بررسی کاربرد ماهوراه ( انتشار امواج ) و ارتباط با سکو های دریایی
انتشار امواج ماوراء افق
کلیات
مقدمه
این فصل اختصاص به انتشار امواج ماوراء افق با استفاده ا لایه تروپوسفر در ارتفاعات چندین کیلومتری سطح زمین دارد. بطوریکه در فصول قبل بیان شد افق رادیویی یک فرستنده که آنتن آن در ارتفاع ht از سطح زمین قرار دارد با فرض آنکه از کلیه ارتفاعات مسیر صرفنظر و فقط انحنای سطح زمین مدنظر باشد از رابطه زیر تبعیت می نماید.
که بعنوان مثال برای شرایط هوای استاندارد 33/1=K و ارتفاع 30 متری آنتن این فاصله به حدود 6/22 کیلومتر بالغ می گردد. برای آنکه بتوان امواج را مستقیماً و بدون نیاز به ایستگاههای واسط به فواصلی دورتر از افق رادیویی ارسال داشت از تکنیکهای خاص می بایست بهره گرفت که یکی از مهمترین آنها با کارآئی مناسب بهره گیری از ارتباطات تروپواسکاتر می باشد که در این فصل به توضیحاتی در خصوص آن پرداخته می شود.
روش های ارتباطات ماوراء افق
روش های ارسال و دریافت امواج رادیویی با استفاده از هاپ های بلند و از طریق ارتباطات رادیویی ماورای افق عبارتند از:
ارتباطات HF و MF
در این روش از شکست و بازتاب برای ارسال امواج تا فواصل هزاران کیلومتر استفاده می شود. پهنای باند متوسط مجاز ارسال در حد یک یا دو کانال تلفنی است. محدودیت اساسی دیگری که برای استفاده از زیر باندهای این طیف وجود دارد وابستگی اینگونه ارتباطات به ساعت شبانه روز و شلوغی آن می باشد. این روش بویژه قبل از مطرح شدن ارتباطات ماهواره ای بطور وسیعی استفاده می گردید.
اسکاتر یونسفری
این روش از اسکاترینگ امواج رادیویی در لایه یونسفر (یک پدیده مشابه تروپواسکاتر) بهره می برد و در فرکانس های VHF تا MHz 100 می تواند هاپ هائی تا چندین هزار کیلومتر را تشکیل دهد.
پهنای باند متوسط در این روش خیلی محدود است، به طوریکه فقط امکان ارسال چند کانال تلفنی وجود دارد. همچنین محدودیت های ناشی از محوشدگی سبب شده است که از این روش بندرت استفاده شود.
ترکش های شهابی
در این روش از انعکاسات حاصل از دنباله های یونیزه شده شهابها که همیشه در لایه های بالای اتمسفر وجود دارند بهره گیری می شود. به خاطر فیزیک پدیده، پیوستگی ارسال تأمین نگردیده و امواج باید در قالب ترکشها ارسال شوند. این پدیده در حال مطالعه است و در حال حاضر مورد استفاده قرار نمی گیرد.
تروپواسکاتر
این روش که موضوع این مطالب را تشکیل می دهد، ارسال تا بیش از صد کانال تلفنی را با هاپ هائی تا صدها کیلومتر امکان پذیر می نماید. این فن آوری در برخی مواقع راه حل مناسبی برای شبکه های محلی با هاپ های طولانی قلمداد می گردد.
دیفرکشن (پراش)
این تکنیک، ارسال تعداد زیادی کانال تلفنی را تا فواصل کوتاهی فراتر از افق ممکن می سازد. این پدیده در ارتباطات سیار و در باندهای UHF/VHF مورد استفاده
می باشد .
ماهواره ها
مناسب ترین روش برای هاپ های خیلی طولانی (مثلاً ارتباطات بین قاره ای) است، اما جایگزینی شبکه های ماورای افق با آن بعضاً به خاطر هزینه و عدم ظرفیت کافی مقرون به صرفه نیست.
جایگاه فعلی ارتباطات تروپواسکاتر
با وجود اینکه امروزه ارتباطات مایکروویو و ماهواره در سطح وسیعی گسترش یافته، ارتباطات تروپواسکاتر هنوز در جهان دارای اهمیت هستند. بطور مثال طول یک هاپ در لینک های تروپو از لینک های ارتباطات مایکروویو بلندتر است و به Km 600~500 می رسد که خود دلیل خوبی برای اهمیت این نوع ارتباط می باشد.
ظرفیت و کیفیت ارتباطات تروپو نسبت به ارتباطات MF/HF در وضعیت بهتری قرار دارد، بطوریکه سیستم های تروپو قادرند بیش از 60 کانال صوتی دیجیتال یا بیش از 300 کانال صحبت آنالوگ و یا کانال تلویزیون تک رنگ را انتقال دهند (مسائل فنی برای ارسال کانال تلویزیون رنگی نیز مورد بررسی قرار گرفته است)
بعلت باریک بودن اشعه رادیویی در ارتباط تروپو، امنیت، بقا و قابلیت ضد پارازیت (اغتشاش) در مقایسه با مخابرات ماهواره در سطح بالاتری قرار دارد. برای لینک های ارتباطی با مجموع طول مساوی، هزینه اولیه و هزینه نگهداری آن در مقایسه با ارتباطات مایکروویو کمتر است. حتی در مقایسه با خطوط اجاره ای ماهواره هزینه هر کانال صوتی وقتی که گستره ارتباط تروپو کمتر از 400 کیلومتر باشد بمراتب پایین تر است. از طرفی تعداد دستگاههای مورد نیاز برای ارتباط تروپو از ارتباط مایکروویو با فاصله زیاد کمتر است، بنابراین پرسنل کمتر لازم بوده و امنیت سایت ها به راحتی تأمین می شود.
تعمیم فاصله
در نمودارها شدت میدان الکتریکی برحسب فاصله ترسیم شده است. با توجه باینکه محور فاصله بصورت لگاریتمی می باشد لذا هنگام استفاده از آن امکان خطا و کم دقتی وجود دارد. بمنظور افزایش دقت و نیز امکان برنامه ریزی کامپیوتری، مقادیر E برای 78 مقدار مشخص در فاصله 1000 کیلومتری از طرف ITU-R تعیین شده است. در اینصورت برای تعیین شدت میدان الکتریکی در فواصلی غیر از 78 مقدار تعیین شده بایستی از روابط مناسب استفاده گردد که در این مورد مقدار E برحسب dB (μV/m) عبارتست:
در رابطه فوق:
d: فاصله مورد نظر به کیلومتر
di: فاصله مرجع نقصانی
ds: فاصله مرجع اضافی
Ei: شدت میدان الکتریکی بازاء di
Es: شدت میدان الکتریکی بازاء ds
ضرایب اصلاح
بمنظور افزایش دقت محاسبات، لازم است ضرایب اصلاح ویژه ای در برخی از روابط لحاظ گردد. این ضرایب همانگونه که در توصیه ITU-R, Rec. P.1546 ارائه شده شامل موترد زیر می باشد:
ارتفاع آنتن گیرنده
افزایش ارتفاع آنتن های فرستنده و گیرنده باعث کاهش تضعیف مسیر خواهد شد. از طرفی نمودارهای تهیه شده توسط ITU-R که یک سری از آنها در اشکال ارائه شدند، بازاء ارتفاع آنتن گیرنده برابر 10 متر (m 10= h2) تهیه شده اند. در عمل ارتفاع آنتن گیرنده می تواند بیشتر و یا کمتر از این مقدار باشد و لذا ضرورت دارد اثرات این موضوع از طریق اعمال ضرایب اصلاح جبران گردد.
مقدار شدت میدان الکتریکی در نمودارهای خشکی با توجه به آنتن گیرنده در ارتفاع مرجع R می باشد. این ارتفاع مربوط به زمین مجاور آنتن گیرنده بوده و حداقل برابر 10 متر می باشد. ارتفاع های مرجع برای آنتن های گیرنده بشرح زیر می باشند: