|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция |
Основы расчета KB радиолиний
Углы наклона траекторий и требования к диаграммам направленности KB антенн Углы наклона траекторий на KB радиолиниях можно рассчитать с использованием теорем Брайта, Тьюна и Мартина. Эти теоремы позволяют заменять неизвестную истинную криволинейную траекторию АКВ (рис. 4) с высотой hи, по которой сигнал распространяется с групповой скоростью на эквивалентный треугольный путь АСВ с действующей высотой hд, по которому сигнал распространяется со скоростью света в свободном пространстве с0. Из эквивалентного треугольного пути определяется угол падения волны на плоскую ионосферу φ0: tgφ0 = sin(Q/2)[1 + hд/aзм – cos(Q/2)], (3)
где Q = r/азм - центральный угол, соответствующий дуге r (см. рис. 4). На длинных трассах, где имеет место многоскачковое распространение, под r подразумевается длина одного скачка. Угол наклона траектории ∆ связан с углом падения φ0 соотношением
∆ = π/2 - φ0 - Q/2. (4)
В диапазоне KB при работе на частотах, близких к оптимальным, в точке приема поле обычно формируется несколькими волнами, претерпевшими различное число отражений от ионосферы. В разные сезоны и периоды суток соотношение между напряженностями поля отдельных волн меняется. Поэтому для поддержания устойчивой работы антенны на передаче и приеме должны обеспечиваться интенсивное излучение и прием в направлении целого спектра
Рис. 4 - Графическая интерпретация угла наклона траектории волны углов, соответствующих волнам с наибольшими амплитудами. Выбор наклона и ширины ДН антенн в вертикальной плоскости рекомендуется производить с учетом как средних значений углов наклона траекторий ∆ср, так и возможных флуктуации относительно ∆ср. Средние значения углов ∆ср рассчитываются по (4) исходя из регулярных суточных и сезонных изменений действующих высот отражения hд. Верхняя граница углов ∆ср определяется максимально возможным наблюдаемым числом отражений от слоя F2 на данной трассе в периоды, когда высота этого слоя максимальна. Нижняя граница ∆cp для всех линий обычно принимается около 2...3°. Траектория с более низкими углами малоэффективны из-за сильного ослабления в ионосфере и влияния Земли. Для трасс протяженностью более 2000...3000 км верхние границы угла ∆ср, рассчитанные с учетом реально наблюдаемых траекторий, приведены в табл. 1. Нижняя граница этого угла составляет 2...3° для всех трасс.
Таблица 1
Флуктуации значений углов наклона траекторий относительно средних значений во многих случаях весьма существенны. Они обусловлены различными причинами, одна из которых состоит в непрерывном случайном изменении высоты отражающего слоя, другая - в том, что отражающая область ионосферы часто не является сферически слоистой. Поэтому в формировании принимаемого сигнала участвуют попеременно или одновременно несколько областей ионосферы. Такой характер распространения даже при приеме одного луча приводит к распределению энергии волны в широком спектре углов, т.е. к флуктуациям углов наклона траекторий. При многолучевом приеме флуктуации углов наклона присущи каждой из траекторий и спектры углов, в которых распределена энергия волны, могут частично или полностью перекрывать друг друга. Данные о возможных флуктуациях углов наклона траекторий приведены в табл. 2. В горизонтальной плоскости на ширину ДН антенн оказывает влияние так называемая девиация лучей, т.е. отклонение направления распространения волны от дуги большого круга. Основными причинами девиации лучей являются наклоны отражающих слоев ионосферы в направлении, перпендикулярном трассе. Таблица 2
Можно ориентировочно полагать, что в горизонтальной плоскости антенны должны обеспечивать интенсивное излучение и прием в диапазоне углов ±(3... 5)° относительно дуги большого круга, т.е. относительно максимума ДН антенн. В высоких широтах из-за большой неоднородности ионосферы углы девиации лучей более значительны. Ослабление поля на KB радиолиниях вызвано расходимостью волны, поглощением в ионосфере, отражением от поверхности Земли и другими причинами. Одним из основных методов расчета напряженности поля является метод, предложенный А.Н. Казанцевым. Наибольшую точность этот метод обеспечивает при расчете трасс, проходящих в средних широтах. В соответствии с указанным методом действующее значение напряженности поля в точке приема (5)
Поясним структуру этой формулы. Первый множитель соответствует полю в свободном пространстве здесь Р1’ мощность, подводимая к передающей антенне; G1(∆) - коэффициент усиления передающей антенны относительно изотропного излучателя с учетом влияния Земли; ∆ - угол возвышения траектории волны, определяемый (4); rв -путь, проходимый волной от точки передачи до точки приема. Второй множитель (1/2) соответствует уменьшению поля (или мощности) на 6 дБ. Из них 3 дБ А. Н. Казанцев относит за счет того, что приемная антенна имеет линейную поляризацию, а волна в процессе отражения от ионосферы приобретает эллиптическую (а иногда и круговую) поляризацию. Другие 3дБ обусловлены тем, что волна в ионосфере расщепляется на обыкновенную и необыкновенную; необыкновенная составляющая сильно поглощается, а для приема оказывается полезной только половина излученной мощности. Третий множитель (1 + R)/ 2учитывает влияние отраженной от Земли волны в месте расположения приемной антенны. Если бы приемная антенна В(рис. 5) находилась на оптимальной высоте h2 над земной поверхностью, то волны 1 и 2 имели бы одинаковую фазу в
^
Рис. 5 - Графическая интерпретация пояснения третьего множителя выражения 5
точке приема и результирующее поле (при горизонтальной поляризации) имело бы значение (1 + R)E0, где Е0 -поле прямой волны 1. В реальных условиях вследствие колебаний высоты отражающего слоя обеспечить оптимальное сложение волн 1 и 2 не удается, и А.Н. Казанцев берет среднее значение коэффициента, учитывающего влияние отраженной от Земли волны, а именно (1 + R)/ 2.Обычно выбирают среднее значение R порядка 0,8. Четвертый множитель Rn-1 учитывает дополнительные потери при отражении от Земли в промежуточных точках в случае многоскачкового распространения. Здесь п - число отражений от ионосферы. На односкачковых линиях (с одним отражением от ионосферы) n = 1 и Rn-1 =1. Пятый множитель exp(-Ги) учитывает поглощение в ионосфере. Полный интегральный коэффициент поглощения Ги определяется как сумма поглощения в тех слоях ионосферы, которые волна проходит (не отклоняющее поглощение), и поглощения в отражающем слое ионосферы (отклоняющее поглощение). В случае, когда в ионосфере существуют все регулярные слои и отражение происходит от слоя F2, полный коэффициент поглощения
(6) Первое слагаемое определяет не отклоняющее поглощение. Здесь А 1 - коэффициент, зависящий от критической частоты слоя Е ионосферы (как мера электронной плотности во всех слоях) и длины трассы (рис. 6); рабочая частота fр и частота продольного гиромагнитного резонанса fL выражены в мегагерцах. Чем больше степень ионизации ионосферы, тем больше ее удельная проводимость и больше поглощение. Чем больше длина трассы, тем больший путь проходит волна в не отклоняющих слоях и тем больше поглощение. Эти зависимости и отражены на рис. 6. Из формулы (6) следует, что с уменьшением fp возрастают потери, так как растет проводимость ионосферы. Второе слагаемое в (6) оценивает отклоняющее поглощение при отражении волны от слоя F2. Коэффициент BF2 зависит от протяженности трассы и действующей высоты отражения волны (рис. 7). Из рисунка видно, что при увеличении r значения BF2 уменьшаются, т.е. уменьшается поглощение. Это можно объяснить тем, что на более длинных трассах используются волны с более пологими траекториями, которые меньше проникают вглубь отражающего слоя и меньше поглощаются. Закономерности изменения Ги, вытекающие из формулы (6) и рис. 6, 7, полностью соответствуют тем, которые были рассмотрены ранее.
Рис. 6 - Зависимость Ги от расстояния
Декаметровые волны имеют ограниченное применение для вещания из-за большой загруженности этого диапазона, высокого уровня помех станций и относительно низкого качества приема. Наиболее типично применение KB диапазона для вещания на труднодоступные удаленные районы, когда системы, работающие на более коротких (УКВ) или более длинных (СВ, ДВ) волнах, оказываются непригодными из-за ограниченного радиуса действия. Вещание на декаметровых волнах предусматривает обслуживание заданной территории с помощью ионосферных волн. Волновое расписание для вещания составляется с учетом условий распространения в течение целого сезона.
Рис 7 - Зависимость коэффициента А от частоты.
В результате во многих случаях работа ведется на частотах, далеких от ОРЧ, что снижает уровень сигнала и качество приема. Зона обслуживания вещательного передатчика имеет границы, которые при учете помех только природного происхождения определяются минимально допустимой напряженностью поля Emin. Для диапазона KB характерно наличие мертвой зоны, в пределах которой регулярный прием невозможен, так как радиус действия земной волны обычно меньше, чем наименьшее расстояние, перекрываемое по Земле ионосферной волной. Внутренний радиус этой зоны устанавливают путем расчета напряженности поля земной волны с помощью методов, изложенных ранее. Рассчитывая напряженность поля на разных расстояниях от передающей антенны, определяют то расстояние, при котором уровень поля равен минимально допустимому значению. Внешний радиус устанавливается по критическому углу падения волны на ионосферу. Если в первом приближении отражающий слой ионосферы считать достаточно тонким, то внешний радиус мертвой зоны можно оценить по приближенной формуле
Из формулы видно, что на рабочей частоте равной критической внешний радиус мертвой зоны равен нулю. С возрастанием частоты радиус мертвой зоны увеличивается, достигая максимального значения на частоте fp, равной МПЧ.
Контрольные вопросы 1. В чем различие максимальной применимой частоты и максимальной частоты? 2. Каковы причины замираний на KB радиолиниях и какие меры позволяют повысить устойчивость приема? 3. Чем ограничивается скорость передачи дискретной информации на KB радиолиниях? 4. Каковы основные положения метода расчета напряженности поля? Поясните структуру соответствующей формулы. 5. Как влияют условия распространения на требования, предъявляемые к ДН антенн в вертикальной и горизонтальной плоскостях? 6. Почему понятие «мертвой зоны» для приема характерно именно для диапазона KB?
Поиск по сайту: |
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.007 сек.) |