Выбор оптимальных высот подвеса антенн

Из-за неравномерности вертикального градиента диэлектрической проницаемости проницаемости атмосферы радиолуч получает искривление, что приводит к ухудшению радиосвязи. Если он встречается с естественным препятсятвием, то связь нарушается. Поэтому необходимо правильно определить просвет трассы путем правильного выбора высот подвеса антенн.

Радиолуч перемещается внутри зоны Френеля, которая представляет собой элепсоид вращения в точке приема и передачи. Минимальный радиус зоны Френеля определяется по формуле:

, м,

где - длина пролета, м;

– длина волны, м;

, где R₁ – расстояние до препятствия.

Среднее значение изменения просвета за счет рефракции, существующее в течение 80% времени, вычисляется по формуле

где и - соответственно среднее значение и стандартное отклонение вертикального градиента проницаемости (Приложение В).

При длине пролета меньше 50км стандартное отклонение должно определяться по формуле

где σ – значение стандартного отклонения,1/м;

у – находится из рисунка В.1 приложения В.

Просвет при отсутствии рефракции

, м.

Пример.

Для Алматинской области области , 1/м и , 1/м.

, м,

Лямда=c/f=3*10^8/7.5*10^9=0.04м

,оставить

м,

м.

Высоты подвеса антенн выбираются методом оптимизации. Для этого от критической точки профиля откладывается расстояние и через данную точку проводится три произвольных луча. Выбирается тот луч, у которого , где h₁ – высота подвеса передающей антенны, h₂ – высота подвеса приемной антенны.

На представленном пролете h₁ = 75 м, h₂ = 15 м.

Для моделирования профилей пролетов и выбора оптимальной высоты подвеса антенн студенты могут воспользоваться программой DDRL31. Программа позволяет строить профили пролетов для различных частот, типов оборудования, указывает на профиле возможные точки отражения, зону Френеля. Есть возможность выбрать высоту подвеса антенн.

Рисунок 2 – Выбор высот подвеса антенн

Программа имеет удобный, понятный интерфейс, изображенный на рисунке 3. На этом же рисунке пример построения профиля пролета.

6 Расчет запаса на замирание

Рассчет запаса на замирание производится по формуле

, дБ,

где - коэффициент системы, дБ;

- коэффициенты усиления передающей и приемной антенн;

дБ – коэффициент полезного действия антенно-фидерного тракта;

- затухание радиоволн в свободном пространстве

, дБ,

где - длина пролета, км.

Рисунок 3 – Интерфейс программы DDRL31

Пример

, дБ

7 Расчет времени ухудшения связи из-за дождя, оптимизация пролета

Чем выше частота радиоизлучения, тем сильнее влияет на ослабление сигнала размер капель и интенсивность дождя. Поэтому при расчете времени ослабления необходимо учитывать климатическую зону в зависимости от интенсивности дождя в течение 0.01% времени.

Территория СНГ разделена на 16 климатических зон. Казахстан относится к зоне Е, для которой интенсивность осадков мм/час.

Коэффициенты регрессии для оценки затухания в зависимости от поляризации волны представлены в таблице Г.1 приложения Г.

Так как интенсивность дождя неравномерно распределяется вдоль трассы, определяем эффективную длину пролета

где - длина пролета, км;

- коэффициент уменьшения;

- опорное расстояние, км.

Удельное затухание в дожде в зависимости от поляризации волны

Определяется для горизонтальной и вертикальной поляризации и выбирается наименьшее:

и , дБ.

Затухание на трассе превышающее 0.01 % времени определяется по формуле

, дБ.

Время, в течение которого ослабление сигнала больше чем запас на замирание: , %.

При А_0.01/Ft <0.155 принимаем А_0.01/Ft = 0.155.

Пример.

Для =7 ГГц

, дБ/км

Примечание – Так как величины очень малы, мы выбираем тип поляризации в соответствии с приведенным ранее частотным планом.

Горизонтальная поляризация

, км.

, км .

, дБ.

, %.

8 Расчет времени ухудшения связи, вызванного субрефракцией радиоволн, оптимизация высот подвеса антенн

Стандартная атмосфера имеет наибольшую плотность у поверхности земли, поэтому радиолучи изгибаются книзу. В результате, просвет, на пролете определяемый по минимальному радиусу зоны Френеля не имеет постоянной величины, т.к. плотность атмосферы изменяется и зависит от времени суток и состояния атмосферы.

Среднее значение просвета на пролете

Относительный просвет

На чертеже профиля пролета проводим прямую параллельно радиолучу на расстоянии от вершины препятствия и находим ширину препятствия r.

Относительная длина препятствия

Параметр , характеризующий аппроксимирующую среду

где .

Принимаем .

Значение относительного просвета , при котором наступает глубокое замирание сигнала, вызванное экранировкой, препятствием минимальной зоны Френеля

где - множитель ослабления при , определяемый из рисунка 3 по значению ;

- минимальный допустимый множитель ослабления;

Параметр ,

где .

По графику определяем .

Пример.

, км.

, м.

м.

, дБ.

, дБ (Приложение Д, рисунок Д1 ).

(Приложение В, рисунок В.2), оптимизация высот подвеса антенн проводится, если , при этом необходимо увеличить , пересчитать , , и, соответственно, на эту величину увеличить h₁ и h₂ на пролете.

9 Проверка норм на неготовность и окончательный выбор оптимальных высот подвеса антенн и опор

Характеристики неготовности для ГЭЦТ (гипотетический эталонный цифровой тракт) установлены в рекомендации 557МСЭ-Р.

ГЭЦТ считается неготовой, если в течение 10 последовательных секунд возникли следующие условия или одно из них:

- передача цифрового сигнала прервана;

- в каждой секунде BER хуже 10^-3.

Неготовность аппаратуры уплотнения исключается. Характеристики неготовности делятся на неготовность оборудования и неготовность, вызванную условиями распространения радиоволн, например, величина неготовности, вызванной дождем, составляет 30-50%.

Характеристики готовности ГЭЦТ протяженностью 2500 км. определяются величиной 99.7%, причем эти проценты определяются в течение достаточно большого интервала времени. Этот интервал должен составлять более года, характеристики неготовности определяются, таким образом, величиной 0.3%.

Норма на неготовность

где L – длина пролета, км

Должно выполняться условие:

где .

Таким образом,

Учитывая увеличение Н(g) для получения То(Vmin)< 0,003%, (раздел 8), указываем оптимальные высоты. Опоры в основном представляют трубчатую мачту с основанием диаметра 2,5м, которая может состоять из секций длиной 6,5 м и 11 м. Например для h₁=65м – шесть секций по 11 м, для h₂=15 м из 1 секции - 11м и 1- 6,5м.

10 Расчет времени ухудшения радиосвязи из-за многолучевого распространения

При моделировании радиолиний протяженностью более чем несколько километров должны учитываться четыре механизма замирания в чистой атмосфере, обусловленные чрезвычайно преломляющими слоями:

а) расширение луча (в англоязычной технической литературе это явление называется расфокусировкой луча);

б) развязка в антенне;

в) поверхностное многолучевое распространение;

г) атмосферное многолучевое распространение.

Большинство этих механизмов возникают сами по себе или в комбинации с другими механизмами. Сильные частотно-избирательные затухания возникают, когда расфокусировка прямого луча сочетается с отражением сигнала от поверхности, что вызывает замирание вследствие многолучевого распространения. Мерцающие замирания, вызванные небольшими турбулентными возмущениями в атмосфере, всегда имеют место при этих механизмах, но на частотах ниже 40 ГГц их влияние на общее распределение замираний не существенно. На больших глубинах замирания процент времени Т_ИНТ, в течение которого в узкополосных системах не превышается уровень принимаемого сигнала в средний худший месяц, может быть определен с помощью следующего приближенного асимптотического выражения

, %,