close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

laba 2-sputniki Onischenko

код для вставкиСкачать
Радиорелейные и спутниковые системы передачи
Руководство к лабораторному заданию по строительному расчету радиорелейной линии прямой видимости.
1.1. Строительный расчет радиорелейной линии прямой видимости
При расчете считать известными:
1. Длину линии L и географические координаты точек размещения оконченных станций линии.
2. Дальность связи на одном интервале по техническим данным станции.
3. Энергетические характеристики станций: мощность передатчика Рпер, коэффициенты усиления антенн Gпер и Gпр, коэффициенты полезного действия фидеров ηпер, ηпр, коэффициент шума приемника пш или его шумовую температуру Тш пр, энергетическую полосу пропускания приемника.
4. Требования к шумовой защищенности каналов линии и процент времени Т%, в течение которого должны выполняться нормы на шумовую защищенность (допустимый процент на замирания).
Расчет включает в себя следующие операции:
1. Определение числа интервалов линии.
2. Выбор по топографическим картам мест размещения радиорелейных станций.
3. Построение профилей местности для каждого интервала связи.
4. Расчета коэффициентов ослабления на каждом интервале связи.
5. Определение допустимых значений коэффициентов ослабления для всех интервалов связи, их сравнение с вычисленными и оценку степени пригодности выбранных интервалов для строительства линии требуемой протяжности.
1. Определение числа интервалов линии
Первоначальный выбор числа интервалов М производится как , где r - дальность связи на одном интервале, указанная в технических данных станции.
2. Предварительный выбор мест установки радиорелейных станций
Первоначальный выбор мест установки станций и ориентировочная оценка трассы производится по топографическим картам масштаба 1 :200000. Вначале по этим картам осуществляется оценка местности в полосе будущей радиорелейной линии, определяются основные препятствия, которые могут затруднить строительство радиолинии и оказывать влияние на прохождение связи. С этой целью в полосе будущей радиорелейной линии целесообразно "поднять" карту, т.е. оттенить наиболее выступающие препятствия (районы), лесные массивы, реки, овраги, населенные пункты. Затем выбираются возможные места установки радиорелейных станций между заданными оконечными пунктами и производится оценка средней протяженности и числа интервалов на планируемой линии связи. В данном случае необходимо руководствоваться следующими правилами.
Радиорелейные станции рекомендуются устанавливать на господствующих высотах.
Места развертывания узловых и оконченных радиорелейных станций должны находиться вблизи узлов связи, с тем чтобы облегчить соединение этих станций с элементами узлов связи.
Места развертывания радиорелейных станций должны допускать въезд, установку и развертывание автомобильных станций.
Кроме того, в целях повышения устойчивости радиорелейной связи желательно избегать трасс, проходящих над водной и скалистой поверхностью.
3. Построение профилей местности между каждой парой соседних радиорелейных станций
Профиль местности представляет собой вычерченный в определенном масштабе вертикальный разрез местности по линии, соединяющей две соседние радиорелейных станций. Профиль местности является основным рабочим документом, по которому определяется пригодность выбранных мест для установки радиорелейных стаций с целью получения заданного качества связи и ее устойчивости.
Для построения профиля местности используются топографические карты масштабов 1:50 000 или, в крайнем случае, 1:100 000. Карты более крупных масштабов применяются для уточнения мест установки радиорелейных станций и более детального анализа отдельных участков трассы. На эти карты наносятся точки установки радиорелейных станций. Точки соединяются прямыми линиями, вдоль которых производится построение профилей местности.
Профили местности вычерчиваются на миллиметровой бумаге в прямоугольной системе координат. Расстояния наносятся по оси абсцисс, а высота отдельных точек - не по радиусу, идущему через центр Земли, а по оси ординат. При таком построении линия, изображающая дугу гладкой земной поверхности, имеет вид не дуги круга, а дуги параболы, которая описывается выражением:
(1)
Построение профилей местности производится в определенном масштабе расстояний и высот.
Рекомендуемые масштабы приведены в таб. 1.
Таблица 1
Расстояние
не более, кмМасштаб расстоянийРазность высот не более, мМасштаб высот381см = 1км (1 : 100 000)100
2501см = 5м (1: 500)
1см = 10м (1: 1000) 751см = 2км (1 : 200 000) 50
150
450
11001см = 5м (1 : 500)
1см = 10м (1 : 1000) 1см = 20м (1: 2000)
1см = 40м (1: 4000) 1001см = 2,5км (1 : 250 000) 70
300
1000
55001см = 10м (1 : 1000)
1см = 20м (1 : 2000)
1см = 40м (1 : 4000)
1см = 200м (1 : 20 000) Вычерченная в выбранном масштабе расстояний и высот дуга земной поверхности является основанием, от которого откладываются высоты соответствующих точек трассы. Для построения профиля местности следует положение наиболее характерных ее точек с топографической карты перенести на прямую чертежа профиля местности. Из полученных точек восстанавливаются перпендикуляров соединяются между собой, и полученная ломанная кривая образует чертеж профиля местности (рис. 1).
Рисунок 1
На этом же чертеже, в наиболее высоких точках трассы, наносятся местные предметы, а в точках А и Б - высота антенных опор. Последняя операция заключается в соединении прямой линией электрических центров антенн. Полученная прямая является линией прямой геометрической видимости между антеннами радиорелейных станций.
Для радиорелейных станций, работающих в диапазонах дециметровых и сантиметровых волн, весьма существенно, чтобы линия прямой видимости проходила обязательно выше всех предметов на трассе и нигде ими не пересекалась. Иначе говоря, необходимо, чтобы величина просвета Н, т.е. расстояние между линией прямой видимости и местными предметами, была больше нуля.
Если линия прямой видимости пересекается профилем местности, то трасса является закрытой (Н < 0) и для связи на дециметровых волнах не проходит. В этом случае выбрать другую трассу, т.е. изменить положение одной или обеих радиорелейных станций. Пригодность трасс, у которого величина просвета больше нуля (Н > 0), определяется путем оценки затухания, испытываемого радиоволнами при их распределении над данной трассой.
4. Расчет коэффициентов ослабления радиоволн, обусловленного влиянием рельефа местности
Метод расчета коэффициентов ослабления зависит от характера местности на трассах распространения радиоволн:
Если местность на трассе распространения гладкая, то принято делить трассы, соответствующие зоне освещенности, зоне полутени и зоне тени.
Трассы относятся к зоне освещенности при
r ≤ rпр; (2)
к зоне полутени при
0,8rпр ≤ r ≤ 1,2rпр (3)
и к зоне тени при r ≥ rпр; (4) где rпр - расстояние радиогоризонта, причем (5)
На пересеченной местности, как указано выше, удобно классифицировать трассы в соответствии с величиной реального просвета: на открытые, полуоткрытые и закрытые. В каждом из указанных случаев применяется своя методика расчета.
а) Расчет коэффициента ослабления при гладкой поверхности земли
1. Расчет коэффициента ослабления в зоне освещенности при гладкой, плоской поверхности земли.
Такой случай имеет место при сравнительно небольшой расстоянии (10 - 15 км) между соседними радиорелейными станциями, когда высота антенны h1 и h2 значительно больше λ. Влияние земной поверхности в этом случае проявляется в основном в отражении радиоволн, излагаемых передатчиками. При этом часть энергии радиоволн, отраженных землей, попадает в приемную антенну и создает дополнительный путь связи между радиорелейными станциями (рис.2).
Рисунок 2
В месте приема прямая радиоволна, отраженная от земли, интерферируют между собой, и результирующая напряженность поля в любой момент времени равна геометрической сумме взаимодействующих полей.
Множитель ослабления может быть определен по формуле:
(6)
где Ф - коэффициент отражения;
∆r - разность хода прямой и отраженной волн;
Β - изменение фазы отраженной волны при отражении ее от земной поверхности;
- сдвиг фаз между прямой и отраженной волной.
В общем случае величины Ф и β зависят от поляризации падающей волны, угла встречи θв, длины волны, электрических параметров земной поверхности: диэлектрической проницаемости σ и характера земной поверхности. При малых углах встречи (θв < 10) и гладкой поверхности земли коэффициент отражения близок к единице, а изменение фазы радиоволны при отражении составляет примерно 1800. Поэтому в первом приближении можно принять β = 1800. Тогда формула (6) может быть записана в виде:
(7)
В зависимости от характера местности в пределах участка, существенного для отражения, следует различить зеркальное и диффузное (рассеянное) отражение. Зеркальное отражение происходит от сравнительно гладкой земной поверхности. В этом случае направление отраженной волны определяется известным законом оптики - угол падения равен углу отражения.
Рассеянное отражение происходит от неровной земной поверхности, от которой наблюдается множественное отражение радиоволн под различными углами и с различными фазами и поляризацией. Для метровых волн такой местностью являются густо застроенные районы, для дециметровых волн - холмистая местность, покрытая кустарником, и для сантиметровых - вспаханные поля.
Рассеивающее действие земной поверхности зависит от угла встречи (см. рис. 2) и соотношения между величиной неровности местности и длиной волны. Отражение можно считать зеркальным, если величина неровностей
(8)
Если неравенство (8) не выполняется, отражение следует считать рассеянным. Из этого соотношения видно, что чем меньше угол встречи, тем больше величина неровностей местности, не оказывающих влияние на отражение радиоволн.
В реальных условиях для дециметровых и сантиметровых волн зеркальное отражение всегда сопровождает диффузным отражением, которое в той или иной степени ослабляет зеркальное. Степень этого воздействия учитывается введением эффективного коэффициента отражения Фэф. Значения коэффициента Фэф, полученные экспериментальным путем, приведены в табл.2.
Таблица 2
Тип местностиФэфВодная поверхность, солончаки0,9 - 0,8Равнина, пойменные луга0,8 - 0,7Равные участки среднепересеченной местности0,7 - 0,6Сухая почва, пески0,6 - 0,4 Разность хода прямой и отраженной волн при r >> h1 и h2 определяется выражением:
(9)
2. Расчет коэффициента ослабления, соответствующего зоне освещенности при гладкой сферической поверхности земли.
Кривизна земной поверхности при расстояниях связи, обеспечивающих прямую геометрическую видимость между антеннами радиорелейных станций, приводит к уменьшению разности хода прямой и отраженной радиоволн ∆r, к уменьшению углов встречи θв и к дополнительному "расхождению" потока отраженных волн.
Уменьшение разности хода происходит вследствие повышения точки отражения. Это непосредственно видно из рис. 3, на котором точка С соответствует месту отражения от сферической земли, а точка С′ - месту отражения от плоской земли. Поскольку r″′ > r″ , ∆ r″ - r′ < r″′ - r′.
Для расчета разности хода ∆ r обычно сферическую земную поверхность заменяют плоскостью, касающейся земли в точке С. Такая замена дает возможность использовать приведенные выше
Рисунок 3
формулы для определения ∆ r. При этом вместо истинных высот антенн h1 и h2 вводят так называемые приведенные высоты:
h1пр = h1 - ∆h1;
h2пр = h2 - ∆h2.
Поэтому разность хода
(10)
Величины ∆h1 и ∆h2 при известной точке отражения могут быть рассчитаны по формуле:
где а* - эффективный радиус земли, равный 8500 км.
Расширение потока электромагнитной энергии при его отражении от сферической земной поверхности приводит к уменьшению напряженности поля отраженной волны, что обычно учитывается введением коэффициента "расходимости" D, на который умножается коэффициент отражения Ф. Это позволяет для расчета множителя ослабления V использовать формулу (7) заменив в ней A на DФ. Тогда (11)
График зависимости V от ∆r приведен на рис. 4 (правая часть при ). Из формулы (11) и рисунка видно, что множитель ослабления в зависимости от ∆r может принимать любые значения от
(12)
(13)
Рисунок 4
Согласно выражению (12) при происходит резкое уменьшение V и, следовательно, уменьшение напряженности поля в месте приема.
Коэффициент расходимости можно вычислить по формуле:
Для определения приведенных высот антенн необходимо знать положение точки отражения радиоволн от гладкой земной поверхности. При одинаковых высотах антенн (h1 и h2) точка отражения находится посередине трассы связи, при разных высотах - положение точки отражения определяется по графику рис.5. Значение приведенных высот определяются по графику рис. 6. На этом графике указаны значения отношения
как функции параметра
Рисунок 5
и отношения высот , где h1 - большая высота поднятия антенн.
3. Расчет коэффициента ослабления радиоволн в зоне полутени при гладкой сферической поверхности земли.
В зоне полутени расчет коэффициента ослабления производится по формулам, полученным В.И. Фоком. Однако вычисления по этим формулам весьма трудоемки, так как необходимо учитывать больше число членов ряда. Поэтому используют приближенный метод (13), который для практических расчетов дает достаточную точность. Суть метода заключается в том, что при больших высотах антенн h1 и h2 в выражении для V(3) можно использовать только первый член. При этом зависимость V от так называемого "численного" расстояния х получается приблизительно экспоненциальной, а зависимость V, выраженного в децибелах, - примерно линейной. Угловой коэффициент зависимости Vдб от х равен - 17,1 дб на одну х - единицу. При указанных условиях
Vдб = V0 дб - 17,1 (х - хпр) (14)
где V0дб - коэффициент ослабления, соответствующий расстоянию радиогоризонта (r = rпр):
;
, причем
(15)
Значение V0 дб может быть определено по графику, приведенному на рис. 7, в зависимости от параметра μ, которой для сферической земли равен
(16)
Здесь ; (17)
Рисунок 7
Таким образом, по параметрам трассы r, rпр, высотам антенн h1 и h2, а также длине волны λ можно рассчитать коэффициент ослабления радиоволн. Значения R1 и h′ могут быть определены по графику, представленному на рис. 8.
Рисунок 8
4. Расчет коэффициента ослабления в зоне тени при гладкой сферической поверхности земли. Коэффициент ослабления в зоне тени рассчитывается по формуле:
Vдб = U1(х)дб + U2(γ1)дБ + U3(γ2)дб (18)
где функции U1 и U2,3 определяется по графикам, изображенным на рис. 9 и 10, в зависимости от численного значения расстояния х и приведенных высот антенн у1,2. Рисунок 9
Рисунок 10
Следует иметь в виду относительную точность расчетов коэффициента ослабления на гладкой поверхности земли, поскольку даже сравнительно небольшие препятствия на трассе распространения радиоволн могут значительно изменить величину коэффициента ослабления, вносимого рельефом местности.
б)Расчет коэффициента ослабления на пересеченной местности
Если местность на интервале связи пересеченная, то необходимо определить, является ли трасса открытой, полуоткрытой или закрытой.
Для определения вида трасса на графике профиля местности строится предельная кривая - граница минимальной зоны, существенной для распространения радиоволн. Для этого от линии прямой видимости проводят вертикальные прямые и на них откладывают величины Н0, определяемые выражением (19)
Такое построение удобно проделать с помощью графика, изображенного на рис. 11.
Рисунок 11
По этому предельная кривая строится по 7 точкам, соответствующим четырем значениям Н0. Значения Н0 берутся для каждого интервала, соответственно его длине к и расстоянию r1, которое принимается равным (0,1, 0,2, 0,3 и 0,5) r, что соответствует τ = 0,1, 0,2, 0,3 и 0,5.
Способность построения предельной кривой (АВС) согласно этим значения Н0 приведен на рис. 12.
Рисунок 12
Если предельная кривая не пересекает профиль местности, т.е. реальный просвет Н > Н0, то трасса является открытой, если 0< Н < Н0 - то полуоткрытой, и если Н < 0 - то закрытой. Рассмотрим эти случаи.
1. Расчет коэффициента ослабления на открытых трассах.
Расчет коэффициента ослабления на открытых трассах производиться по интерференционной формуле (11).
Поскольку в данном случае из построенного профиля местности известны координаты точки (точнее зоны) отражения радиоволн, а основным параметром является величина реального просвета Н, то выразим разность хода ∆r через величину относительного просвета:
Так как согласно (5.21)
(20)
то из выражений (19) и (20) находим
(21)
Тогда формула (11) примет вид:
(22)
График зависимости V от h приведен на рис. 4.
Коэффициент расходимости D, входящий в выражение (22), определяется по формуле:
где ; b - радиус кривизны сферы, аппроксимирующей препятствие. Величина b вычисляется по формуле:
(23)
Величины rb и ∆у определяются по графику профиля местности, на котором нанесена кривая, аппроксимирующая препятствие (рис. 13а).
Рисунок 13
Если на интервале связи имеется несколько точек отражения, то коэффициент ослабления рассчитывается по формуле:
где Di, Фi - коэффициент расходимости и отражения от i-го препятствия; hi - относительная величина i-го просвета.
2. Расчет коэффициентов ослабления на полуоткрытых и закрытых трассах.
Этим случаям соответствуют значения просветов:
0< Н < Н0 - для полуоткрытых трасс; (24)
Н < 0 - для открытых трасс. (25)
Коэффициент ослабления рассчитывается по формуле:
Vдб = V0дб (1 - h).
Здесь V0 дб определяется по графику, приведенному на рис. 7, в зависимости от коэффициента μ:
где r - длина интервала связи; все остальные величины определяются по формулам (23), (20).
Если на процесс связи имеются два препятствия, для которых выполняется условие (24) или (25) (рис. 13б), то общий коэффициент ослабления может быть рассчитан по следующей приближенной формуле (13):
|V|дб = (|V1|дб + |V2|дб ) f (r1, r2, r3)дб
где (|V1|дб и (|V2|дб - коэффициенты ослабления, вносимые каждым препятствием в отдельности. Они определяются по указанной выше методике. Функция f (r1, r2, r3) учитывается взаимное расположение препятствий выражается как
f (r1, r2, r3) = 5. Оценка пригодности выбранных интервалов и качества связи на планируемой радиорелейной линии
Для оценки пригодности выбранных интервалов при строительстве линии большой протяженности следует для каждого интервала связи вычислить допустимые значения коэффициентов ослабления.
Расчет допустимых величин коэффициентов ослабления ведется в соответствии с методикой, изложенной в § 5.2, по формулам (5.38) и (5.39).
Так, для станций с частотной модуляцией и частотным уплотнением согласно (5.38) имеем
Vр доп = (26)
Для станций с импульсно-фазовой модуляцией и временным уплотнением соответственно с выражением (5.39) можем записать:
Vр доп = (27)
В выражениях (26) и (27)
где п - число интервалов, на которых возможно одновременное наступление глубоких замираний; обычно п = 1 ÷ 3. Vм мин - определяется по графику рис. 5.8 в зависимости от процента времени γ1%, в течение которого мощность шума, вносимого одной станцией, больше допустимой величины.
Целесообразно по выражениям (26) и (27) построить кривые зависимости Vрiдоп от длины интервала для параметров конкретных станций, из которых будет состоять линия, а затем по известным значениям Vрiдоп и Vрi для каждого интервала связи вычислить отношения Если согласно (5.37)
То трасса выбрана правильно и мощность шума в каналах связи соответствует нормам технических условий.
Если то шумы в каналах будут выше нормы и необходима коррекция трассы.
При практических расчетах коэффициентов ослабления их значения часто выражают в децибелах. Тогда и допустимые значения Vрi тоже должны быть выражены в децибелах. В этом случае вместо отношения коэффициентов ослабления следует найти их разность
∆ Vрiдб = Vрiдоп - Vрi
Рисунок 14
после чего по графику, изображенному на рис. 14, определить соответствующее значение ki. 
Документ
Категория
Рефераты
Просмотров
68
Размер файла
518 Кб
Теги
onischenko, laba, sputnik
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа