Критерии для определения дальности действия РТС
Независимо от типа РТС энергетика радиолинии должна позволять выделить сигнал на фоне помех. Для количественных оценок вводят, в основном, два вида отношения сигнал — помеха (ОСП): ОСП по мощности и энергетическое ОСП.
ОСП по мощности rsnPприменяют в случае непрерывных или импульсных сигналов при простейших способах демодуляции (напр., детектирование АМ)
,
где Pn— мощность помехи типа шума.
Простейшие виды демодуляции обеспечивают высокое ОСП за счет ограничения полосы пропускания, но при сужении ПП ухудшается качество воспр. сигнала, т. е. снижается верность информации (рис. 3.6).
Рис. 3.6 — К выбору оптимальной полосы пропускания приёмника
Они не используют или недостаточно используют априорную информацию о форме сигнала. Алгоритмы обработки, полностью использующие эту информацию, наз. оптимальной обработкой сигналов или оптимальным приёмом.Реальные устройства обычно не полностью реализуют теоретические условия оптимального приёма, поэтому их называют квазиоптимальными.
В основу оптимальных алгоритмов чаще всего закладывают сравнение принятой смеси сигнала с помехой с образцом сигнала на заданном интервале времени t(для имп. сигналов этот интервал равен длит. имп.). Результат обработки при этом определяется не мощностью, а энергией сигнала и аналогичной характеристикой помехи.
|
|
|
Если U(t) — напряжение сигнала, [В], то энергию сигнала Es,
[Дж = В∙А∙с=В2/Ом∙с]определяют для единичного сопротивлениянагрузки
.
Если обозначить n(t) реализацию помехи, наблюдаемую на интервале 
, то формально можно записать выражение для энергии помехи En
.
Однако помеха есть случайный процесс, поэтому для количественной оценки энергии помехи необходимо выбрать математическую модель её и применить методы теории вероятностей и мат. статистики.
Наиболее часто считают, что на входе приёмного устройства действует нормальный (гауссов) белый шум, средняя энергия которого определяется спектральной плотностью мощности N0. Тогда энергетическое ОСП будет иметь след. выражение
.
| Критерием для определения дальности действия конкретной РТС является снижение ОСП либо по мощности, либо по энергии до минимально допустимого уровня. |
| Лк 12 |
Дополнительные потери в радиолинии
3.5.1. Поглощение радиоволн в атмосфере
Ослабление происходит:
— в газах (кислороде и азоте);
— в парах воды;
— в гидрометеорах (осадках).
|
|
|
Суммарное ослабление на дистанцииL можно оценить, если известноудельное ослабление 
, дБ/км
.
Удельное ослабление зависит от частоты.
В ясную погоду для ДМВ и более длинных волн — несущественно.
Для более коротких волн наблюдаютсярезонансные участки (рис. 3.7).
При уменьшении длины волны, начиная с 2 см, изменение удельного ослабления носит резонансный характер за счет эффективного взаимодействия радиоволн с молекулами водяного пара Н2О (резонансные длины волн 1,35 см и 0,17 см) и кислорода O2(резонансы при 
см и 0,25 см).
В промежутках между резонансами в диапазоне длин радиоволн от 2 мм до 1,35 см наблюдаются три «окна прозрачности»:
— 
;
— 
;
— 
.
Гидрометеоры (дождь, туман, снег, град), а также пленки воды на антенных обтекателях или непосредственно на рефлекторах параболических антенн могут существенно ослаблять энергию радиоволн.
Наибольшее удельное ослабление (рис. 3.8) вносят частицы влаги в случае ливней. Однако и более слабые дожди, туманы приводят к чрезвычайно большим ослаблениям на миллиметровых волнах.
Характер погоды в США часто оценивают по влиянию дождя средней интенсивности 3 мм/ч, вероятность которого для Вашингтона оценивается величиной 0,012. В дециметровом и даже десятисантиметровом диапазоне такой дождь существенно не увеличивает удельного ослабления ясной погоды, и лишь на длине волны 5 см удваивает последнее. В окнах прозрачности около 140 ГГц ослабление в дожде превышает 8 дБ/км.
|
|
|
Туманы характеризуются меньшими размерами капель, чем дожди,поэтому они сказываются сильнее на миллиметровых волнах, чем на сантиметровых.
Снег и град существенное влияют только, если они подтаивают и покрываются водяной пленкой.
Плёнки влаги толщиной 0,1—0,5 мм на антенных обтекателях приводят к дополнительным потерям 1—5 дБ на волнах длинойоколо 10 см и 5—12 дБ на волнах длиной около 2 см. Такие же плёнки на рефлекторах параболических антенн на волнах длиной около 2 см приводят к потерям 0,03—3 дБ.
Методика расчета ослабления радиосигнала в дожде состоит в следующем. По допустимому проценту времени кратковременных прерываний сигнала в радиолинии определяется допустимый процент времени кратковременных прерываний связи в течение года из-за дождя и интенсивность дождя, которая не превышается в этом проценте времени любого года. Для климатических зон России указанные выше проценты времени и интенсивность дождя, при которой необходимо обеспечить работу радиолиний, представлены в таблице 3.2.
|
|
|
Таблица 3.2 — Данные о прерываниях радиосвязи из-за дождя
| Тип телекоммуникационной системы | Мобильная связь | Спутниковая фиксированная связь | Один пролет радиорелейной линии связи |
| Допустимый процент времени года кратковременных прерываний связи из-за дождя | 1% | 0,1% | 0,01% |
| Интенсивность дождя, мм/ч, которая не превышается в допустимом проценте времени года на территории России | 2 | 6—8 | 30 |
Погонное ослабление в дожде
,
где a,b— коэффициенты (табл. 3.3).
Таблица 3.3 — Значения коэффициентов a,b
| Частота, ГГц | 7 | 8 | 10 | 12 | 20 | 30 | 40 | 45 |
| a | 0,0026 | 0,004 | 0,009 | 0,017 | 0,07 | 0,17 | 0,31 | 0,39 |
| b | 1,31 | 1,31 | 1,26 | 1,29 | 1,07 | 1,00 | 0,93 | 0,90 |
Эквивалентнаядлинатрассы 
меньше физической длины 
из-за неравномерной интенсивности дождя (ливневая зона 2—3 км, остальное — дождь средней интенсивности). Для горизонтальных трасс на высотах до 4 кмприменяется формула
.
Для спутниковых и авиационных линий на высоте свыше 4 км — экспериментальные кривые МСЭ (рис. 3.9).
Рис. 3.9— Зависимости эквивалентнойдлины трассы в дожде от интенсивности дождя и угла возвышения трассы
3.5.2. Поляризационные потери
Линейная поляризация: для угла рассогласования 
дополнительные потери
.
Реально: эффект деполяризации при отражении от металлических объектов (рис. 3.10).
Рис. 3.10 — К эффекту деполяризации
Эффект Фарадея в ионосфере: поворот плоскости поляризации. В спутниковых системах чаще всего применяется круговая поляризация. Неидеальная поляризация — эллиптическая (рис. 3.11).
Рис. 3.11 — Параметры поляризационного эллипса
Круговая поляризация рассматриваетсякак сумма 2 линейных поляризаций со сдвигом фаз на 90°, если амплитуды одинаковы. При разных амплитудах поляризация является эллиптической.Вводится коэффициент эллиптичности
.
Если однаантенна создаёт поле линейной поляризации пол, а другая — круговой, то потери составят 3 дБ, но не будут зависеть от ориентации!
Задание: вывести формулу коэффициента осл при эллипт пол.
При противоположном вращении — до нуля (практ 20—30 дБ). Пример применения: поляризационное разделение каналов.
3.5.3. Влияние подстилающей поверхности
Если в ДН передающей антенны попадает подстилающая поверхность, то в точке расположения цели (Target)возникает интерференция прямого и отражённого луча (рис. 3.12).
Рис. 3.12 — К влиянию подстилающейповерхности
Поле в точке приёма (или в районе цели) 
будет равно
,
где 
— поля прямого луча при наведении антенны на максимум;
Г — комплексный векторный коэффициент отражения от подстилающей поверхности;
— постоянная распространения (для обычных сред волновое число 
);
— коэффициент шероховатости поверхности;
— коэффициентпоглощения в растительности (для средних широт Земли от 0,03 до 0,3).
— разность хода лучей.
Коэффициент отражения определяется:
— поляризацией падающей волны;
— электрическими параметрами поверхности.
Для металла, гладкой поверхности моря и гладкой поверхности суши на метровых волнах работает принцип зеркальных изображений электростатики: изображение заряда с плюсом имеет знак минус и наоборот. Диполь Герца: объединение двух мгновенных зарядов (рис. 3.13).
Рис. 3.13 — Картина отражения сигнала от Диполя Герца при вертикальном (а) и горизонтальном (б) его положениях
| Лк 13 |
Электрические параметры поверхностей
Комплексная диэлектрическая проницаемость
,
где 
— относительная диэлектрическая проницаемость;
— удельная проводимость (табл. 3.4).
Таблица 3.4 — Электрические параметры некоторых поверхностей
| Материал | 
|  , (Ом/м)–1
|
| Хорого проводящая почва (влажная) | 25 | 0,02 |
| Средне проводящая почва | 15 | 0,005 |
| Плохо проводящая почва (сухая) | 3 | 0,001 |
| Снег, лёд | 3 | 0,001 |
Пресная вода для  м
| 81 | 0,7 |
Пресная вода для  см
| 65 | 15 |
| Солёная вода для м
| 75 | 5 |
Коэффициент отражения для вертикальной поляризации
,
для горизонтальной поляризации
.
3.5.4. Особенности РРВ различных диапазонов
Если кривизна Земли до горизонта много больше длины волны, то прямая видимость: УКВ (ОВЧ) — метровые и короче.
Дальность приема сигналов R (в километрах) можно оценить по формуле:
,
где h1, h2 — высота передающей и приемной антенн, соответственно.
Средние и промежуточные волны днем распространяются практически за счет поверхностных волн. При этом они испытывают поглощение землей и слоем D ионосферы. Поглощение землей увеличивается с ростом частоты. Дальность связи составляет 100—150 морских миль и в большой степени зависит от выходной мощности передатчика. Вечером после захода солнца слой D исчезает и пространственный луч отражается от более высокого слоя F и возвращается на землю. За счет этого дальность связи в ночное время может увеличиваться до 300-450 миль.
Из-за рефракции применяют эквивалентный радиус Земли, который больше реального радиуса.
КВ — огибание, но земная волна быстро затухает.
Слои ионосферы — D, E, F1, F2 (ночью только F). Для каждого — критическая частота 
. Если частота больше критической, то волна проходит сквозь слой.На практике — максимальная используемая частота (MUF) 
(рис. 3.14).
Рис. 3.14 — Схема слоёв ионосферы днём и ночью
Вода: глубина проникновения соизмерима с длиной волны(пример: для связи с подводными лодками используют СДВ).
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 645; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!