ВЛИЯНИЕ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НА ПАРАМЕТРЫ ЛИНИЙ ПОВЕРХНОСТНОЙ ВОЛНЫ
Рис. 5.16. Изменение уровня мощности на выходе линии Δb для проводника без покрытия во время мелкого моросящего дождя
Линии поверхностной волны являются открытыми линиями, и на их параметры передачи оказывают влияние атмосферные осадки. В этом отношении рассматриваемые линии уступают закрытым линиям передачи — волноводным и коаксиальным. Наиболее полные исследования влияния метеорологических факторов на параметры однопроводных линий с поверхностной волной были выполнены Η. П. Богдановым и Г. И. Трошиным [18]. Было установлено, что влияние метеорологических факторов зависит от длины волны, передаваемой по линии. Поэтому наблюдения и измерения проводились в двух диапазонах волн: 17—25 и 8—10 см.
При исследовании линии из голого медного проводника и эмалированного проводника диаметром около 2 мм в диапазоне волн 17—25 см оказалось, что в условиях надежной защиты от влаги возбуждающих и переходных устройств параметры линии (затухание и согласование) весьма мало чувствительны к воздействию дождя, тумана, росы. На линии длиной 50 м с нормальным затуханием порядка 3,5—4 дБ во время дождя отмечались лишь незначительные изменения затухания в пределах ±0,2—0,5 дБ. В зимнее время не наблюдалось заметного изменения ее параметров при изменении метеорологических условий в тех случаях, когда на поверхности проводника не было инея или гололеда.
При образовании на проводнике гололеда толщиной до 2—3 мм затухание линии изменяется незначительно (при малой толщине льда сначала даже несколько уменьшается, затем увеличивается при более толстом слое льда). При толщине льда на проводнике до 3 мм линия остается работоспособной со значениями затухания и согласования, мало отличающимися от соответствующих нормальных значений. При образовании на провод нике инея небольшой толщины, так же как и при слабых гололедах, не отмечалось заметного изменения параметров линии. При интенсивном выпадении инея было обнаружено значительное возрастание ее затухания при практически неизменном согласовании. При образовании на проводнике инея с наружным диаметром около 30 мм прирост коэффициента затухания в линии составил порядка 0,077 дБ/м (при значении 0,032 дБ/м в нормальных условиях).
Таким образом, для волн длиной от 15—17 см и более параметры линий поверхностной волны под воздействием атмосферных осадков изменяются незначительно, и нет необходимости применять какие-либо специальные меры по защите линии от осадков, кроме обычных мер по влагозащите оконечных устройств и очистке проводника от толстых слоев инея и гололеда.
В диапазоне волн 8—10 см параметры линии из голого медного проводника весьма чувствительны к осадкам. Особенно сильно меняется степень согласования. Если линия, нагруженная на согласованное сопротивление и имеющая на входе коэффициент бегущей волны порядка 0,8—0,9, подвергается воздействию дождя, то с попаданием на проводник первых же дождевых капель начинается быстрое и беспорядочное изменение ее согласования. Изменение КБВ происходит столь быстро, что можно лишь приближенно оценить пределы этого изменения. Минимальные значения КБВ при этом оказываются порядка 0,4—0,5.
Под влиянием осадков изменяется не только согласование линии, но и ее затухание. Изменение затухания происходит через 20—40 мин после начала дождя в зависимости от его интенсивности. Начало увеличения затухания совпадает по времени с образованием на проводнике сплошной водяной пленки и перемещением воды по проводнику в виде струй, а не разрозненных капель. Механическое встряхивание проводника с целью удаления с него воды восстанавливало нормальное затухание, но только на очень короткий промежуток времени, после чего затухание снова быстро возрастало.
На рис. 5.16 показано изменение уровня мощности на выходе линии (Δb) длиной 40 м во время дождя. Линия выполнена из голого медного проводника диаметром 2,1 мм. Измерения производились на волне 8,8 см. За 0 дБ принят уровень на выходе линии при отсутствии осадков. Из этого рисунка видно, что под воздействием осадков затухание линии значительно возрастет (до 17 дБ сверх нормального значения). Крупные капли воды, пробегающие по голому проводнику линии, быстро и в больших пределах изменяют согласование линии. Следовательно, для волн короче 10 см нецелесообразно применять проводники без влагозащищенных покрытий.
Рис. 5.17. Изменение уровня мощности на выходе линии Δb для проводника с покрытием из полиизобутилена во время мелко моросящего дождя
Рис. 5.18. Изменение уровня мощности на выходе линии ∆b для проводника с покрытием из полиизобутилена во время сильного дождя и сильного порывистого ветра
Рис. 5.19. Изменение уровня мощности на выходе линии Δb для проводника с покрытием из полиэтилена во время мелкого моросящего дождя
Диэлектрические пленки, концентрирующие поле у проводника, значительно уменьшают эффект воздействия осадков на согласование и затухание в линии. На рис. 5.17 и 5.18 показано изменение уровня мощности на выходе линии длиной 40 м, выполненной из медного проводника диаметром 2 мм, покрытого пленкой полиизобутилена толщиной около 0,1 мм. Из этих данных видно, что во время дождя затухание линии при отсутствии ветра возрастает (см. рис. 5.17), но в меньших пределах, чем в случае проводников без покрытия. При резком порывистом ветре, обдувающем и раскачивающем проводник, линия и во время сильного дождя может в течение многих часов сохранять нормальное затухание (см. рис. 5.18).
Образование в безветренную дождливую погоду сплошной водяной оболочки на проводнике происходит за 10—15 мин. Опыт показывает, что с помощью сравнительно редких встряхиваний (через 5—10 мин) можно поддерживать параметры линии практически постоянными.
Наилучшие результаты дает покрытие полиэтиленом (рис. 5.19). В этом случае увеличение затухания для наихудших условий (мелкий моросящий дождь без ветра) не превышает 3 дБ. Периодические встряхивания, которые могут выполниться автоматически, ограничивают рост затухания в пределах 0,7—0,8 дБ. Осаждение инея на проводнике понижает уровень на выходе линии примерно на 2 дБ. При механическом удалении инея затухание линии восстанавливается до первоначального значения.
Представляет практический интерес изменение согласования в линии во время атмосферных осадков, что можно характеризовать изменением коэффициента бегущей волны КБВ. Измерения, проведенные для проводника, покрытого полиэтиленом, показали, что КБВ на входе линии при мелком моросящем дожде сначала медленно уменьшался (от первоначального значения 0,92), а затем, когда на проводнике образовывалась водяная пленка, начинал хаотически изменяться в пределах 0,87—0,6.
Механическое встряхивание проводника возвращало систему в первоначальное состояние, но затем снова медленно, по мере образования крупных капель, КБВ на входе линии начинал падать, повторяя предыдущую картину. Следует отметить, что, во-первых величина КБВ изменяется мало и, во-вторых, большую роль играет наличие на проводнике линии крупных капель диаметром приблизительно 3—5 мм. Только в случае больших капель на проводнике КБВ на входе линии изменяется хаотически и в больших пределах. Наличие же на проводнике мелких капель диаметром до 1 мм весьма мало сказывается на величине КБВ. Следовательно, для поддержания во время дождя первоначального значения КБВ необходимо встряхивать проводники линии через определенные промежутки времени. Встряхивание должно быть несильным, так как достаточно удалить с проводника только крупные капли, чтобы значение КБВ снова восстановилось.
Весьма эффективным способом защиты линии передачи поверхностной волны от влияния атмосферных осадков (дождя, росы, тумана) является возбуж дение в линии собственных механических колебаний. Обычно это делается при помощи электродвигателя, размещаемого на рупорном возбудителе и имеющего на валу разбалансированный груз.
В процессе изменения КБВ на входе линии во время дождя изменяется также ее полное затухание. Анализ этого вопроса показывает, что увеличение потерь в линии при воздействии дождя происходит не за счет переотражений от крупных капель на проводнике, а за счет сильной концентрации поля, обусловленной образованием на проводнике пленки воды, а также за счет потерь в ней самой.
