền thông tin mà chúng vẫn có những mặt tích cực. Các nghiên cứu trên đều mang tính chất tương đối vì khi áp dụng vào mỗi quốc gia thì các yếu tố tự nhiên lại khác nhau. Do đó phải xây dựng tuyến thông tin sao cho giảm thiểu những ảnh hưởng của điều kiện tự nhiên đến tuyến. Tức là phải chọn được phương tiện truyền hợp lí, chọn các linh kiện điện tử phù hợp với hệ thống. Bản báo cáo này là một tiền đề để em đi sâu vào việc thiết kế một tuyến viba thực tế trong phần đồ án sắp tới. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Đào Đức Kính đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành đề tài này. Hà Nội, tháng 1 năm 2003 Sinh viên: Nguyễn Huyền Trang mục lục Lời nói đầu 1 Chương I. Lý thuyết chung về sóng viba I.1. Thông tin vô tuyến và cơ sở về sóng vô tuyến 2 I.2. Cơ sở thông tin vi ba 3 Chương II. Các yếu tố mặt đất ảnh hưởng đến quá trình truyền sóng II.1. Truyền lan trong không gian tự do 4 II.2 ảnh hưởng của mặt đất phẳng.............................. 6 II. 3. ảnh hưởng của mặt đất cầu 10 II. 4. ảnh hưởng của mặt đất thực tế 11 Chương III. Tác động của tâng khí quyển đến truyền sóng viba III. 1. ảnh hưởng của khúc xạ khí quyển 17 III. 2. Truyền sóng do khuyếch tán trong tầng đối lưu 19 III. 3. Hiện tượng fađinh và tiêu hao do mưa 20 Kết luận 29 .