Расчет потерь в питающем фидере
Введение
При проектировании системы УКВ радиосвязи с подвижными объектами возникает необходимость в определении зоны, где будет обеспечена связь с заданными качеством и надежностью.
При решении этой задачи важно определение ожидаемой дальности связи, осуществляемой между стационарной базовой станцией (БС) и подвижными объектами (ПО);
Дальность действия системы связи с подвижными объектами (ССПО) или зона покрытия зависит от следующих факторов:
1. параметров антенно-фидерного тракта передающей аппаратуры:
· мощности передатчика,
· потерь в антенно-фидерном тракте,
· усиления и неравномерности диаграммы направленности передающей антенны;
2. параметров антенно-фидерного тракта приемной аппаратуры:
· характеристики диаграммы направленности приемной антенны,
· ее действующей высоты,
· потерь в антенно-фидерном тракте;
3. уровня внешних и внутренних шумов на входе приемника и его чувствительности;
Статистических закономерностей распространения радиоволн в условиях пересеченной местности и городской застройки,
5. параметров радиоканала связи (характер местности, степень урбанизации и т.д.);
Стандарты (протоколы) систем связи с подвижными объектами отличаются большим многообразием. Ниже (см. табл.1) приводятся основные технические характеристики некоторых стандартов ССПО, которые используются или использовались операторами систем сотовой связи в России.
|
|
|
Учет направленных свойств передающих антенн
Направленные свойства передающей и приемной антенн определяются их диаграммой направленностью (ДН) - т.е. зависимостью напряженности поля, создаваемого антенной в дальней зоне от углов наблюдения q и f (см. рис.1).
В дальнейшем будем полагать, что угол f отсчитывается в вертикальной плоскости, а угол q в горизонтальной плоскости, относительно поверхности земли.
Рисунок 1 - Система координат
Рассмотрим направленные свойства некоторых типов антенн, используемых в БС (базовых станциях) ССПО.
Конструкция этой антенны схематично показана на Рис.2. Она содержит: несимметричный вибратор длиною l , противовес, выполненный из 3 ÷6 равномерно ориентированных по азимуту проводников, и антенную мачту, внутри которой проходит возбуждающий антенну коаксиальный кабель.
Диаграммы направленности такой антенны в разных плоскостях определяются с помощью выражения
Где λ– длина волны; (λ=с/f; где с- скорость света; f – частота стандарта ССПО (см. характеристики стандарта ССПО по заданию к КР);
l (ель)- длина несимметричного вибратора; (рекомендуется 0,5*λ);
|
|
|
Коэффициент направленного действия антенны (КНД) вычисляется по следующей формуле:
где Dнорм (φ ) и Dнорм(θ)- нормированные диаграммы направленности в соответствующих плоскостях.
Рис.3 Коллинеарная антенна
Коллинеарная антенна представляет собой по сути решетку из двух - трех λ/2 вертикальных вибраторов, которые разделены либо катушками, либо четвертьволновыми короткозамкнутыми линиями. Электрическая длина катушек выбирается таким образом, чтобы ток, текущий в них, имел противоположное направление относительно тока, текущего в вибраторах длиною l(ель). Питание антенны осуществляется с помощью коаксиального кабеля, проходящего внутри антенной мачты к нижнему вибратору. Для защиты от климатических воздействий, антенна заключается в диэлектрический (обычно стеклопластиковый) корпус, являющийся опорной конструкцией.
Диаграмму направленности коллинеарной антенны можно определить с помощью следующей формулы:
где λ – длина радиоволны;
(λ=с/f; где с- скорость света; f – частота стандарта ССПО (см. характеристики стандарта ССПО по заданию к КР);
k – постоянная распространения k=2π/λ;
|
|
|
l- длина вертикального вибратора; (l=λ/2;)
d - расстояние между вибраторами (рекомендуется ( 0,5÷0,7)*λ;
Коэффициент направленного действия (КНД) коллинеарной антенны вычисляется по формуле:
где Dнорм (φ ) и Dнорм(θ)- нормированные диаграммы направленности в соответствующих плоскостях.
Рис.3 Вариант построения кольцевой антенны
Одна из конструкций кольцевой антенной решетки показана на рис.3. Антенна представляет собой вертикальную решетку из поперечных вертикальных полуволновых (т.е. 21 = λ/2, λ - рабочая длина волны) дивибраторов (шлейф вибраторов Пистоль- корса), размещенных на металлической мачте, которая служит и как рефлектор и как опорная конструкция. Число дивибраторов на этаже - 4, остальные обозначения ясны из рис.3.
Диаграммы направленностив свободном пространстве решетки, возбуждаемой с одинаковыми амплитудами и фазами, выражается следующими уравнениями:
Где k=2*π/λ - постоянная распространения;
(λ=с/f; где с- скорость света; f – частота стандарта ССПО (см. характеристики стандарта ССПО по заданию к КР);
n - это число этажей антенны;
|
|
|
dреф =1,5*λ - расстояние между дивибраторами;
dэт = 0,35*λ - расстояние между этажами антенны;
В горизонтальной плоскости:
Коэффициент направленного действия (КНД) кольцевой антенной решетки определяется следующим выражением:
где Dнорм (φ ) и Dнорм(θ)- нормированные диаграммы направленности в соответствующих плоскостях .
4)
. 
Рис. 4. Вариант построения панельной антенны
Одна из возможных конструкций панельной антенны изображена на рис.4. Металлический кожух квадратного сечения, на каждой стороне которого размещены два симметричных полуволновых вибратора, представляет собой панель антенны. С целью увеличения КНД панели монтируются на антенной мачте друг над другом на одинаковых расстояниях dэт. Число панелей на практике выбирается в пределах от 2 до 8. Металлический кожух играет роль апериодического рефлектора и, кроме того, служит элементом крепления симметричных вибраторов. Питание антенны осуществляется коаксиальным кабелем, проходящим внутри антенной мачты.
Если предположить, что все симметричные вибраторы панельной антенны возбуждаются синфазно, то диаграммы направленности данной антенны могут быть рассчитаны с помощью следующих выражений:
λ – длина радиоволны ;
(λ=с/f; где с- скорость света; f – частота стандарта в Мгц ССПО (см. характеристики стандарта ССПО по заданию к КР);
n- число этажей;
dэт – расстояние между этажами (рекомендуется брать 1,2*λ);
dреф- расстояние между вибратором и металлическим кожухом (рекомендуется брать 0,25*λ);
Максимальный коэффициент направленного действия(КНД) панельной антенны определяется с помощью следующего выражения:
где Dнорм (φ ) и Dнорм(θ)- нормированные диаграммы направленности в соответствующих плоскостях .
В заключении данного раздела рассмотрим расчет коэффициента усиления G антенн БС.
Коэффициент усиления (КУ) любой антенны в максимуме излучения определяется следующим соотношением:
Dнорм(θ) – нормированная диаграмма направленности:
Dнорм(θ)=D(θ)/D(θmax),
где θmax - направление максимального излечения антенны.
В курсовой работе следует принять КПД антенн БС равным 0,92÷0,96.
Расчет потерь в питающем фидере
Потери в фидере, соединяющем передатчик с антенной, определяются как произведение длины фидера на величину погонного затухания (затухание на одном метре) радиокабеля, примененного для фидера.
(величину погонного затухания данного в задании на курсовую работу радиокабеля найти самостоятельно).
Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 714; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!