Энергетический расчет радиолиний, работающих ионосферной волной

 

Радиочастоту можно считать пригодной для обеспечения работы радиолинии с заданными техническими и эксплуатационными параметрами, если при этом одновременно будут выполняться два условия:

 

, (3)

 

, (4)

где – мощность сигнала и мощность помехи на входе приемного устройства;

– напряжение сигнала на входе приемника;

– реальная чувствительность приемного устройства;

k – коэффициент защиты, обеспечивающий требуемые верность и надежность связи.

 

Расчет мощности сигнала

 

Для определения мощности сигнала на входе приемного устройства можно воспользоваться уравнением радиопередачи [1], в состав которого входят известные из курса РРВ параметры:

 

. (5)

 

При этом мощность передатчика , коэффициенты полезного действия фидера , определены заданием, электрические параметры ромбических антенн , , в зависимости от длины радиотрассы, приведены в таблице 1 (прил. 3), а рабочая длина волны (ночная и дневная) определена при выполнении первого пункта работы.

Следовательно, в уравнении (5) неизвестными являются лишь два сомножителя: – множитель, учитывающий ослабление энергии электромагнитной волны при ее прохождении через ионосферу, и – множитель, учитывающий ослабление энергии ЭМВ за счет ее сферической расходимости.

Принимая во внимание особенности распространения ЭМВ в ионосфере, выражение для множителя ослабления в данном случае можно представить в виде [2]

 

, (6)

 

где n – число отражений от ионосферы, определяющееся как большее целое от величины:

– при отражении от слоя Е,

– при отражении от слоя F1,

– при отражении от слоя F2;

Г – полный коэффициент поглощения в ней.

Расчет коэффициента Г производится по методу Казанцева [1, с. 118, 119].

Полный коэффициент поглощения в ионосфере определяется как сумма коэффициентов поглощения в зависимости от того, отражающим или поглощающим является каждый из составляющих ее слоев:

. (7)

Таким образом, полный коэффициент поглощения Г определяется выражениями:

при отражении от слоя Е

 

; (8)

 

при отражении от слоя F₁

 

; (9)

 

при отражении от слоя F₂

 

, (10)

 

где

– коэффициент поглощения в слое D; (11)

 

– коэффициент поглощения при отражении от слоя Е; (12)

– коэффициент поглощения при прохождении слоя Е; (13)

 

– коэффициент поглощения при отражении от слоя F1; (14)

 

– коэффициент поглощения при прохождении слоя F1; (15)

 

– коэффициент поглощения при отражении от слоя F2; (16)

 

f – рабочая частота;

f_d – продольная составляющая гиромагнитной частоты (f_d ≈ 1 МГц);

f_oE – критическая частота слоя Е, определяемая по номограмме (прил. 6) для нулевого расстояния;

j – угол падения волны на ионосферный слой, соответствующий индексу угла.

При этом без большой погрешности углы падения на ионосферные слои можно принимать равными, то есть – если отражающим является слой F2, – если отражающим будет слой F1, – при отражении от слоя Е.

Угол падения волны на ионосферный слой определяется выражением

, (17)

где а – радиус Земли;

– геоцентрический угол; (18)

– действующая высота отражения радиоволны.

Действующая высота отражающего слоя в зависимости от времени суток и рабочего слоя определяется выражениями:

 

E= 110 10 км – для слоя Е; (19)

 

F₁=250 25 км – для слоя F₁; (20)

 

, км – для слоя F₂ днем; (21)

 

, км – для слоя F₂ ночью, (22)

где W – число Вольфа, указанное в месячном прогнозе;

N – номер месяца, для которого производится расчет.

Длина пути, проходимого радиоволной от точки передачи до точки приема, определяется выражением

 

, (23)

 

где r – расстояние от точки передачи до точки приема по поверхности Земли;

n – число отражений от ионосферы.

Таким образом, после проведения всех необходимых промежуточных расчетов следует определить величину по формуле (5). Расчет производится на сутки, то есть для 24 часов, но иногда достаточно только для 0 и 12 часов местного времени, когда отношение предположительно может быть наименьшим.

В то же время, если считать, что все элементы тракта приема согласованы, то легко определить и напряжение сигнала на входе приемного устройства по известной из теории цепей формуле:

 

, (24)

 

где – входное сопротивление приемника, которое в КВ-диапазоне, как правило, равно 50 Ом.

Если при этом окажется, что для полученного значения условие (4) не выполняется, то, прежде чем продолжить расчет, следует внести коррективы в технические параметры радиолинии, предварительно согласовав их с преподавателем.

 

Расчет мощности помехи

 

Мощность, развиваемая внешними помехами на входе согласованного приемника, соответствует

 

, (25)

 

где – напряжение помехи на входе приемника.

В свою очередь, на входе согласованного приемника определяется по формуле

 

, (26)

 

где – результирующее значение напряженности поля помехи в точке приема;

– действующая длина антенны;

– коэффициент рассогласования помехи по поляризации;

– полоса частот, в которой производится прием сигнала, выраженная в кГц;

– коэффициент направленного действия используемой при измерении уровня помех штыревой антенны (его величина в КВ – диапазоне принимается равной 3).

Из теоретического курса РРВ известно, что наибольшими по уровню помехами в КВ – диапазоне являются атмосферные ( ), промышленные ( ) и станционные ( ). В виду того, что данные помехи относятся к классу аддитивных, результирующее значение напряженности поля помехи в точке приема будет составлять

 

, мкВ/м. (27)

 

В настоящее время существуют различные методы и методики оценки уровней помех, самый точный из которых – экспериментальный. Все теоретические методы опираются на результаты статистической обработки экспериментальных данных и имеют ту или иную степень достоверности. Большой разницы в точности методов нет, поэтому при выполнении ДКЗ можно воспользоваться самым простым: определить уровень перечисленных выше помех по графику, представленному на рисунке 7.

Для промышленных помех 1 – промышленный район города, 2 – жилой район города, 3 – сельская местность, 4 – удаленные малонаселенные районы.

 

 

Рис. 7. Величина помех

 

Действующая длина приемной антенны при приеме ненаправленных помех определяется выражением

, (28)

где – рабочая длина волны;

– сопротивление излучения антенны (определяется по графику, приведенному на рисунке 8) [1, с. 337];

– коэффициент полезного действия фидера (определяется по заданию);

– коэффициент полезного действия антенны (определяется по данным таблицы 1 (прил. 3), исходя из исходных данных);

– постоянная величина, равная 3, 14.

 

 

Рис. 8. Сопротивление излучения ромбической антенны

Согласно заданию, в качестве приемной антенны рассматривается антенна РГ. Так как данный тип антенн предназначен для приема горизонтальной составляющей ЭМП, а все рассмотренные выше помехи являются преимущественно вертикально поляризованными, то по этой причине степень рассогласования по поляризации учитывается путем ввода в соответствующие формулы коэффициента , который для Европейской части территории России можно принять равным 0, 3.

 

Расчет коэффициента защиты

 

Коэффициент защиты К, определяющий необходимую величину превышения уровня сигнала над уровнем помехи в точке приема, учитывает ряд специфических физических явлений, имеющих место при приеме электромагнитных волн различных диапазонов, и представляется в виде

 

(29)

или

. (30)

 

Величина коэффициента защиты для неизменных по уровню сигнала и помехи зависит от вида работы, то есть от типа оконечного устройства, и заданной верности приема. Количественно данный коэффициент для телефонных видов работы (ТЛФ) может быть определен по таблице 1.

Для телеграфных видов работы (ТЛГ) коэффициент рекомендуется определять по формуле

 

, (31)

 

где – вероятность ошибки при приеме телеграфного сигнала, связанная с заданной верностью приема соотношением .

 

Таблица 1

Определение коэффициента К₁ для ТЛФ – режима

 

Качественная оценка приема и разборчивости несвязных слов, %
АМ	ОМ	ЧМ
mf=1	mf=3	mf=10
Минимально удовлетворительно – 80
Удовлетворительно – 90
Хорошо – 95
Отлично – 98

 

Величина коэффициента , учитывающего наличие в канале радиосвязи быстрых замираний сигнала и помехи, а также число разнесений на прием определяется по таблице 2.

 

Таблица 2

Определение коэффициента К₂

 

Процент времени обеспеченного приема (требуемая вероятность приема) Рп, %	Потеря достоверности за счет быстрых замираний (1–Рп), %	К2 (дБ) при числе разнесений на приеме
Одинарный прием	Сдвоенный прием	Строенный прием
			–2, 5	–3, 5
			–0, 5	–2
			+0, 5	–1
		8, 2	2, 5
		11, 4	4, 4	1, 5
			6, 5
				4, 4
99, 5	0, 5		9, 5
99, 9	0, 1
99, 99	1–0, 01			12, 5

 

При этом для ТЛГ верность приема – со знаком «+».

Для ТЛФ достоверность приема соответствует

«отл.» – 98 %,

«хор.» – 95 %,

«удовл.» – 90 %.

Величину коэффициента , учитывающего медленные изменения отношения сигнал/помеха, принято определять графоаналитическим методом с использованием выражения

 

, (32)

 

где – нормированное значение отклонения случайной величины от ее медианы (зависит от требуемой надежности связи и определяется по таблице 3);

– стандартное отклонение случайной величины, которую на основании обобщения многолетних измерений можно принять равной 8 дБ.

Таблица 3

Определение величины t_p в зависимости от надежности связи

 

Надежность связи										99, 9
tp		0, 3	0, 5	0, 85		1, 27	1, 7	2, 1	2, 37	3, 1

 

После определения параметров , , К их численные значения подставляются в формулу (3) и в зависимости от того, выполняется указанное неравенство или нет, делается вывод о пригодности или непригодности рабочей частоты для работы радиолинии с заданными техническими и эксплуатационными параметрами.

 

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ ВИДОВ СРЕДСТВ ЗАЩИТЫ РАБОТАЮЩИХ
2. Перспективный топливно-энергетический баланс поселения
3. По теме «Расчет нагрузок, создаваемых ударной волной».
4. Расчёт численности работающих участка.
5. Энергетический кризис в России: причины возникновения и основные пути преодоления