Главная Случайная страница


Категории:

ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника






ЛЕКЦИЯ 7. ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ СВЕРХДЛИННЫХ

ЛЕКЦИЯ 7. ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ СВЕРХДЛИННЫХ

И ДЛИННЫХ РАДИОВОЛН

Диапазон ДВ - участок радиодиапазона 10 км...1км (30...300 кГц), а СДВ - 100км...10км (3...30 кГц). Тропосфера не влияет. Диапазон электро­магнитных волн, создаваемых с помощью различных радиоустройств, ог­раничен длинами волн около 20...30 км (15...10 кГц). Мощные поля более длинных волн возбуждаются только естественным природным источником — молниевыми разрядами, которые излучают непрерывный спектр волн, особенно интенсивных на частотах от 30...50 кГц до нескольких сотен герц и меньше.

Область применения диапазонов СДВ и ДВ определяется особенно­стями их распространения. Относительно малое затухание поля в тракте распространения и устойчивость по отношению к ионосферным возмуще­ниям позволяет использовать эти диапазоны для связи на дальние расстоя­ния, простирающиеся до антипода. Однако малая частотная емкость этих диапазонов позволяет применять только телеграфные системы с малыми скоростями телеграфирования (например, работа ключом). Большое при­менение эти частоты находят в системах дальней радионавигации и пере­дачи сигналов точного времени, что объясняется большой стабильностью амплитудных и фазовых характеристик поля. Радиоволны СДВ и ДВ диа­пазонов распространяются как ионосферными, так и земными волнами. Наилучшее объяснение наблюдаемых закономерностей изменения поля в пространстве и во времени дает теория волноводного распространения ионосферных волн. Современные теории принимают, что ионосферные сверхдлинные и длинные волны распространяются в сферическом волно­воде, нижней стенкой которого является поверхность Земли, а верхней - днем слой D, а ночью - слой Е. Сложность физических процессов при распространении радиоволн в таком волноводе, обусловлена следующими основными причинами: сферичностью Земли и ионосферы, размытостью и конечной проводимостью нижней границы ионосферы, ее анизотропными свойствами за счет влияния магнитного поля Земли, конечной проводимостью и сложным рельефом земной по­верхности. Нахождение поля в сферическом волноводе Земля - нижняя граница ионосферы сводится к решению уравнений Максвелла с учетом граничных условий.

Волноводная теория показывает, что, как и в идеальном волноводе, поле в точке приема представляет результат интерференции множества волн, претерпевших n-кратные отражения от стенок волновода. Каждая n-составляющая, называемая парциальной волной, распространяется по

наклонной, по отношению к оси волновода, траектории с фазовой скоростью, равной скорости света в данной среде. Каждой парциальной волне соот­ветствует свой угол падения φn на стенки волновода. От этого угла зависят коэффициент отражения от стенок, а следовательно, и закон затухания волны. Известно, что в волноводе с идеальными стенками парциальные волны формируют дискретный набор поперечных магнитных волн ТН и поперечных электрических волн ТЕ, распространяющихся вдоль оси вол­новода с фазовой скоростью, которая всегда превышает скорость света в среде. В сферическом волноводе Земля — нижняя граница ионосферы по­ле представляет также результат суперпозиции множества дискретных волн, но квазипоперечного типа — квазипоперечных магнитных ТН волн и квазипоперечных электрических ТЕ волн. Эти волны называются квази­поперечными, поскольку содержат слабые продольные составляющие: волна квази-ТН - магнитную составляющую Н, волна квази-ТЕ - электри­ческую составляющую Е. Появление этих составляющих обусловлено преобразованием в анизотропной ионосфере линейно-поляризованного поля в поле с эллиптической поляризацией.

Квазипоперечные волны различают по номерам m и называют мода­ми или «нормальными волнами». Существует набор мод квази - ТНm, где m=0, 1, 2,... и квази - ТЕm, где m = 1, 2, 3,... Номер m определяет характер распределения поля по высоте волновода. Каждый мод формируется дву­мя или более парциальными волнами, различающихся углами падения. Поскольку от угла падения зависит коэффициент отражения от стенок волновода, то каждому моду соответствует свой коэффициент затухания.

Расчеты показывают, что с увеличением номера мода коэффициент зату­хания увеличивается. Сильно ослабленными оказываются моды, форми­рующиеся парциальными волнами с углами падения, близкими к углам Брюстера, для которых характерно почти полное прохождение энергии падающей волны через отражающую область. Быстрое затухание мод с высокими номерами приводит к тому, что с увеличением расстояния все меньшее число мод оказывается существенным при формировании поля.

На больших расстояниях число мод, формирующих поле, зависит также от часов суток. Ночью в формировании поля участвует большее число мод чем днем, поскольку в темное время суток слой D пропадает и затухание всех мод уменьшается.

Различают по расстоянию три области формирования поля — ближнюю, промежуточную и дальнюю.

В ближней области (r < 1000 км) справедлива лучевая трактовка распространения, когда поле представляется в виде суммы полей земной волны и волн, n-кратно отраженных от ионосферы. Сравнение расчетов и эксперимента показывает, что погрешность расчета порядка 5% может быть получена при учете набора волн до пятикратно отраженных от ионо­сферы.

В промежуточной области (r = 1000...2000 км) справедлива только волноводная схема распространения и поле формируется как основными

модами квази -ТН1 и квази -ТН2, так и модами с более высокими номерами.

В дальней области (r > 2000 км) также справедлива волноводная схема, но поле формируется только основными модами, При расчете с по­грешностью до 10% дневное поле в этой области определяется волной ква­зи - ТН1, а ночью - тремя волнами: квази - ТН1, квази - ТН2 и квази - ТЕ1. Из­менение структуры поля в течение суток приводит к разным суточным за­кономерностям изменения поля на разных расстояниях в дальней области. Днем, когда доминирует одна волна, поле плавно уменьшается по мере увеличения расстояния; ночью эта зависимость носит немонотонный ха­рактер за счет интерференции трех основных мод. Необходимо отметить еще одну особенность распределения поля с расстоянием, наблюдаемую только в диапазоне СДВ, которая сводится к так называемому эффекту "антипода ". Измерения показывают, что на расстоянии около 20000 км от излучателя (точка "антипода") напряженность поля возрастает (рис.7.2). В антиподе амплитуда поля превышает ее значения на экваторе в 6...7 раз. Теория волноводного распространения подтверждает существование тако­го эффекта в сферическом волноводе. Чисто качественно его можно объ­яснить как результат «стекания» в эту область волн, приходящих с разных направлений, т.е. лучи, огибающие Землю, у антипода сходятся как в фо­кусе оптической системы.

МКВ

Изменения напряженности поля в течение суток.Регулярные изменения во времени напряженности поля длинных и сверхдлинных волн связаны с регулярными изменениями состояния ионосферы - высо­ты ее основания и степени ионизации отра­жающей области. Сложная интерференци­онная структура ночного поля, зависящая от расстояния, делает суточный ход неодно­значным. Нормальным суточным ходом счи­тается повышение поля от дня к ночи, что

объясняется уменьшением поглощения ионосферных волн при пропада­нии слоя D в темное время суток. Несмотря на то, что ночью возрастает обычно не только поле полезного сигнала, но и поле помех, отношение сигнал/помеха оказывается в большинстве случаев более выгодным но­чью, чем днем. На некоторых линиях во время восхода и захода Солнца появляются глубокие минимумы поля. Это явление называется сумереч­ным эффектом.

Сезонные изменения напряженности поляв промежуточной и дальней зонах выражены слабо и не всегда однозначно. Обычно в летние месяцы значения Е ниже, чем зимой.

Влияние цикла солнечной активности.Многочисленные наблю­дения показали, что с увеличением активности Солнца напряженность по­ля волн СДВ и ДВ диапазонов возрастает, что объясняется ростом гради­ента электронной плотности у основания ионосферы при повышенной солнечной активности.

Нерегулярные изменения напряженности поляобусловлены не­однородной структурой ионосферы, меняющейся во времени. Случайные колебания поля в диапазонах СДВ и ДВ незначительны по глубине и про­исходят настолько медленно, что не прослушиваются при слуховом прие­ме. Их можно обнаружить только при записи напряженности поля на са­мописец. Колебания имеют интерференционное происхождение и обу­словлены изменением сдвига фаз между интерферирующими составляю­щими. Значительные изменения фазовых сдвигов на волнах километровой длины возможны при случайных отклонениях длин траекторий на едини­цы километров (∆r = λ/2). Такие отклонения не могут произойти за корот­кий промежуток времени. Поэтому случайные неглубокие изменения уровня сигнала имеют плавный характер и протекают в течение десятков минут и даже часов. Отсутствие быстрых замираний является характерной особенностью условий приема волн СДВ и ДВ. К нерегулярным измене­ниям уровня сигнала следует отнести некоторое ослабление поля в начале ионосферных возмущений корпускулярного происхождения и увеличение в дни, следующие за возмущением. Внезапные возмущения типа «вспыш­ки» поглощения всегда приводят к увеличению напряженности поля на время «вспышки» - возрастает ионизация слоя Dи уменьшается проник­новение волн СДВ и ДВ диапазона в поглощающую область ионосферы. С укорочением длины волны эта тенденция ослабевает.

Распространение земной волной.В этом диапазоне волн для всех видов земной поверхности токи проводимости значительно преобладают над токами смещения, благодаря чему при распространении земной волны происходит лишь крайне незначительное проникновение энергии в глубь земли. Сферичность Земли, служащая препятствием для прямолинейного распространения радиоволн, до расстояний 1000...2000 км остается соиз­меримой с длиной волны, что способствует огибанию длинными волнами земного шара. Оба этих фактора обуславливают возможность распростра­нения длинных и сверхдлинных волн земной волной на расстояние поряд­ка 3000 км. При этом для расчета уровня поля до расстояний 500...600 км можно использовать формулу Шулейкина-Ван-дер-Поля, а на больших расстояниях - графики МККР.

 

Рис.10.1. К определению критерия Рэлея

можно пренебречь, если∆φ < (π/4…π/2). Обозначая через ∆hmах так называемую критическую высоту, которая соответствует критическим значениям ∆φmах, получим ∆hmax = λ / [(16…8)sin∆]. Для пологих траекторий, когда sin∆ ≈∆, и для обычно принимаемого критического значения ∆φmах = π/2 выражение упрощается ∆hmах∆ ≈λ / (8∆). Если высота неровности ∆h ≤∆ hmах ≈λ /(8∆), то отражение можно считать зеркальным. Это условие называется критерием Рэлея, ко­торый показывает, что чем более полога траектория падающей волны, тем слабее возмущающее действие неровности. Так, на волне 10 см при ∆ = 5° критическая высота равна всего лишь 14 см, а при снижении угла до 0,5° допустимый размер неровности возрастает до 1,4 м. Критерий Рэлея носит приближенный характер, поскольку не учитывает формы неровности, по­ляризации поля и др. Однако измерения показывают, что качественно этот критерий правильно оценивает влияние шероховатости поверхности. Если на открытых трассах в пределах минимальной зоны для отражения высота неровностей ∆h > ∆hmах то в интерференционных формулах используют эффективный коэффициент отражения Rэфф. Величины Rэфф для разных видов шероховатых поверхностей определяют по результатам статистиче­ской обработки экспериментальных данных.

Расчет поля на открытых и закрытых трассах при клиновидном препятствии.

Аппроксимацию клином применяют для препятствий типа горных вершин, крутых холмов, одиночных препятствий в виде зданий и др. Кли­новидная аппроксимация справедлива в тех случаях, когда размеры пре­пятствия вдоль трассы значительно меньше размера существенного эллип­соида для распространения в этом направлении, а поперек - значительно больше его поперечного размера. При выполнении этих условий расчет поля ведут в предположении, что поперек трассы расположен бесконеч­ный непрозрачный экран и условия дифракции соответствуют оптической дифракции Френеля.

Нормированный просвет u0 от которого зависит множитель ослабления, удобно выра­зить через просвет Н(gт) и относительную коор­динату экрана k = r1 / r

Нормированный просвет можно также связать с относительным просветом р(gT)

-3 -2 -1 0 1 2 3 Рис. 10.2. Зависимость V(u0)

 

Зная величину u0, по кривой рис.10.2 определяют множитель ослабления. При наличии клино­видного препятствия на трассах, где отсутствует оптическая видимость, но передатчик и прием­ник можно видеть с вершины препятствия, при некоторых условиях наблюдается явление, ко­торое называется эффектом «усиления клиновидным препятствием».

Рис.10.3. К определению эффекта усиления клино­видным препятствием

Наиболее просто этот эффект можно представить, если считать поле в точке приема как результат интерференции четы­рех волн. Пусть между пунктами А и В расположено клиновидное препятствие (рис.10.3). При этом участки трассы между передаю­щим пунктом и препятствием, а также между препятствием и приемным пунктом достаточно ровные и от них интенсивно от­ражаются волны. Тогда согласно отражательной трактовке поле в точке В можно представить как сумму полей возбужденных прямой 1 и отражен­ной 2 волнами. Волна 1 возбуждает за препятствием волны 3 и 4. Волна 2 возбуждает волны 3' и 4'. На пути распространения все волны дифрагируют на крае препятствия. Эффект усиления препятствием возможен, если потери при огибании препятствия не очень велики, что возможно при ма­лых просветах, т.е. при малых углах возвышения ∆ и ∆'. В случае пологих траекторий отраженных волн 2, 4 и 4' приближенно можно считать, что коэффициенты отражения от земли до препятствия и после препятствия одинаковы и равны -1. Для всех волн равны также дифракционные потери и приблизительно длины путей, проходимые волнами. Из последнего сле­дует, что в свободном пространстве поле каждой волны равно Е0. Резуль­тирующее поле, как сумма четырех волн с учетом их фаз, равно

Е = Е0V(u0){ехр[ - j(2 π / λ) (ρ1 + ρ3)] – ехр[ - j(2 π / λ) (ρ1 + ρ4)] –

- ехр[ - j (2 π / λ) (ρ2 + ρ3)] + ехр [ - j(2 π / λ) (ρ 2 + ρ 4)]}

Проведя вычисления с учетом обозначений на рис. 10.3 получим величи­ну результирующего поля

Еmах = 4ЕоmахV(u0)sin[2 πh1hnp / (λr1)]sin[2 π h2hnp / (λr2)].

Из формулы видно, что при наличии клиновидного препятствия, когда V(u0)→-1, поле в точке приема может превосходить поле в свободном пространстве почти в 4 раза при определенных соотношениях h1, h2, hпр, λ, r1,r2. Если длина радиолинии такова, что в отсутствие препятствия точка приема находится в области глубокой тени и дифракционное ослабление поля велико, то по сравнению с этим полем эффект «усиления препятстви­ем» может быть весьма большим. За счет дифракции на горных хребтах клиновидной формы возможно создание линий связи большой протяжен­ности. На таких линиях оптимальное положение корреспондирующих пунктов обычно проверяется экспериментально, поскольку расчеты не мо­гут учесть всей сложности конкретного рельефа.

В процессе изменения метеорологических условий и изменения реф­ракции фазовые соотношения между интерферирующими волнами изме­няются. Обычно прием в горной местности сопровождается сильными флуктуациями уровня сигнала.

Флуктуации напряженности поля земной волны на открытых и полуоткрытых трассах.На открытых и полуоткрытых трассах напряженность поля земной волны не остается постоянной во времени. В зави­симости от причин, вызывающих флуктуации поля, эти флуктуации имеют разную продолжительность и в одних случаях могут быть отнесены к классу замираний, в других - к классу длительных отклонений величины поля от его средних значений. Во всех случаях флуктуации имеют случай­ный характер. Различают следующие основные виды замираний в зависи­мости от причин их возникновения.

Субрефракционные (при отрицательной рефракции) замирания характерны для сухопутных равнинных трасс, особенно в летнее время и весной, когда часто метеоусловия таковы, что имеет место субрефракция, которая приводит к уменьшению просвета на линии. Если в условиях


средней рефракции просвет относительно невелик, то при субрефракции может произойти значительное затенение трассы и ослабление поля за счет дифракционных потерь. Такого вида ослабления имеют обычно большую продолжительность от нескольких десятков минут до несколь­ких часов, так как обусловлены инерционными метеорологическими процессами, например приземными туманами. Глубина субрефракционных замираний может достигать 20...30 дБ и более в широком диапазоне час­тот.

Второй вид флуктуации, наблюдаемый на открытых трассах, имеет интерференционное происхождение. При ряде значений градиента gт происходит противофазное сложение полей прямой и отраженной от земли волн и результирующее поле оказывается значительно ослабленным. Глубина таких замираний зависит от соизмеримости амплитуд отраженной и прямой волн. Отраженная волна наиболее интенсивна на сухопутных плоских трассах, проходящих в слабопересеченной, лишенной лесного покро­ва местности, а также на трассах, проходящих над большими водными по­верхностями. Продолжительность замираний такого типа составляет секунды - десятки секунд при глубине 25...30 дБ. Эти замирания обладают пространственной и частотной избирательностью, поскольку небольшие изменения в частоте и длине пути приводят к заметному изменению сдви­га фаз между интерферирующими волнами (в сантиметровом и децимет­ровом диапазонах волн).

Третий вид флуктуации, также интерференционного происхождения, связан с появлением в точке приема волн, отраженных от слоистых неоднородностей типа облаков, метеорологических фронтов, инверсион­ных слоев и др. Волны, отраженные от таких неоднородностей, интерфе­рируют с прямой волной и друг с другом. Малейшие изменения высоты неоднородности приводит к резким изменениям фазовых соотношений между интерферирующими волнами. В результате эти флуктуации отно­сятся к классу быстрых замираний с частотной и пространственной изби­рательностью. При глубине замираний 25...30 дБ их средняя продолжи­тельность составляет доли секунды. Чем короче волна и длиннее трасса, тем более вероятны эти замирания. Они чаще наблюдаются на волнах ко­роче 10...15 см и в соответствии с метеоусловиями в приморских районах, а также в горной местности. На таких трассах эти замирания могут быть определяющими для устойчивости работы.

Четвертый вид нерегулярного ослабления поля связан с появлением осадков на линии. Этот вид ослабления существенен для частот выше 10ГГц. При расчете устойчивости работы линии обычно оценивают ослаб­ление в дожде как наибольшее по сравнению с ослаблением в других ви­дах осадков. При выпадении ливневых дождей этот вид замираний может привести к срыву связи в течение всего времени существования ливня.

Распространение земной волны и условия работы радиовеща­тельных систем. Статистический метод расчета поля.

Спецификой условий работы вещательной сети является прием излучения одного передатчика одновременно множеством приемных пунк­тов, случайно распределенных на некоторой территории. В зависимости от характера рельефа условия приема в пределах этой территории могут быть различными. Кроме того, принимаемое поле подвержено быстрым и мед­ленным флуктуациям, и его среднее значение изменяется в зависимости от климатических условий. В результате в сети вещания принято оценивать напряженность поля вероятностными характеристиками, основанными на измерениях. Необходимо отметить, что при оценке условий приема веща­ния учитывают только медленные флуктуации, принимая, что мгновенные значения поля подчиняются логаримически-нормальному распределению с дисперсией, зависящей от климатических условий. Быстрые замирания порядка долей секунд и секунд не оказывают влияния на качество приема телевизионного и звукового вещания из-за инерции слухового и зритель­ного аппаратов человека. Параметрами для статистических характеристик поля служат: диапазон частот, климатический район, средние условия рельефа, процент времени наблюдений, процент приемных пунктов, в ко­торых может наблюдаться данная напряженность поля. Напряженность поля определяют с помощью кривых, рекомендуемых МККР (графиков МККР). В качестве примера на рис.10.4 приведены три кривые, справедливые для ОВЧ (40...250 МГц) в условиях среднепересеченной местно­сти и умеренного климата. Величина напряженности поля, определяемая из этих кривых, превышается в 50% при­емных пунктов в течение 50%, 10 % и 1% времени. Кривые построены для эквивалентной излучаемой мощности 1 кВт, когда высота подвеса передаю­щей антенны h1 = 300м, высота под­веса приемной антенны h2 = 10м. На­пряженность поля выражена в децибе­ллах относительно 1 мкВ/м. Кривые справедливы для вертикально- и гори­зонтально поляризованных волн. В указанной рекомендации имеются се­рии аналогичных кривых для диапазона УВЧ (450...1000 МГц). Для каж­дого диапазона даются поправочные коэффициенты, учитывающие сте­пень неровности рельефа и высот подвеса передающей и приемной антенн.

Зона обслуживания вещательного передатчика.Полезной зоной вещательного передатчика или зоной обслуживания называется террито­рия, в пределах которой прием вещания на массовую приемную аппарату­ру на границе зоны осуществляется с заданным качеством в течение 90% времени в 50% приемных пунктов. По международным нормам в течение 10% времени допускается наличие заметных помех. Качество приема оце­нивается разными параметрами в зависимости от вида помех. Помехи раз­деляют на две группы: к первой группе относят природные и промышлен­ные помехи; ко второй - помехи станций. Для качественного приема ве­щания с учетом только природных и промышленных помех в пределах зо­ны обслуживания должно выполняться условие Епол >> Еполmin, где Епол -напряженность поля полезного сигнала; Еполmin - минимально допустимая напряженность поля полезного сигнала при наличии только природных и промышленных помех (шума) и при заданном значении необходимого превышения Uпол / Uш в полосе ∆f, кГц. При расчете вещательных сетей нормируют не отношение Uпол / Uш,а значение Еполmin для наиболее небла­гоприятных условий - на границе зоны обслуживания, где поле полезного сигнала минимально.

Различают два случая. Если граница зоны проходит в сельской мест­ности, то в диапазонах метровых и дециметровых волн значение Еполmin определяется внутренними шумами приемника и космическими шумами. В этих условиях принято для телевидения Еполmin = 300...700 мкВ/м в диа­пазоне метровых волн. Норма увеличивается с повышением частоты кана­ла. Для звукового вещания принято Еполmin = 200 мкВ/м. Второй случай от­носится к приему в городах, где из-за большого уровня промышленных помех аналогичные значения оцениваются 5000 мкВ/м для телевидения и 1000...3000 мкВ/м для звукового вещания. Для качественного приема ве­щания при наличии помех станций должно выполняться условие Епол ≥ АЕпом, где А - коэффициент необходимого защитного отношения на выходе приемника; Епом - суммарная напряженность поля мешающих станций. Обычно на границе полезной зоны произведение АЕпом больше значения Еполminи основной задачей проектирования вещательной сети яв­ляется такое распределение вещательных передатчиков по обслуживаемой территории, при котором на границах полезных зон отдельных передатчи­ков величина АЕпом была бы равна Еполmin.

Влияние местных предметов на распределение поля вблизи пе­редающей антенны.Условие приема на метровых и более коротких вол­нах зависит от расположения приемной антенны относительно окружаю­щих ее предметов и местных неровностей рельефа. Близко расположенные здания, мачты, растительность, склоны оврагов, небольшие возвышенно­сти могут в зависимости от их расположения оказаться затеняющими пре­пятствиями или источниками местных отраженных волн. Затеняющее действие отдельного препятствия приводит к тому, что поле за препятствием появляется в результате двух процессов: дифракции и проникновения сквозь препятствие. Дифракция в рассматриваемых диапазонах волн про­текает с

большими потерями. Проникновение сквозь препятствия типа стен зданий, группы деревьев и других сопровождается также большими потерями за счет поглощения. «Непрозрачными» препятствиями считают возвышенности земной поверхности и железобетонные строения. За таки­ми препятствиями поле появляется только в результате дифракции. Внутрь квартир в железобетонных зданиях электромагнитные волны проникают через окна. К «полупрозрачным» препятствиям относят кирпичные и де­ревянные строения, растительность. При распространении в лесу с под­леском погонное ослабление оценивается единицами и десятками дБ/км, увеличиваясь с частотой и изменяясь в зависимости от густоты лиственно­го покрова и влажности. Действие окружающих предметов, как источни­ков отраженных волн, может проявляться в виде двух явлений: неравно­мерного распределения амплитуды поля в пространстве из-за интерферен­ции отраженных волн или запаздывающих сигналов, если предмет доста­точно удален от приемной антенны.

Распространение радиоволн в городе.Условия приема сигналов в диапазоне УКВ существенно зависят от расположения приемной антенны относительно окружающих ее предметов. В городских условиях такими предметами являются здания, деревья, заводские трубы, мачты и т.д. Близ­ко расположенные здания могут, в зависимости от их расположения, ока­заться затеняющими препятствиями или источниками местных отражен­ных волн. Затеняющее действие отдельного препятствия приводит к тому что поле за препятствием появляется в результате двух процессов: ди­фракции и проникновения через препятствие. Дифракция в рассматривае­мом диапазоне волн протекает с большими потерями. Проникновение сквозь препятствия типа стен зданий также сопровождается большими по­терями за счет поглощения. Измерения показывают, что напряженность поля за отдельно стоящим кирпичным зданием на 20...30дБ ниже, чем пе­ред ним, а за железобетонным строением уровень сигнала падает на 30...40 дБ. В целом внутри городской застройки имеются многочисленные тене­вые зоны, где сигнал значительно ослаблен. Действие окружающих зда­ний, как источников отраженных волн, проявляется, как в виде неравно­мерного распределения амплитуды поля в пространстве из-за интерферен­ции многочисленных отраженных волн, так и в своеобразном подсвечивании теневых зон. В случае вертикальной поляризации первичного поля от­ражения наиболее интенсивны от предметов, протяженных по вертикали (стены зданий, деревья). Большое влияние местных предметов на условия приема вертикально-поляризованного поля является одной из причин преимущественного применения горизонтальной поляризации в системах те­левизионного вещания.

Сложность условий распространения УКВ в городе определяет ста­тистический характер, как теоретических, так и экспериментальных ис­следований. По условиям приема сигнала можно выделить три наиболее

 

 

типичных ситуации: передающая и приемная антенны находятся над уровнем городской застройки и между ними имеется прямая видимость; связь между подвижным объектом и базовой станцией; связь между двумя подвижными объектами. В первом случае, характерном для приема сигна­лов телевизионного вещания, расчет напряженности поля можно вести по формуле Введенского, умножая результат расчета на поправочный коэф­фициент (обычно 0,4...0,6). Во втором и третьем случаях между пунктами передачи и приема, как правило, нет прямой видимости и основной вклад в формирование многолучевого поля вносят отражения от зданий в окре­стности подвижного пункта.

Рассмотрим закономер­ности изменения напряженно­сти поля в точке приема в го­родских условиях в зависимо­сти от расстояния, частоты вол­ны и высот установки антенн. На рис.10.5 приведены зависи­мости среднего (медианного) значения мощности сигнала Рс от расстояния r при различных высотах подвеса антенны базо­вой станции h1, измеренные на частоте 922 МГц. Высота под­веса антенны на подвижном объекте h2 = 3 м. Штриховой линией показана зависимость Рс от расстояния для условий свободного пространства. Уровень 0 дБ соот­ветствует полю в свободном пространстве на расстоянии 1 км от базовой станции. Анализ приведенных зависимостей показывает, что при увеличе­нии расстояния до 15 км мощность сигнала убывает как r-3 . Последующее увеличение г приводит к еще более быстрому уменьшению уровня сигна­ла. Ослабление сигнала в городе возрастает с увеличением его частоты. Эту зависимость можно представить в виде Pc = Af-n, где А - коэффициент пропорциональности. С увеличением частоты от 100 до 2000 МГц значе­ние коэффициента п изменяется от 0,2 до 1. При r = 1...10 км зависимость уровня поля от частоты слабая, но при дальнейшем увеличении расстояния значение коэффициента п начинает зависеть от него и растет значительно быстрее. Изменение медианного значения множителя ослабления от частоты при h1=200 м и h2=3 м для рас­стояний 1, 5, 20 и 40 км, показано на рис. 10.6.

 

 

Частота f, МГц
Рис.10.6. Зависимость медианного значе­ния затухания в городе от частоты и рас­стояния

Зависи­мость среднего уровня поля от высоты расположения антенны базовой стан­ции можно проследить по рис.10.5. Высота подвеса антенны сильно не влияет на скорость уменьшения уровня сигнала с расстоянием. Однако подъем антенны базовой станции приводит к увеличению абсолютного значения по­ля примерно пропорционально квадра­ту высоты (6дБ/октаву). На поле в точ­ке приема влияют не только рассмот­ренные факторы, но и многие другие. В частности, установлено, что уровень сигнала существенно зависит от распо­ложения улиц в городе, которые оказывают канализирующее действие на распространяющиеся волны. Вдоль радиально расположенных улиц уро­вень сигнала на 10...20 дБ выше, чем в перпендикулярных направлениях.

За счет переотражения волн от стен зданий и подстилающей по­верхности в городе наблюдается явление деполяризации - появление ор­тогональной (перпендикулярной) составляющей напряженности поля в которую переходит часть энергии волны. Коэффициент деполяризации представляет собой разницу в дБ между составляющей напряженности поля основной поляризации и ортогональной составляющей.

Установлено, что в г. Ташкенте значение коэффициентов деполяри­зации на радиальных (по отношению к передающей антенне) улицах в среднем на 2...4 дБ больше, чем на поперечных. Значения коэффициентов деполяризации в районах с большой плотностью застройки ниже, чем в районах с малой плотностью застройки. Наблюдается увеличение значе­ний коэффициентов деполяризации при увеличении высоты подвеса при­емной антенны. Значения горизонтальной и вертикальной составляющих напряженности поля в городе практически не коррелированны, что по­зволяет рекомендовать для приема и передачи кроссполяризованные ан­тенны (антенны с ортогональными поляризациями). Структура поля но­сит интерференционный характер. Архитектура города сильно влияет на величину квазипериода (усредненного расстояния между ближайшими минимумами) интерференционной картины напряженности поля. Так, в г. Ташкенте в районах с малой плотностью застройки величина квазипе-риода в среднем составляет 0,62λ, а для районов с большой плотностью застройки - 0,76λ. На поперечных улицах величина квазипериода в сред­нем составляет 0,81λ, а на радиальных улицах - 0,5λ.


СОВМЕСТИМОСТЬ

Взаимные помехи станций.В настоящее время имеет место суще­ственный (почти экспоненциальный) рост количества радиоэлектронных средств различного назначения (наземная и космическая радиосвязь, теле­видение, радиолокация, радионавигация и др.). При этом возникает, непре­рывно возрастающая, потребность в радиочастотах. В то же время емкость диапазона радиоволн ограничена, вследствие чего большое количество ра­диосистем вынуждено работать в одной и той же полосе частот. Использо­вание совмещенных полос частот многими радиосистемами приводит к возникновению взаимных непреднамеренных помех (отметим, что здесь в лекции не будут рассматриваться взаимные помехи, обусловленные гар­моническими и внеполосными излучениями передающих устройств, вне-полосным приемом и т.д.). В общем случае к непреднамеренным помехам относят помехи (шумы) естественного происхождения, промышленные помехи и взаимные помехи станций. В современных условиях, особенно в диапазонах декаметровых и более коротких радиоволн, основным видом мешающих сигналов являются взаимные помехи станций. Уровень взаим­ных помех в значительной мере определяется условиями распространения.

Условия распространения радиоволн различных диапазонов существенно отличаются друг от друга. Поэтому в каждом частотном диапазоне суще­ствуют свои, специфические методы оценки уровней и характеристик вза­имных помех. При всем многообразии необходимо иметь в виду, что если расчет энергетики радиолиний производится исходя из наихудших усло­вий, когда сигнал минимальный, то расчет мешающего сигнала проводят для тех условий, когда он максимален. Например, на линиях ДТР, предна­значенных для круглогодичной эксплуатации, энергетический потенциал определяется из условий зимних месяцев, когда уровень полезного сигна­ла, как правило, наименьший. В то же время на этих линиях при определе­нии характеристик мешающих сигналов необходимо исходить из условий летнего периода. Вследствие случайных изменений параметров атмосферы уровень помех в точке приема изменяется случайным образом, и поэтому задача заключается в определении не только средних, но и статистических характеристик мешающих сигналов.

Оценка уровня взаимных помех в диапазоне УКВ.Учитывая вза­имные помехи в рассматриваемых диапазонах частот, предполагают, что местоположение и технические характеристики мешающих станций из­вестны. При этом уровень помех станций можно оценить посредством ста­тистического распределения множителя ослабления V(Т) аналогично то­му, как это делается при расчете уровня полезного сигнала на РРЛ прямой видимости и тропосферных РРЛ. Однако, как уже отмечалось, при приеме помех наиболее опасными являются высокие уровни, поэтому в данном случае V(Т) характеризует статистическое распределение именно больших

 

значений множителя ослабления. Зная значение V(Т), можно определить вероятность того, что у

Последнее изменение этой страницы: 2016-06-09

lectmania.ru. Все права принадлежат авторам данных материалов. В случае нарушения авторского права напишите нам сюда...