Файл: Допускается к защите.docx

Определение высоты подъема земли в центре трассы (и любой другой точке) относительно нулевой точки осуществляется типовыми методами. Для этого можно использовать графики или таблицы, показывающие зависимость величины подъема земли (относительно точки установки антенны) от расстояния до места расположения антенных устройств или воспользоваться зависимостью:

K(1-K),

где Y - относительная высота подъема земли в рассчитываемой точке; D - расстояние между антеннами; Rе - радиус Земли (≈ 6370 км); К = Di / D - относительная координата точки подъема, коэффициент, учитывающий особенности рельефа местности.

Если на трассе имеется препятствие,например,гора,то на гору следует установить ретранслятор и рассчитывать две трассы: до и после него.

4 Методика рассчета бюджета радиолинии

При проектирований радиолиний возникает необходимость

расчета энергетического баланса сигналов, так как необходимо на

заданном расстоянии обеспечить уверенный и качественный прием.

При решении этой задачи накладываются дополнительные ограничения

на габариты и геометрические размеры антенн, предельную

чувствительность приемников, максимальную мощность передатчиков

и т.д. Расчет энергетических потенциалов различных вариантов

радиолиний позволяет установить определенные закономерности при

выборе диапазона частот и основных параметров радиолиний. Строгий

расчет является достаточно сложным и выполняется на завершающем

этапе проектирования радиосистемы. Рассмотрим методику расчета,

пригодную для предварительной оценки параметров радиолиний и для

сравнения разных вариантов радиосистем.

Для получения требуемых качественных показателей до точности

и достоверности получаемой информации, а также пропускной

способности радиолинии необходимо обеспечить определенное

соотношение мощности сигнала Р_{с вых} к мощности шума Р_{ш вых} на

выходе приемника



Количественно помехоустойчивость определяется соотношением:

, где

- отношение мощности сигнала P

---

_с к мощности шума на выходе приемника.

Расчет начнем определением мощности полезного сигнала на входе приемника и мощности шумов, пересчитанной ко входу приемника. Обозначим Р_пер - мощность передатчика, η_пер - КПД передающего тракта антенно-фидерного устройства (АФУ). Тогда η_пер Р_пер есть излучаемая мощность. При изотропной передающей антенне и среде распространения без потерь мощность, проходящая через единичную площадку, которая находится на расстоянии r от передатчика, как это следует из закона сохранения энергий, равна излучаемой мощности, деленной на площадь поверхности сферы радиусом r. Тогда поток мощности через единичную площадку в точке приема равен



где r – расстояние между приемной и передающей антеннами.

Если передающая антенна имеет коэффициент усиления по мощности G_пер в направлении на приёмник, то



Величина называется эквивалентной изотропноизлучаемой мощностью антенн (ЭИИМ)

Приемная антенна характеризуется эффективной площадью S_пр , которая по определению равна отношению мощности сигнала на выходе антенны к потоку мощности Pо через единичную площадку. Приемная антенна перехватывает мощность, значение которой зависит только от Sпр, т.е. только от геометрических размеров антенн и не зависит от длины волны (например, для параболической антенны с диаметром раскрыва d эффективная площадь антенны есть Sпр≈0,54πd²/4). Обозначим через L коэффициент (L≥1), характеризующий потери полезного сигнала в тракте от передатчика до входа приемника. Величина ηпер также входит в эти суммарные потери. Тогда мощность полезного сигнала, поступающего на вход приемника, равна

(1)

Иногда удобно выражать эффективную площадь приемной антенны через ее коэффициент усиления. Учитывая, что для антенны , получим

---

(2)

Из этих формул следует, что при фиксированной апертуре антенны коэффициент усиления антенны растет с уменьшением длины волны λ. Однако это не означает, что с уменьшением длины волны приемная антенна будет сильнее "усиливать" сигнал и Рс на входе приемника возрастет. Мощность сигнала, перехватываемого приемной антенной, зависит только от ее геометрических размеров. Энергетическим потенциалом радиолинии будем называть отношение мощности полезного сигнала на входе приемника Рс к спектральной плотности шумов на входе приемника Nо. Так как Nо=kТ, где k=1,38*10-23 Вт/Гц'град - постоянная Больцмана, Т - шумовая температура приемной системы в градусах абсолютной шкалы, то из (1) получим

(3)

или с учетом (2)



Значение Pс /Nо должно быть больше или равно некоторому пороговому значению (Рс /No)п, которое зависят от полосы частот передаваемого сообщения и требуемого качества воспроизведения сообщения в приемном устройстве.

Рассмотрим расчет энергетического потенциала линии с учетом частотного спектра передаваемых сообщений. Пусть информативная полоса частот аналогового или цифрового сообщения есть ∆F . Удобно определять пороговое отношение сигнал/шум в удвоенной информативной полосе сообщения ∆f=2∆F для заданного вида модуляции и кодирования [4]. Обозначим (Pc /No∆f)=h_n² , где No∆f - мощность шума, т.е h_n²– соотношение сигнал/шум. В частности, для цифровых методов модуляции, когда на вход радиолинии поступает поток информационных символов длительностью τo, можно записать ∆f≈1/τо, h_n²=(P_cτо/No)n=(Ео/Nо)n, где Ео - энергия, приходящаяся на один принимаемый символ информации. Например, для фазовой манипуляции на 180° и кода без избыточности под пороговым значением можно понимать значение (Ео/Nо)n=10, при котором достигается вероятность ошибки на символ р, равная р≈10^-6

Используя выражение (3), можно записать cследующее уравнение, связывающее основные параметры радиолинии: P_перG_перS_пр/4πr²kT∆fL≥ h_n² Из этого уравнения и определяются значения P_перG_перS_пр.Анализ показывает, что, начиная с некоторой мощности передатчика (порядка нескольких ватт), всегда выгоднее повышать энергетический потенциал радиолинии за счет увеличения усиления передающей антенны, а не за счет увеличения мощности передатчика. При этом масса и стоимость аппаратуры оказываются минимальными. Увеличение G

---

_пер ограничивается либо габаритами антенны, что характерно для летательных аппаратов, Либо требованиями к ширине диаграммы направленности антенны. Так, при больших значениях Gпер получающиеся узкие диаграммы направленности создают трудности в наведении антенн.

Рассмотрим потери сигнала в радиолинии. Они возникают в трактах антенно-фидерных устройств (АФУ) передатчика и приемника, в процессе распространения радиоволн в атмосфере Земли, из-за вращения плоскости поляризации радиоволн, неточности наведения антенн, изрезанности диаграмм направленности антенн, при обработке сигнала (неидеальности систем синхронизации) и пр. Потери из-за поглощения радиоволн в атмосфере. Пройдя тропосферу, радиоволны испытывают поглощение, обусловленное главным образом поглощением в кислороде и парах воды. Другие компоненты создают ничтожно малое поглощение. Для определения поглощения радиоволн нужно знать высотные профили давления, температуры и влажности атмосферы, а также угол наклона к поверхности Земли, пути распространения радиоволн. Высотные профили параметров атмосферы меняются в зависимости от времени года, суток и географического положения радиостанции. Поэтому характеристики поглощения радиоволн рассматривают для некоторых средних условий, т.е. для некоторой стандартной модели атмосферы.



Рис.4.1

На рис. 4.1,а представлена зависимость результирующего поглощения радиосигнала от его частоты при прохождении сигнала через тропосферу под углами места α=90; 5; 0⁰ и приемной антенне, расположенной на поверхности Земли. Кривые поглощения имеют максимумы (резонансы) на длинах волн 1,35 см, 5 и 2,5 мм. Отдельно необходимо учитывать потери при выпадении осадков (дождя, тумана, снега и пр.). В 98% случаев на территории СССР интенсивность дождя 1≤4 мм/ч. Для I=4 мм/ч и толщине облаков 1 км интегральные потери в слое дождя, облачности и тумане представлены на рис. 4.1,а. В качестве примера на рис. 4.1,б представлены кривые затухания сигнала за счет осадков, тумана и других явлений, полученные экспериментально для девяти пунктов, размещенных в Европе для наихудшего месяца. Экспериментальные данные приведены для частоты 11,4 ГГц. На этом же рисунке приведена кривая затухания сигнала и для частоты 14 ГГц, рассчитанная на основании данных для 11 ,4 ГГц. Штрихом на рис. 4.1,в даны значения шумовой температуры неба, полученной экспериментально на частоте 11,4 ГГц. Потери в ионосфере сказываются, в основном, в диапазоне коротких волн. Так, уже на частотах порядка 100 МГц потери не превышают 1-1,5 дБ в наихудших случаях. Поляризационные потери. Магнитное поле Земли изменяет

---

условия распространения радиоволн в ионосфере, которая становится средой с двойным лучепреломлением. Обыкновенная и необыкновенная составляющие радиоволны распространяются с разными фазовыми скоростями, в результате чего при прохождении некоторого расстояния между ними появляется фазовый сдвиг, приводящий к повороту плоскости поляризации волны. Из-за флуктуации параметров ионосферы угол поворота вектора поляризации радиоволны также флуктуирует. Поэтому, если передающая и приемная антенны линейно поляризованы и ориентированы одинаково, возникают флуктуации амплитуды принимаемого сигнала, называемые поляризационными замираниями. Если одна из антенн (приемная или передающая) будет иметь круговую поляризацию, то поляризационные замирания будут отсутствовать, однако при этом мощность принимаемого сигнала уменьшается в два раза (потери 3 дБ). Действительно, пусть при передача используется антенна с линейной поляризацией, а при приеме - с круговой поляризацией. Линейнополяризационное колебание можно представить в виде двух колебаний с круговой поляризацией одинаковой мощности, имеющих противоположные направления вращения. Так как антенна будет принимать колебание только одного направления вращения, то это и приведет к потерям сигнала в 3 дБ. Поляризационные потери сигнала будут отсутствовать при использовании передающих и приемных антенн с круговой поляризацией одного направления вращения. Флуктуации поляризации вектора радиосигнала проявляются сильнее на более низких частотах. На частотах выше 2 ГГц с этими флуктуациями можно не считаться. Потери из-за изрезанности диаграмм направленности передающих и приемных антенн. При связи с летательными аппаратами (самолет, ИСЗ) со слабонаправленными или всенаправленными антеннами необходимо считаться с изрезанностью диаграмм направленности бортовых антенн. Типичная диаграмма направленности самолетной всенаправленной УКВ антенны, показана на рис.8,г. Изрезанность диаграммы направленности антенны обусловливается интерференцией сигнала, отраженного от отдельных частей летательного аппарата. Изрезанность возрастает с уменьшением длины волны. В диаграмме направленности антенны может быть ряд провалов, в том числе близких к нулю. В этих провалах поляризация, например, из линейной превращается в эллиптическую, приближаясь к круговой. Вращение поляризации может быть как левым, так и правым. Все это серьезно ухудшает условия радиосвязи, заставляя существенно увеличивать мощности передатчиков, чтобы скомпенсировать уменьшение полезного сигнала в приемнике из-за провалов диаграммы направленности антенны. Для расчета энергетического потенциала радиолинии необходимо достроить кривую вероятности появления возможных значений коэффициента направленного действия (КНД) антенны во всех сферических углах. Эта плотность вероятности для одной какой-либо

---