УЗБЕКСКОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ И
ИНФОРМАТИЗАЦИИ
ТАШКЕНТСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ
Факультет Радиотехники, радиосвязи и
телерадиовещания
Кафедра Антенно-фидерных устройств
АНТЕННЫ МОБИЛЬНЫХ И
СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМ СВЯЗИ.
ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ
ЗАДАНИЯ
И
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К
ИХ ВЫПОЛНЕНИЮ
для направления образования
5А522105 - «Мобильные системы связи»
ПРЕДИСЛОВИЕ
Сборник содержит комплект
задач по основным темам дисциплины «Антенны мобильных и спутниковых систем
связи», включая разделы «Распространение радиоволн» и предназначен для использования
в процессе самостоятельной работы магистрантов и на аудиторных групповых
занятиях. Каждое задание сопровождается краткими методическими указаниями. По
результатам расчетов каждого занятия студенту необходимо провести их анализ и
сформулировать выводы.
В данной работе имеются
графические и другие материалы, собранные из различных литературных источников
и приведенные к удобному виду для их использования в учебном процессе.
ЗАДАНИЕ 1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИСТИННОГО МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ
МАКСИМУМОВ И МИНИМУМОВ НАПРЯЖЕННОСТИ ПОЛЯ С УЧЕТОМ СФЕРИЧНОСТИ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
В результате работы по теме данного задания магистрант
должен знать учет тропосферной рефракции и кривизны поверхности Земля в зоне
освещенности;
– приобрести навыки в определении местоположений
максимумов и минимумов интерференционной структуры поля.
Задача
Телевизионный передатчик излучает несущую изображения
на частоте f. Известны значения высот подвеса передающей h1 и
приемной h2 антенн, а также градиент индекса коэффициента
преломления тропосферы dN/dh.
Требуется, используя данные вариантов таблиц 1.1 и
1.2, рассчитать истинные местоположения первых трех максимумов и минимумов
напряженности поля с учетом кривизны Земли и тропосферной рефракции.
Таблица 1.1
Данные вариантов задания
Параметр |
Предпоследняя цифра номера студенческого билета |
|||||||||
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
№ ТВ канала |
21 |
23 |
25 |
30 |
35 |
40 |
45 |
50 |
55 |
60 |
f, МГц |
471,25 |
487,25 |
503,25 |
543,25 |
583,25 |
623,25 |
663,25 |
703,25 |
743,25 |
783,25 |
h1, м |
200 |
180 |
160 |
140 |
120 |
100 |
80 |
60 |
40 |
20 |
Таблица 1.2
Данные вариантов задания
Параметр |
Последняя цифра номера студенческого билета |
|||||||||
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
h2, м |
20 |
18 |
16 |
14 |
12 |
10 |
8 |
6 |
3 |
1,5 |
dN/dh,1/м |
-0,05 |
-0,04 |
-0,03 |
-0,02 |
-0,01 |
0 |
0,01 |
0,02 |
0,03 |
0,04 |
При выполнении задания сначала следует для плоской
поверхности Земли рассчитать значения расстояний на которых будут наблюдаться
максимумы и минимумы напряженности поля. Затем для этих расстояний требуется рассчитать
значения приведенных высот h`1 , h`2 и аргумента косинуса θ+4πh`1h`2/(λr) и построить график зависимости аргумента косинуса θ+4πh`1h`2/(λr) от
расстояния r. По графику определить значения r1 max
, r2 max , r3max, r1min, r2min,, r3min, учитывая, что максимумы напряженности поля
наблюдаются при значениях θ+4πh`1h`2/(λr), равных 3600, 7200 и 10800,
а минимумы напряженности поля – при 5400, 9000 и 12600.
При расчете можно принять θ =
1800.
Результаты расчета свести в таблицу 1.3
Таблица 1.3
Параметр |
r1 max, м |
r1 min, м |
r2 max, м |
r2 min, м |
r3 max, м |
r3 min, м |
h`1, м |
|
|
|
|
|
|
h`2, м |
|
|
|
|
|
|
θ+4πh`1h`2/(λr) |
|
|
|
|
|
|
для плоской поверхности Земли |
|
|
|
|
|
|
для сферической поверхности Земли |
|
|
|
|
|
|
ЗАДАНИЕ 2
РАСЧЕТ ЗОНЫ ПОКРЫТИЯ ТЕЛЕ- И РАДИОВЕЩАНИЕМ
Задача 2.1
Телевизионный или радиовещательный передатчик с
выходной мощностью P1, работающий на частоте f, подсоединен к передающей антенне с помощью
коаксиального кабеля длиной lф, с погонным ослаблением α1. Известны значения высот подвеса передающей и
приемной антенн h1 и h2. Коэффициент усиления передающей антенны G1,
градиент индекса коэффициента преломления тропосферы dN/dh. Известно значение минимальной используемой
напряженности поля Emin. Место установки передающей антенны задается
преподавателем.
Диаграмма направленности передающей антенны в
горизонтальной плоскости имеет вид окружности.
Требуется, используя данные вариантов таблиц 2.1 и
2.2, рассчитать зону покрытия теле- или радиовещанием с помощью
интерференционных формул и нанести границы этой зоны на карту.
Результаты расчета уровней напряженности поля представить
в виде таблиц и графиков.
Таблица 2.1
Данные вариантов задания
Параметр |
Предпоследняя цифра номера студенческого билета |
|||||||||
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
P1, кВт |
4 |
10 |
15 |
20 |
25 |
5 |
1 |
2 |
1 |
2 |
f, МГц |
100,0 |
77,25 |
93,25 |
199,25 |
543,25 |
623,25 |
88,0 |
95,0 |
101,0 |
108,0 |
h1, м |
200 |
235 |
290 |
315 |
330 |
335 |
200 |
190 |
150 |
100 |
dN/dh, 1/м |
0,05 |
0,04 |
0,03 |
-0,02 |
-0,01 |
0 |
0,01 |
0,02 |
0,03 |
0,04 |
G1,
дБ |
7,8 |
7,8 |
7,8 |
9,0 |
14,8 |
14,8 |
10 |
11 |
12 |
13 |
lф, м |
210 |
245 |
300 |
325 |
340 |
345 |
30 |
35 |
40 |
45 |
Вид вещания |
РВ |
ТВ |
ТВ |
ТВ |
ТВ |
ТВ |
РВ |
РВ |
РВ |
РВ |
Таблица 2.2
Данные вариантов задания
Параметр |
Последняя цифра номера студенческого билета |
|||||||||
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
Emin1, дБ |
75 |
50 |
54 |
57 |
70 |
70 |
48 |
63 |
54 |
69 |
h2, м |
1,5 |
3 |
10 |
15 |
20 |
1,5 |
3 |
10 |
15 |
20 |
α1, дБ/м |
0,0043 |
0,003 |
0,002 |
0,001 |
0,005 |
0,006 |
0,007 |
0,008 |
0,009 |
0,01 |
Задача 2.2
Телевизионный или радиовещательный передатчик с
выходной мощностью P1, работает на частоте f. Высоты подвеса передающей и приемной антенн h1 и h2.
Коэффициент усиления передающей антенны G1. Также известны значения неровности местности Δh. Проценты мест L и времени T, равны 50%. Значение минимальной используемой
напряженности поля Emin приведено в данных вариантов задания (табл. 2.2)
Диаграмма направленности передающей антенны в
горизонтальной плоскости имеет вид окружности.
Требуется, используя данные вариантов таблиц 2.1 и 2.2,
рассчитать зону покрытия теле- или радиовещанием по методике Шура и нанести эту
зону на ту же карту. Результаты расчета
уровней напряженности поля представить в виде таблиц и графиков.
Справочный материал по методике Шура приведен в
Приложении 1.
ЗАДАНИЕ 3
РАСЧЕТ ЗОНЫ
ПОКРЫТИЯ СОТОВОЙ СВЯЗЬЮ
В ГОРОДЕ ПО МЕТОДИКЕ
ОКАМУРЫ
Задача
Базовая станция сотовой связи оснащена антенной Аi (см. таблицу вариантов), на вход которой подается
мощность P1. Известны значения механического угла наклона антенны
Δн , высоты подвеса
антенны базовой станции h1, высоты подвеса антенны сотового телефона h2 и
минимального значения мощности сигнала
на входе сотового телефона Pmin.
Данные вариантов задания приведены в таблицах 3.1 и
3.2.
Методика Окамуры и характеристики антенн базовых
станций приведены в Приложениях 2 и 3.
Требуется рассчитать зону покрытия сотовой связью с
учетом направленных свойств антенны базовой станции по методике Окамуры в г. Ташкенте и нанести границы этой зоны
на карту города.
Результаты расчета представить также в виде таблиц и
графиков.
Таблица 3.1
Данные вариантов задания
Параметр |
Предпоследняя цифра номера студенческого билета |
|||||||||
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
Тип антенны БС |
А1 |
А2 |
А3 |
А4 |
А5 |
А6 |
А7 |
А8 |
А9 |
А10 |
f, МГц |
900 |
1800 |
900 |
1800 |
900 |
1800 |
900 |
1800 |
900 |
1800 |
h2, м |
1 |
1,5 |
2 |
1 |
1,5 |
2 |
1 |
1,5 |
2 |
1,5 |
ΔН, град |
0 |
2 |
4 |
6 |
0 |
2 |
4 |
6 |
0 |
2 |
Таблица 3.2
Данные вариантов задания
Параметр |
Последняя цифра номера студенческого билета |
|||||||||
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
h1, м |
20 |
25 |
30 |
35 |
40 |
45 |
50 |
55 |
60 |
65 |
Pmin, дБм |
-80 |
-85 |
-90 |
-95 |
-100 |
-80 |
-85 |
-90 |
-95 |
-100 |
ЗАДАНИЕ 4
РАСЧЕТ УРОВНЯ ПОМЕХ ОТ ТЕЛЕ- И
РАДИОВЕЩАТЕЛЬНОГО ПЕРЕДАТЧИКА ЗА СЧЕТ
ДАЛЬНЕГО ТРОПОСФЕРНОГО
РАСПРОСТРАНЕНИЯ
Задача
Телевизионный или радиовещательный передатчик с
выходной мощностью P1, работающий на частоте f, находится на расстояниях 200, 300,
Справочный материал, необходимый для расчета, приведен
в Приложении 4.
ЗАДАНИЕ 5
РАСЧЕТ
РАЗМЕРОВ И НАПРАВЛЕННЫХ СВОЙСТВ КОЛЛИНЕАРНОЙ АНТЕННЫ ( антенны «OMNI»)
Задача
Антенна состоит из N элементов,
запитываемых синфазно. Значение количества элементов N соответствует номеру в журнале группы.
Требуется рассчитать значения характеристики
направленности в вертикальной плоскости с шагом 1…2 градуса и построить
нормированные диаграммы направленности в вертикальной и горизонтальной
плоскостях. Необходимо также определить приблизительную длину антенны.
Результаты расчета представить в виде таблиц.
ЗАДАНИЕ 6
РАСЧЁТ НАПРАВЛЕННЫХ СВОЙСТВ
ПАРАБОЛИЧЕСКОЙ АНТЕННЫ ИСЗ
Задача
ИСЗ находится на удалении r =
Требуется спроектировать
передающую параболическую антенну с коэффициентом усиления G1, которая обеспечивала бы
уровень мощности сигнала на входе наземного приёмника (на выходе приёмной
антенны) Р2 = -110 дБВт.
Значения f, G2, P1 и тип облучателя
параболической антенны приведены в таблицах вариантов задания (табл.6.1 и 6.2),
где а - облучатель в виде вибратора с плоским контррефлектором; б - двухщелевой
облучатель; в - облучатель в виде открытого конца круглого волновода; г -
рупорный облучатель; д - облучатель в виде открытого конца прямоугольного
волновода.
Методические указания по
расчету приведены в Приложении 5.
Таблица 6.1
Данные вариантов задания
Параметр: |
Последняя цифра номера студенческого
билета |
|||||||||
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
f,
ГГц |
3 |
10 |
6 |
4 |
7,5 |
3 |
10 |
6 |
4 |
7,5 |
G2, дБ |
45 |
50 |
49 |
46 |
51 |
40 |
45 |
44 |
41 |
46 |
Тип облучателя |
а |
б |
в |
г |
д |
а |
б |
в |
г |
д |
Таблица 6.2
Данные вариантов задания
Параметр: |
Последняя цифра номера
студенческого билета |
|||||||||
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
Р1, Вт |
40 |
45 |
42 |
43 |
47 |
44 |
50 |
46 |
41 |
48 |
ЗАДАНИЕ 7
РАСЧЕТ
САНИТАРНО-ЗАЩИТНОЙ ЗОНЫ И ЗОНЫ
ОГРАНИЧЕНИЯ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
Задача
На антенной башне ТашРТПЦ имеются антенно-фидерные
устройства телевизионных передатчиков 3, 5, 9, 11, 30 и 40 телевизионных
каналов, «Камалак-ТВ» и других радиотехнических объектов типа станций УКВ-ЧМ
радиовещания, «Алтай-3М», служебной радиосвязи и т.д. Информация по
антенно-фидерным устройствам этих радиотехнических объектов и методика расчета
санитарно-защитных зон и зон ограничения приведены в Приложении 6. Набор радиотехнических
объектов задается преподавателем.
Требуется рассчитать санитарно-защитную зону и зону
ограничения заданных радиотехнических
объектов ТашРТПЦ.
ЗАДАНИЕ 8
РАСЧЕТ ОРИЕНТАЦИИ АНТЕННЫ СПУТНИКОВОЙ
СВЯЗИ НА
ИСЗ
Задача
Номер спутника Si выбирается
магистрантом из таблицы 8.1 вариантов задания. Значения долгот подспутниковой
точки и дополнительная информация по спутникам приведена в Приложении 7. Требуется определить на заданный спутник угол
места β и азимутальный угол φ для приема спутниковых программ в
г. Ташкенте.
Таблица 8.1
Данные вариантов задания
Параметр |
Номер по журналу группы |
|||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
Номер спутника |
S1 |
S2 |
S3 |
S4 |
S5 |
S6 |
S7 |
S8 |
S9 |
S10 |
Параметр |
Номер по журналу группы |
|||||||||
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
|
Номер спутника |
S11 |
S12 |
S13 |
S14 |
S15 |
S16 |
S17 |
S18 |
S19 |
S20 |
Параметр |
Номер по журналу группы |
||||
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
|
Номер спутника |
S21 |
S22 |
S23 |
S24 |
S25 |
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
П.1.РАСЧЕТ ЗОН ПОКРЫТИЯ РАДИО И ТЕЛЕВИЗИОННЫМ ВЕЩАНИЕМ (МЕТОДИКА ШУРА)
П.1.1.Основные
соотношения
Эффективно -
излучаемая мощность - радиопередающей
станции, в главном направлении антенны
,
(П.1.1)
где P- мощность передатчика на входе
фидера, кВт; G- коэффициент усиления передающей
антенны по мощности относительно полуволнового вибратора и h-коэффициент
полезного действия фидера.
Эффективно-излучаемую мощность часто выражают в децибелах
относительно 1кВт
, дБкВт. (П.1.2)
где все
величины выражены в децибелах.
Эффективно-излучаемую мощность не следует отождествлять с
эквивалентной изотропно-излучаемой мощностью, которую определяют аналогично, но
значение коэффициента усиления антенны берется относительно ненаправленной (
изотропной ) антенны ( разница значений излучаемой мощности составляет 2,15дБ
).
Эффективно-излучаемая мощность в децибелах относительно 1
кВт в любом направлении от передающей
антенны определяется с учетом ее диаграммы направленности
, дБкВт , (П.1.3)
где и - значения характеристик
направленности передающей антенны по
мощности в вертикальной и горизонтальной плоскостях.
D-угол в вертикальной плоскости
между линией горизонта, проведенной через геометрический центр антенны и
направлением на точку приема;
j - угол в горизонтальной плоскости
между направлением максимального излучения и направлением на точку приема.
На рис.П.1.1. а и
б приведены нормированные ориентировочные
диаграммы направленности антенн в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
Влияние рефракции приближенно учитывают путем замены в соответствующих формулах
действительного радиуса Земли а =6370
км его эквивалентным значением аэ.
Эквивалентный радиус Земли
1+0,5a(d
/ dZ)] , (П.1.4.)
а)
б)
Рис.П.1.1.Ориентировочная диаграмма направленности
передающей антенны ( а- в горизонтальной
плоскости, б- в вертикальной
плоскости)
измеряют в километрах. На распространение радиоволн метрового и дециметрового
диапазонов влияет приземный слой атмосферы
толщиной 8...14 км, т.е. тропосфера. В этом слое метеорологические параметры
— влажность, температура и атмосферное давление
сильно изменяются во времени и в пространстве. Диэлектрическая проницаемость воздуха e зависит от этих параметров и
также сильно изменяется, причем по случайному закону. В большей части времени
года в тропосфере
линейно уменьшается по вертикали среднее значение градиента диэлектрической
проницаемости de/dZ, где Z — высота над поверхностью Земли.
Это приводит к рефракции, т.е. к плавному
искривлению траектории радиоволн. Причем
траектория радиоволны представляет собой выпуклую вверх дугу.
Эквивалентный радиус Земли – это радиус гипотетической
сферической Земли, для которой расстояние до горизонта в предположении прямолинейного распространения
радиоволн является таким же, как и расстояние до горизонта для фактической
Земли, окруженной атмосферой с постоянным значением вертикального градиента коэффициента
преломления (рис.П.1.2).
Во многих районах средней полосы, в 50% времени года
значение вертикального градиента диэлектрической проницаемости воздуха равно 8·, Следовательно, в расчетах обычно
принимают 3=8500 км, что
соответствует средним условиям распространения радиоволн. В небольшие периоды
времени изменение значений вертикального
градиента существенно отличается от линейной зависимости. В таких случаях
понятие об эквивалентном радиусе будет неприменимо. Оно будет также неприменимо
при чрезмерных значениях градиентов, когда имеет место сверхрефракция
радиоволн.
Напряженность
электрического поля в условиях свободного пространства- напряженность поля в месте приема
при распространении радиоволн в идеальном свободном пространстве, в котором
отсутствует влияние земли и атмосферы. Значение напряженности поля в условиях
свободного пространства может быть легко вычислено и его часто используют как исходное
для расчета во всех диапазонах частот. На расстоянии r от станции напряженность поля в
свободном пространстве, мкВ/м ,
,
(П.1.5)
где эффективно-излучаемая мощность, кВт, r - расстояние,
км.
Выражение в децибелах (П.1.5) имеет вид
Е0=106,9 - 20
lgr + På ,
(П.1.6)
где дБкВт.
Напряженность
поля выражается в децибелах относительно 1мкВ/м, но для краткости везде указывают размерность в
децибелах.
Рис.П.1.2. Положение
диаграммы направленности
передающей антенны в вертикальной плоскости (А и В — точки передачи и приема)
Рис.П.1.3. К определению эквивалентного радиуса Земли
Если эффективно-излучаемая мощность выражена в Ваттах, то
напряженность поля в свободном пространстве получится в мкВ/м,
, (П.1.7)
или в
децибелах
. (П.1.8)
Расстояние прямой
видимости. Между
антеннами передающей станции и приемного устройства будет иметь место прямая
видимость до тех пор, пока линия визирования
АВ (рис.П.1.4), проходящая через
электрические центры антенн, на всем
протяжении идет выше уровня земной поверхности (с учетом высот предметов на местности). Расстояние, при
котором линия визирования касается наивысшей точки препятствия, называют
предельным расстоянием прямой видимости ; для гладкой
сферической земной поверхности, км,
=
, (П.1. 9)
где и - высоты подвеса антенн и эквивалентный радиус
Земли, км. Для среднего состояния
тропосферы, т. е. при
= 4,12 + , (П.1.10)
где - высоты подвеса антенн, м.
Угол
закрытия антенны (передающей или приемной) g отсчитывают
между горизонтальной
плоскостью и направлением на горизонт (рис.1.5). Угол закрытия считают положительным, если вершина
препятствия находится выше горизонтальной
плоскости и отрицательным, если ниже. Угол закрытия определяют из профиля оконечного участка трассы, рад
, (П.1.11)
где - высота центра антенны над уровнем моря, м; - высота препятствия, определяющего закрытие, над уровнем моря, м; - расстояние
от антенны до препятствия, км. Дугу -
уровень моря (или условный уровень, лежащий выше или ниже уровня моря) - строят по координатам точки дуги r и Z, Задаваясь разными значениями, r в км,
находят Z =
500 r , где r и a в км.
Эквивалентное
расстояние. В
расчетах, связанных с распространением радиоволн
за пределы прямой видимости вместо истинного расстояния от передатчика до приемника вводят в некоторых случаях
эквивалентное расстояние , которое позволяет учесть влияние на уровень сигнала
рельефа местности и приподнятость трассы над уровнем моря. В случаях, когда
Рис.П.1.4.К
определению расстояния прямой видимости над гладкой и
неровной земной поверхностью
Рис.П.1.5.
Примеры построения профилей оконечных участков трассы при
углах закрытия (а — положительной; б — отрицательной)
трассы расположены на высоте км
над уровнем моря эквивалентное расстояние равно, км
, (П.1.12)
где g1 и g2
- углы закрытия
передающей и приемной антенны, рад; аэ- в км. С учетом
приподнятости трассы эквивалентная длина трассы, км
(П.1.13)
где все величины подставляются в
километрах. Формула справедлива
при условии
-0,3
< 6 . (П.1.14)
Отсюда
следует, что на горных трассах эквивалентное расстояние возрастает а на морских уменьшается. Высоту трассы
определяют графически из профиля
трассы. Графическое определение поясняется рис.П.1.6. Здесь - разность высот между точками
пересечения касательных к препятствиям АС
и ВС
и
линий ,
, проведенных параллельно касательным; и
- высоты подвеса антенн над уровнем моря.
Эквивалентное расстояние целесообразно
использовать при углах закрытия не более 1,5°. Над гладкой сферической земной поверхностью,
приподнятой относительно уровня моря на
0,15...0,25 км, , км.
П.1.2.Расчет напряженности поля
Порядок расчета. На неровной местности в точках
приема, удаленных на одинаковое расстояние
от передающей станции, напряженность поля сигнала является случайной
величиной. Она изменяется от точки к точке вследствие разного экранирующего влияния рельефа и во времени
вследствие неустойчивого состояния
тропосферы. По этой причине напряженность поля оценивают статистически - по процентам мест (точек) и времени
приема. При этом предполагается, что
рельеф местности является регулярным, т.е. отдельные неровности (холмы, горы) примерно одинаковы.
Напряженность поля на расстоянии r от
передающей станции, превышаемая в L % мест приема и в T % времени
E(r, L,T)³+E(50,50)+F(Dh)+F()+DE(L)+DE(T), дБ, (П.1.15)
где эффективно-излучаемая мощность,
дБкВт; E(50, 50) — медианное значение
напряженности поля (по 50% мест и времени при высоте подвеса приемных антенн м , ;
F(Dh) и F() поправочные коэффициенты, учитывающие
степень неровности местности и высоту подвеса приемных антенн, дБ; DE(L) и DE(T) — отклонения
значений напряженности поля от медианного значения в заданных процентах мест L и времени Т приема,
дБ.
Предполагаемый метод расчета
полуэмпирический. Следует иметь в виду, что расчеты дают правильный результат
для достаточно протяженного участка местности, охватывающего всевозможные
неровности. Метод расчета базируется на документах МККР и ОИРТ, но содержит ряд
дополнений и уточнений,
введенных на основании результатов экспериментальных исследований.
Оценка неровности
местности. Для
оценки степени вероятности местности используют
параметр h, который определяется как разница высот (отметок)
местности, превышаемых на 10 и 90% на определенном расстоянии, В документах МККР (Рекомендации 370-4) это расстояние
рекомендуется отсчитывать в пределах 10...50
км в направлении от передатчика к точкам приема. В документах ОИРТ его рекомендуют брать в пределах 30...40 км от
приближенно предполагаемой границы зоны
приема в сторону передающей станции (рис.П.1.7). Второй подход предпочтителен, поскольку на уровень сигнала гораздо
сильнее влияют неровности местности,
расположенные перед приемными антеннами. Если радиус зоны приема передающей станции меньше
Значение Dh удобно найти
из статистического распределения высот предметов на местности. Выбор высот должен
быть таким, чтобы они охватывали все крупные предметы (детали рельефа).
Обычно бывает достаточно взять 30 значений высот через
По грубой оценке параметр Dh равен половине
среднего значения высот холмов или гор от подошвы до вершины на рассматриваемом
участке.
Параметр Dh, м, позволяет ввести условную
классификацию типов местности:
Dh, м
Равнинная
или водная поверхность ……………………………… 0…25
Равнинно-холмистая
(среднепересеченная) …………………………...
25…75
Холмистая (сильнопересеченная)…..………………………………. 75…150
Гористая ……………………………………………………………..150…400
Очень высокие
горы, не менее ………………………………… 400.
Медианное значение
напряженности поля.
На равнинно-холмистой местности, на
расстояниях менее
Рис.П.1.6.К
определению высоты
трассы над уровнем моря
Рис.П.1.7.К определению параметра, характеризующего степень
неровности
местности Dh (справа график статистического
распределения
отметок местности)
На расстояниях свыше
Зависимости
напряженности поля от расстояния на рис.П.1.8-П.1.10, иногда аппроксимируют с помощью формулы, дБ
Е(50,50)=Б0 + Б1 lgr + Б2 (lgr)2 (1.16)
где и коэффициенты, значения которых приведены в табл.П.1.1 и П.1.2 для метрового и дециметрового диапазонов. Эти
зависимости можно также аппроксимировать
рядом формул. Предварительно вычисляют расстояние прямой видимости и эквивалентное расстояние км.
При r £
(в зоне
прямой видимости) медианное значение
определяют в зависимости от
расстояния
если км
E(50,50)=108 - 30,5 lg r + (8,5 + 16,5 lgr) lg (h1эф /150). (П.1.17)
если км,
то сначала определяют поправку на высоту подвеса передающей антенны
4600] lg( 300 , (П.1.18)
где c -
коэффициенты, зависящие от частоты.
Медианное
значение будет равно
E(50,50)= 100 [-Y(lg
км, (П.1.19)
85 км,
где Y,y -
коэффициенты зависящие от частоты.
При r > медианное значение рассчитывают в зависимости от
эквивалентного расстояния, сначала в зоне дифракции, затем в зоне
дальнего тропосферного распространения
радиоволн
E(50,50)= 35 км , (П.1.20)
x - m км .
При
расчете медианного значения по этим формулам следует учитывать зависимость коэффициентов от частоты:
30...250 МГц . . . . c=23 Y=0,15 y=0 x=16 m=0,096
450...1000
МГц . . . . c=27 Y=0,165 y=7 x= 12 m=0,108
Рис.П.1.8.
Зависимость медианного значения напряженности поля от расстояния на
равнинно-холмистой местности ( линии для метрового диапазона, -------для
дециметрового диапазона м ,
Рис.П.1.9.Зависимость медианного
значения напряженности поля от
расстояния. (Равнинно-холмистая
местность ( I - III ТВ диапазоны,
м ,
Рис.П.1.10.Зависимость медианного значения напряженности поля от расстояния. Равнинно-холмистая местность (IV, V
ТВ диапазоны; м,
Таблица П.1.1.
Значения
коэффициентов и для метрового диапазона
|
r = 2…100
км |
r = 100…550
км |
||||
|
|
|
|
|
|
|
20,0 |
96,14 |
-35,39 |
-3,64 |
-79,89 |
120,10 |
-37,16 |
37,5 |
100,81 |
-32,66 |
-5,13 |
-45,06 |
96,50 |
-33,20 |
50,0 |
102 ,44 |
-31,16 |
-5,96 |
-21,00 |
77,63 |
-29,45 |
75,0 |
104,99 |
- 28,73 |
-7,10 |
15,79 |
49,68 |
-24,08 |
100,0 |
105,73 |
- 24,45 |
-9,05 |
34,08 |
35,95 |
-21,43 |
150,0 |
105,62 |
-15,92 |
-12,53 |
70,78 |
8,38 |
-16,10 |
200,0 |
102,6 |
-8,16 |
-15,2 |
91,28 |
-6,44 |
-13,34 |
250,0 |
99,29 |
-0,25 |
-17,86 |
111,82 |
-21,32 |
-10,58 |
300,0 |
95,97 |
7,66 |
-20,51 |
132,35 |
-36,18 |
-7,82 |
350,0 |
94,03 |
11,02 |
-21,34 |
144,29 |
-44,37 |
-6,37 |
400,0 |
92,08 |
14,38 |
- 22,17 |
156,21 |
-52,53 |
-4,94 |
450,0 |
90,96 |
16,65 |
-22,64 |
168,98 |
-61,44 |
- 3,34 |
500,0 |
89.68 |
19,09 |
-23,17 |
181,69 |
-70,31 |
-1,75 |
Таблица П.1.2
Значения
коэффициентов и для дециметрового диапазона
|
r = 2…100
км |
r = 100…550
км |
||||
|
|
|
|
|
|
|
20,0 |
53,00 |
-40,07 |
-3,74 |
-52,92 |
102,30 |
-35,71 |
37,5 |
105,23 |
-40,30 |
-3,57 |
-38,05 |
92,77 |
-34,11 |
50,0 |
105,02 |
-36,07 |
-5,41 |
-31,31 |
88,11 |
-33,26 |
75,0 |
104,97 |
-28,83 |
-8, 53 |
-17,17 |
77,96 |
-31,34 |
100,0 |
104,78 |
-21,48 |
-11,93 |
-9,23 |
72,53 |
-30,35 |
150,0 |
112,10 |
-22,52 |
-12,46 |
17,92 |
52,78 |
-26,65 |
200,0 |
108,81 |
-13,51 |
-15,67 |
38,62 |
37,54 |
-23,75 |
250,0 |
105,51 |
-4,49 |
-18,88 |
59,35 |
22,29 |
-20,85 |
300,0 |
102,21 |
4,52 |
-22,09 |
80,05 |
7,05 |
-17,95 |
350,0 |
94,89 |
15,80 |
-25,67 |
92,19 |
- 1,31 |
-16,47 |
400,0 |
88,57 |
25,39 |
-28,52 |
104,31 |
-9,66 |
-14,98 |
450,0 |
81,96 |
35,45 |
-31,53 |
116,48 |
-18,06 |
-13,49 |
500,0 |
75,92 |
44,76 |
-34,33 |
128,85 |
-26,56 |
-11,99 |
В документах МККР и ОИРТ зависимости медианного значения
напряженности от расстояния приведены для
горизонтальной и вертикальной поляризаций. Однако эксперименты показывают, что в области дифракции,
т.е, на расстояниях 100…200 км, в лесистой местности, напряженности
полей вертикально поляризованных метровых
волн оказываются ниже расчетного значения на 12...16 дБ. Медианное значение напряженности поля зависит от
климатических условий. Чем климат теплее
и влажнее, тем оно оказывается больше. Это относится к трассам, длина
которых больше расстояния прямой видимости. Экспериментальные данные, полученные для Западной Европы и Северной
Америки показывают, что между медианным значением напряженности поля и градиентом индекса рефракции на первом километре атмосферы имеется корреляционная зависимость. Зависимости медианного
значения напряженности поля от расстояния рис.П.1.8…П.1.10 относятся к зонам с умеренным климатом,
причем n
= ( единиц, где —
коэффициенты преломления, измеренные
у поверхности Земли и на высоте
Эффективная высота подвеса передающей антенны, м, для
равнинной и равнинно-холмистой местности
определяется как высота электрического центра антенны над усредненным
уровнем участка земной поверхности 3...15 км в направлении от передающей антенны к точкам приема (рис.П.1.11.а)
= при м,
где высота
подвеса антенны над уровнем моря;
Zcp — средняя отметка участка
3...15 км, которая может быть определена по среднеарифметическим значениям отметок всех впадин и возвышенностей.
Для холмистой и
горной местности эффективная
высота подвеса передающей
антенны определяется аналогично, но ZCP целесообразно определять
на участке 3…30 км.
Если
точки передачи и
приема находятся на
наклонном вверх или
вниз участке местности, то
эффективную высоту подвеса передающей
антенны определяют между наклонной
линией, проведенной через середину неровностей местности, и параллельной ей
линией, проведенной через центр антенны (рис. П.1.11).
Поправочный коэффициент, учитывающий
неровность местности (поправка) можно
определить по графикам рис.П.1.12. Графики показывают, что с увеличением высот
неровностей медианное значение
напряженности поля уменьшается, а
при переходе от
равнинно-холмистой
местности к равнинной возрастает.
Наибольшее изменение поля имеет место на расстоянии 50...100 км от антенны. Для
расстояний свыше
На основании новых экспериментальных
данных, полученных в горной и холмистой местностях, установлено, что поправочный коэффициент интервала расстояний от антенны 20...100 км такой же,
как и для интервала 50...100 км,
Уточненные значения поправочного коэффициента, дБ могут быть определены по рис. 1.13, построенному по формуле
F(Dh) = - νχ1lg(∆h/50) при
∆h≥50м,
при м. (П.1.22)
Коэффициенты и определяют в зависимости от диапазона частот
ТВ
диапазон частот
I II III IV V
18,6 20,6 25,7 38,5 45
0,15
0,15 0,15 0,25 0,25
Для
горной местности поправочный коэффициент определен для мест приема, расположенных в долинах ниже средней высоты гор. Следует проявлять осторожность
при оценке поправочного коэффициента на местности, где Dh>300м,
поскольку рельеф такой местности не
всегда является
регулярный, если пункты
приема расположены на
вершинах возвышенностей, поправкой можно пренебречь. Расстояния, для поправочного коэффициента
выбраны неудачно. Это видно из того, что при расчетах возможны случаи, когда на участке 100…200 км напряженность поля с увеличением
расстояния остается неизменной
или даже возрастает. Целесообразно вводить
графическую корректировку, при
которой поле спадает плавно при увеличении расстояния.
Поправочный коэффициент на высоту подвеса приемных антенн
для 50% мест приема необходимо рассчитывать при высоте подвеса антенн h2¹10м.
В (Рекомендации 370-4) указывается, что на равнинно-холмистой местности в
дециметровом диапазоне снижение высоты подвеса антенн с 10 до
Результаты экспериментов показывают, что и дециметровом
диапазоне для всех параметров Dh значение поправочного коэффициента
в среднем больше на 1 дБ по сравнению с данными Рекомендации 370-4. На
равнинно-холмистой местности он одинаков для всех диапазонов. В метровом
диапазоне зависимость коэффициента от степени неровности местности сравнительно
слабая (рис.П.1.14, кривая 1). В пределах зоны обслуживания радиопередающей
станции (зона обслуживания примерно равна расстоянию прямой видимости) он не
зависит от расстояния и может быть определен по формуле или рис.П.1.14
lg (Dh / 50) - 7 , (П.1.23)
где
С=2,6; 6 для метрового и дециметрового диапазонов волн.
При
высоте подвеса приемных антенн
более 10м на равнинно-холмистой
местности, вблизи границы зоны обслуживания поправочный коэффициент, дБ, F(h2)=(4lgf + 10)(lgh2-1)
(П.1.24)
где f - частота, МГц, причем 10 £ £
На
расстояниях 200…1000 км от передающей станции с антеннами, поднятыми над землей
на высоту так, что виден горизонт (например, на склоне
горы), независимо от частоты, поправочный коэффициент, дБ,
, (П.1.25)
где 10 £ £
Отклонение значения
напряженности поля от медианного в заданном проценте времени Е(Т) в ряде случаев может быть
определено по кривым, приведенным Рекомендации 370-4. Некоторые из таких кривых
приведены на рис.П.1.15…1.17. Для любого процента времени и в более удобной
форме расчеты можно провести приближенно, полагая, что в точках приема в
пределах, по крайней мере, 1...99%
времени годовое статистическое распределение напряженности поля аппроксимируется
логарифмически- нормальным законом. Hа
этом основании отклонение напряженности поля в заданном проценте
времени, дБ,
, (П.1.26)
где стандартное
отклонение временного распределения, дБ;
Рис.П.1.11. К определению эффективной высоты подвеса
передающей антенны
на местности (а - средняя высота которой одинакова; б - на наклонной)
Рис.П.1.12. Графики для определения поправочного коэффициента на
неровной
местности по
МККР для ТВ диапазонов
волн (а
— II, III; б—IV, V)
Рис.П.1.13. Зависимость поправочного коэффициента от
степени неровности
местности на расстояниях 20 ...100 км
Кт — безразмерная величина,
распределенная по логарифмически- нормальному
закону с нулевой медианой и
стандартным отклонением, равным
единице. Величину К(Т) определяют по графику рис.П.1.15, в зависимости от заданного процента времени. График построен с помощью
табулированного интеграла Гаусса, %
100 . (П.1.27)
Стандартное
отклонение временного распределения, дБ, в
метровом и дециметровом диапазонах волн для точек приема, расположенных
на расстояниях менее
.
(П.1.28)
Отклонение
значений напряженности поля от медианного
в заданном проценте мест приема. В соответствии с результатами опытов в
расчетах принимают, что статистическое распределение напряженности поля по
местоположению
приближенно аппроксимируется логарифмически - нормальным
законом. Отклонение напряженности поля, дБ, в заданном проценте мест приема
(П.1.29)
где стандартное
отклонение распределения напряженности поля
по местоположению, дБ; K(L) - безразмерная
величина, определяемая по
рис.П.1.15 или с помощью интеграла Гаусса.
Считается, что распределения напряженности поля во времени
и по местоположению взаимно независимы, но это не строго, так как влияние рельефа проявляется по-разному в
зависимости от условий рефракции.
Стандартное
отклонение распределения напряженности поля по местоположению согласно Рекомендации
370-4 зависит от степени неровности
местности и диапазона частот. Зависимость от расстояния исключается. Для
равнинно-холмистой местности, в
метровом диапазоне волн дается
значение дБ, а в дециметровом диапазоне 9,3 дБ. Для холмистой и гористой местности в метровом диапазоне данных нет, а в
дециметровом диапазоне они ограничены (при Dh =
150, 300м и
16 дБ). Экспериментальные исследования, проведенные для многих
районов, показывают, что для
расстояний свыше 10 км
значения стандартного отклонения
можно определить из
рис.П.1.17 или формулам, дБ:
для
метрового диапазона волн (П.1.30)
для
дециметрового диапазона волн (П.1.31)
Рис.П.1.14.
Зависимость поправочного коэффициента на высоту подвеса приемной антенны при ее
снижении с 10 до
Рис.П.1.15. График нормированного логарифмически-нормального закона
На
расстояниях менее
Расстояние, км
. 1 3
5 10
, дБ . . .
5 7
8 9
В
диапазоне метровых волн эти значения будут меньше примерно на 2 дБ. Напряженности поля, измеренные для городов,
расположенных в зоне обслуживания радиопередающих ТВ станций, рассчитывают по (П.1.15),
но с учетом следующих условий. При высоте подвеса приемных антенн
Плотность
застройки города (или
квартала) определяют по плану
как отношение застроенной части к общей площади (рис.П.1.20).
Из рис.П.1.19 видно, что дополнительное ослабление F(s) для
дециметрового диапазона волн изменяется
в больших пределах. В частности, для большого города его значение составляет
10…15 дБ, В диапазоне метровых волн оно получается меньше примерно на 5 дБ.
Дополнительное ослабление уменьшается по мере удаления точек приема от передающей
станция (рис.П.1.23). Для
крупных городов уменьшение высоты подвеса приемных антенн с 10 до
F(h2)≈ω(lgh2-1)
(П.1.32)
где w —
постоянная величина: в дециметровом диапазоне w=40,
для кварталов с традиционной застройкой w=48.
Таким образом, приближенно можно
считать, что в
дециметровом диапазоне зависимости
напряженности от расстояния для
равнинно-холмистой
местности (см. рис.П.1.8; П.1.10) пригодны для
городов, если антенны
установлены на крышах
6…7-этажных зданий (»20 м).
Распределение напряженности поля для города
аппроксимируется логарифмически нормальным законом. Стандартное отклонение
этого распределения зависит существенно
от высоты установки приемных
антенн. В центральных районах
города с современной застройкой при
высоте
Рис.П.1.16.
Зависимость стандартного отклонения временного распределения
напряженности поля от
эквивалентного расстояния.
Рис.П.1.17.
Зависимость стандартного отклонения местностного распределения напряженности
поля от степени неровности местности для
диапазонов волн (1 - метровых; 2
- дециметровых )
Рис.П.1.18.
Зависимость дополнительного ослабления напряженности поля в
городе от плотности застройки (дециметровый
диапазон волн
r = 1…10 км, =
Рис.П.1.19.
Зависимость дополнительного ослабления в городских кварталах с
современной застройкой от расстояния
до радиопередающей
станции (=10 м дециметровый диапазон)
Рис.П.1.20. Примеры плотности застройки
города
П.1.3.
Определение границ зон покрытия радио и телевизионным вещанием
В
табл.П.1.3 приведены значения используемой напряженности поля, принятые при
планировании зон покрытия телевизионным вещанием [ГОСТ 7845-79] и данные МККР
[Рекомендация 417-3 и Отчет 409-4]. Значения Рекомендации 417-3 предназначены
для широкого использования, а представленные в Отчете 409-4 — для сельских
районов с малой плотностью населения. В последнем случае необходимо применять
приемные установки, оборудованные малошумящими антенными усилителями, и
приемные антенны с большими коэффициентами усиления.
Таблица П.1.3
Принятые при планировании зон покрытия телевизионным
вещанием
значения используемой напряженности поля, дБмкВ/м
|
Диапазон
частот |
|||||
Стандарт |
I |
II |
III |
IV |
V |
|
СНГ
(ГОСТ 7845-79) |
50 |
54 |
57 |
70 |
70 |
|
МККР
(Рек. 417-3) |
48 |
— |
55 |
65 |
70 |
|
МККР
(Отчет 409-4) |
46 |
— |
49 |
58 |
64 |
|
В
таблице П.1.4 приведены значения минимальной используемой напряженности поля,
необходимые для планирования зон покрытия ОВЧ-ЧМ вещанием.
Таблица П.1.4
Значения минимальной используемой напряженности поля,
дБ
Местность |
f=70 МГц |
f=104 МГц |
||
моно |
стерео |
моно |
стерео |
|
Город
с высоким уровнем шумов Город
со средним уровнем шумов Сельская
местность со средним уровнем шумов |
60 56 46 |
75 71 61 |
60 54 48 |
75 69 63 |
При учете того, что граница зоны обслуживания
проходит, как правило, по сельской местности и что расчетное значение Емин>100 мкВ/м, для
планирования можно принять следующие значения Eмин для служб вещания:
монофонического
вещания в диапазонах
66...74 МГц………………………………………………………………46 дБ,
100...108 МГц……………………………………………………………48 дБ,
стереофонического
вещания в диапазонах
66...74 и 100...108 МГц.…………………………………………………54 дБ.
Для определения границ зоны вещания необходимо для
каждого из азимутов построить график зависимости напряженности поля от
расстояния Е=f(r) и по значению
минимальной используемой напряженности поля (табл.П.1.3 и П.1.4) определить
удаление rгр от передающей антенны границ зоны вещания. Найденные значения rгр занести в
таблицу и по ним на карте нанести границы зоны вещания.
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
МЕТОДИКА ОКАМУРЫ
Определение уровня поля в точке приёма. Для вычисления
медианного значения мощности сигнала, принимаемого антенной подвижного или
стационарного объекта в городских условиях, можно использовать следующее
выражение, в котором все составляющие приведены в децибелах
P2 = 10∙lgPo − Ln
,
(П.2.1)
где P0 - значение принимаемой
мощности в свободном пространстве, мВт;
Ln - величина потерь в дБ, определяемая по формуле
Ln=Am(r, f) – H1 (h1,r ) – H2(h2,f)
– К1 – К2 – К3 – K4, дБ, (П.2.2)
где Am(r,f) - ослабление в городе
относительно свободного пространства в дБ, определяемое из графика на рис.П.2.1;
H1(h1,
r) – «высотный коэффициент усиления» передающей антенны в дБ, определяемый из
графика на рис.П.2.2;
Н2(h2, f) – «высотный
коэффициент усиления» приемной антенны в дБ, определяемый из графика на рис.П.2.3;
К1 - поправочный
коэффициент для пригородных и открытых площадей в дБ, определяемый из графиков
на рис.П.2.4;
K2, К3,
К4 - поправочные коэффициенты в дБ соответственно для холмистой
местности, для учета наклона местности и преград типа
"суша-море-суша", определяемые из графиков на рис.П.2.5…П.2.8.
На рис.П.2.1
представлены зависимости, полученные Окамурой, на основе которых можно
предсказать медианные значения ослабления сигнала относительно ослабления в
свободном пространстве для квазигладкого городского района. Эти зависимости
могут служить в качестве отправных при оценке ослабления сигнала. Здесь же
предполагается, что высота подвеса антенны центральной станции h1=200
м, а высота подвеса антенны подвижного объекта h2=3 м.
На рис.П.2.2 и П.2.3
представлено семейство кривых, позволяющих оценить изменение мощности
принимаемого сигнала от "высотного коэффициента усиления" при изменении
высот подвеса антенн базовой и мобильной станций. Рассчитанные теоретические
зависимости медианного значения мощности принимаемого сигнала нормированы к принимаемой
мощности при высоте подвеса антенн h1 =
Рис.П.2.1.Зависимость ослабление в городе относительно свободного пространства Am(r,f)
от расстояния и частоты
Рис.П.2.2.Зависимость
«высотного
коэффициента усиления» H1(h1, r) передающей антенны от ее высоты подвеса и
расстояния
Распространение
радиоволн в пригороде в некоторой степени зависит от частоты сигнала и немного
улучшается при ее повышении. Зависимость поправочного коэффициента для
пригородной зоны от частоты в диапазоне 100 МГц...3000 МГц представлена нижней
кривой на рис.П.2.4
Рис.П.2.4.
Зависимость поправочного коэффициента для пригородных и
открытых площадей К1 от
частоты
На открытых местностях,
встречающихся довольно редко, условия для распространения радиоволн значительно
лучше, чем в пригородных зонах и городах, что приводит обычно к увеличению
мощности принимаемого сигнала на 20 дБ при тех же высотах подвеса антенны и
расстояниях между антеннами. Верхняя кривая на рис.П.2.4 представляет собой
поправку в дБ, которую можно непосредственно прибавлять к значениям уровня
поля, рассчитанного для города. Для сельских местностей или малозастроенных
территориях кривые медианных значений мощности сигнала лежат между двумя
указанными кривыми.
Для расчета поправок на
холмистость местности необходимо знать диапазоны изменения выступов ∆h.
Приближенные расчетные зависимости для холмистой местности, представленные на
рис.П.2.5, позволяют найти поправочные коэффициенты для основных зависимостей
медианного ослабления для квазигладкой городской зоны. Для более точного
предсказания величины ослабления следует, вероятно, учитывать ее зависимость от
частоты сигнала и расстояния между антеннами. При этом если известно, что
подвижный объект находится вблизи вершины холма, то поправочный коэффициент на
рис.П.2.5 можно не учитывать. С другой стороны, если объект находится вблизи
основания холма, то ослабление возрастает, что иллюстрируется нижней кривой на
рис.П.2.5.
Рис.П.2.5. Зависимость поправочного
коэффициента на холмистость местности К2 от величины ∆h
В случае, когда средняя
высота земной поверхности плавно изменяется на расстоянии порядка
Рис.П.2.6. К
определению угла наклона местности Өm
Рис.П.2.7. Зависимость поправочного коэффициента
на наклон местности К3 от угла наклона местности и расстояния
Рис.П.2.8. Зависимость поправочного
коэффициента на преграды типа
"суша-море-суша" К4
от величины β
ПРИЛОЖЕНИЕ
3
Характеристики направленности антенн БС сотовой связи,
используемых в Республике Узбекистан
Электрические
параметры антенны базовой станции сотовой связи |
Антенна А1 DV-450-490-65-15i- |
Антенна А2 DV-450-490-65-15i- |
Диапазон частот |
450…490
МГц |
450…490
МГц |
Поляризация |
вертикальная |
вертикальная |
Коэффициент усиления |
15,0
дБ |
15,0 дБ |
Ширина главного
лепестка в горизонтальной плоскости на уровне -3 дБ |
65° |
65° |
Ширина главного
лепестка в вертикальной плоскости на уровне -3 дБ |
16° |
16° |
Угол наклона
главного лепестка |
6° |
0° |
Коэффициент
защитного действия |
> 25 дБ |
> 25 дБ |
Рис.П.3.1.ДН антенны «DV-450-490-65-15i-6F» (а – в горизонтальной плоскости, б –
в вертикальной плоскости)
Рис.П.3.2.ДН антенны «DV-450-490-65-15i-0F» (а – в горизонтальной плоскости, б –
в вертикальной плоскости)
Электрические
параметры антенны базовой станции
сотовой связи |
Антенна А3 OV-470-490-360-9i-0 |
Антенна А4 OV-450-470-360-9i-0 |
Диапазон частот |
470…490 МГц |
450…470
МГц |
Поляризация |
вертикальная |
вертикальная |
Коэффициент усиления |
9,0 дБ |
9,0
дБi |
Ширина главного
лепестка в горизонтальной плоскости на уровне -3 дБ |
360° |
360° |
Ширина главного
лепестка в вертикальной плоскости на уровне -3 дБ |
11° |
11° |
Угол наклона
главного лепестка |
0° |
0° |
Неравномерность
диаграммы направленности в горизонтальной плоскости |
± 1 дБ |
±
1 дБ |
Рис.П.3.3.ДН антенны «OV-470-490-360-9i-0» (а – в горизонтальной плоскости, б –
в вертикальной плоскости)
Рис.П.3.4. ДН антенны «OV-450-470-360-9i-0» (а – в горизонтальной плоскости, б –
в вертикальной плоскости)
Электрические
параметры антенны базовой станции сотовой связи |
Антенна А5 DX-450-470-65-15i-0 |
Антенна А6 DV-450-470-65-15i-0 |
Диапазон частот |
450…470 МГц |
450…470 МГц |
Поляризация |
± 45° |
вертикальная |
Коэффициент усиления |
15,0 дБ |
15,0 дБ |
Ширина главного лепестка в горизонтальной плоскости на уровне -3 дБ |
65° |
65° |
Ширина главного лепестка в вертикальной плоскости на уровне -3 дБ |
16° |
16° |
Угол наклона главного лепестка |
0° |
0° |
Коэффициент защитного действия |
> 25 дБ |
> 25 дБ |
Рис.П.3.5.ДН антенны «DX-450-470-65-15i-0» (а – в горизонтальной плоскости, б –
в вертикальной плоскости)
Рис.П.3.6.ДН антенны «DV-450-470-65-15i-0» (а – в горизонтальной плоскости, б –
в вертикальной плоскости)
Электрические
параметры |
Антенна А7 CTSDG-06513-0DM |
Антенна А8
CTSDG-06513-0DM |
Частота |
806…896
МГц |
870…960
МГц |
Поляризация |
±
45° |
±
45° |
Коэффициент усиления |
14,7
дБ |
14,9
Дб |
Ширина главного
лепестка в горизонтальной плоскости на уровне -3 дБ |
65° |
65° |
Ширина главного
лепестка в вертикальной плоскости на уровне -3 дБ |
15° |
14° |
Направление
излучения |
0° |
0° |
Коэффициент
защитного действия |
25 дБ |
25 дБ |
Рис.П.3.7.ДН антенны «CTSDG-06513-0DM» для 806…896 МГц (а – в горизонтальной плоскости,
б – в вертикальной плоскости)
Рис.П.3.8.ДН антенны «DV-450-470-65-15i-0» для 870…960 МГц (а – в горизонтальной плоскости, б
– в вертикальной плоскости)
Антенна |
Антенна А9 |
Номер типа |
7226.04 |
Частотный диапазон |
870…960
МГц |
Поляризация |
вертикальная |
Коэффициент усиления
(относительно изотропного излучателя) |
15,5
дБ |
Ширина главного лепестка
по половинной мощности |
В горизонтальной плоскости: 650 В
вертикальной плоскости: 140 |
Коэффициент защитного
действия по мощности |
>23 дБ |
ДН
в горизонтальной (1) и вертикальной (2) плоскостях |
Антенна |
Антенна А10 |
|
Номер типа |
739
623 |
|
Частотный диапазон |
806…960
МГц |
|
806…894
МГц |
880…960
МГц |
|
Поляризация |
+450,
-450 |
+450,
-450 |
Коэффициент усиления
(относительно изотропного излучателя) |
2х16,5
дБ |
2х17
дБ |
Ширина главного лепестка
по половинной мощности, +450/-450 |
в горизонтальной плоскости: 680 в
вертикальной плоскости: 100 |
в горизонтальной плоскости: 650 в
вертикальной плоскости: 9,50 |
Коэффициент защитного
действия по мощности |
>30 дБ |
>30 дБ |
|
ДН
в горизонтальной плоскости |
ДН
в вертикальной плоскости |
ПРИЛОЖЕНИЕ 4
Рис.П.4.1.
Зависимость медианных значений множителя ослабления от
расстояния и длины волны
ПРИЛОЖЕНИЕ 5
1. Рассчитать размеры облучателя
(см. рис.1.1), его характеристики направленности в плоскостях Е и Н
с шагом 50 или 100 в интервале углов 00…900.
По результатам расчётов построить диаграммы направленности облучателя в
прямоугольной системе координат и на уровне 0,316 (-10 дБ) определить
оптимальный угол раскрыва зеркала yопт (см. пример на рис.П.5.2).
2. Определить коэффициент
усиления G1 передающей
параболической антенны, рассчитать её геометрические размеры, профиль зеркала и
допуски отклонений, а также коаксиально-волноводный переход.
3. Рассчитать характеристики
направленности антенны в плоскостях Е и Н. Построить диаграммы
направленности антенны и по ним определить ширину главного лепестка по уровням
нулевого излучения и половинной мощности, уровни первого и второго боковых
лепестков в плоскостях Е и Н.
Краткие сведения по облучателям параболических антенн
В
качестве облучателя используются слабонаправленные антенны, обладающие
однонаправленным излучением в сторону зеркала. Фазовый центр облучателя
совмещается с фокусом зеркала. На рис.П.5.1 приведены эскизы предлагаемых к
расчёту облучателей параболических антенн.
Рис.П.5.1. Эскизы
облучателей (а - вибратор с плоским контррефлектором;
б - двухщелевой облучатель;
в - открытый конец круглого волновода;
г - рупорный облучатель; д-
открытый конец прямоугольного волновода)
Рис.П.5.2.
Пример определения оптимального угла раскрыва параболического зеркала по
диаграммам направленности облучателя
Диаграмма направленности
(ДН) параболической антенны определяется формой ДН облучателя и величиной
отношения значений радиуса раскрыва параболического зеркала R0 к фокусному расстоянию f0 этого зеркала. Ниже приводятся формулы для
расчёта размеров облучателей и их характеристик направленности.
Контррефлектор представляет
собой металлическую пластину диаметром 0,815l (l - длина волны), расположенную на расстоянии d=l/4 от вибратора.
Характеристики
направленности облучателя в плоскостях Е и Н рассчитываются по
формулам:
FE(j) = [cos(900×sinj)/cosj]×cos[900×(1-cosj)], (П.5.1)
FH(q) = cos[900×(1-cosq)]. (П.5.2)
Длина щелей облучателя
выбирается порядка 0,47l, а расстояние между щелями d -
порядка l/2.
Характеристики
направленности облучателя в плоскостях Е
и Н рассчитываются по формулам:
FE(j) = cos(900×sinj), (П.5.3)
FH(q) = cos(900×sinq)/cosq. (П.5.4)
Внутренние размеры широкой «а»
и узкой «b» стенок прямоугольного волновода определяются с
помощью [6]. В частности, для частоты 10 ГГц можно выбрать стандартный волновод
R-100, у которого «а»=22,86 мм, «b»=10,16 мм.
Размер радиуса внутреннего
сечения волновода rв определяется с помощью [6]. В частности, для частоты
6 ГГц можно выбрать стандартный круглый волновод С-65, у которого rв =
Характеристики направленности облучателя в плоскостях Е
и Н определяются по формулам:
FE(j) = |
1+Qcosj |
. |
L1(U), |
|
Q+1 |
|
|||
FH(q) = |
Q+cosq |
. |
4L1(U) – U2L2(U) |
, |
Q+1 |
4[1-(U/1,84)2] |
(П.5.5)
(П.5.6)
где L1(U), L2(U) – лямбда – функции;
Q=Ö |
1-(l/lкв)2 |
;
U = (2prв/l)sinj |
;
U = (2prв/l)sinq. |
(П.5.7)
В
случае необходимости получения приблизительно одинаковой диаграммы
направленности облучателя в плоскостях Е и Н, размеры раскрыва рупора выбирают bр = 0,717ар,
где «ар» - размер раскрыва рупора, образованный расширением
широкой стенки волновода «а»,
а «bр»
- размер раскрыва рупора, образованный расширением узкой стенки волновода «b».
Размеры «а» и «b» можно определить с помощью
[6]. В частности, для частоты 4 ГГц
можно выбрать стандартный волновод R-40, у которого «а» =
RH = aP2/3l; RE = bP2/2l; aP = 1,02l/siny0,1H ,
где
y0,1 – ширина ДН облучателя по
уровню 0,1 по мощности. В расчётах можно выбрать y0,1 = 500…600.
Характеристики направленности облучателя в плоскостях
Е и Н рассчитываются по формулам:
FE(j) = |
1+cosj |
× |
sin[(pbp/l)sinj] |
, |
2 |
(pbp/l)sinj |
|||
FH(q) = |
1+cosq |
× |
cos[(pap/l)sinq] |
. |
2 |
1-[(2ap/l)sinq] 2 |
(П.5.8) (П.5.9)
Облучатель в виде открытого
конца прямоугольного волновода
Внутренние размеры широкой «а»
и узкой «b» стенкой прямоугольного волновода определяются с
помощью [6]. В частности, для частоты f=7,5 ГГц можно выбрать
стандартный волновод R – 70, у которого «а»
=
Характеристики
направленности облучателя в плоскостях Е и Н определяются по
формулам:
FE(j) = |
1+Qcosj |
× |
sin[(pb/l)sinj] |
, |
1+Q |
(pb/l)sinj |
|||
FH(q) = |
Q+cosq |
× |
cos[(pa/l)sinq] |
, |
Q+1 |
1-[(2a/l)sinq] 2 |
(П.5.11) Q=Ö 1-(l/lкв)2 . (П.5.10)
где
Коэффициент усиления
параболической антенны можно определить из выражения
(П.5.12)
G1=20lg(4pr/l) + P2[дБ] - 10lgP1
-G2[дБ] , дБ.
Полученное значение
необходимо пересчитать из дБ в «разы» по формуле G=10GдБ/10.
Радиус раскрыва
параболического зеркала определяется из соотношения
R0 = Ö |
[1/(pn)]×[G1l2/(4p)+Sзат] |
, |
(П.5.13) |
где n - коэффициент использования
поверхности раскрыва зеркала (в расчётах можно принять n=0,4…0,5);
Sзат
- площадь облучателя, затеняющего раскрыв
зеркала.
Фокусное расстояние f0 параболического зеркала определятся по формуле
(П.5.14)
f0 = (R0/2)ctg(yопт /2).
Полученную величину
необходимо подкорректировать так, чтобы выполнялось равенство f0 = n×l/4, где n = 1,2,3…
Для расчёта профиля
параболического зеркала используется формула у=
Приращение по Z0 даётся до тех пор, пока
величина «у» не станет равной R0.
Далее рассчитываются допуски
на точность изготовления параболической антенны:
(П.5.15)
а) на
отклонение формы поверхности зеркала от заданной
d < l/30;
(П.5.16)
б) на
смещение облучателя из фокуса в осевом направлении
df = l/[4(1-cosyопт)];
(П.5.17)
в) на
смещение облучателя из фокуса в боковом направлении
df < f0
sinam , где am=[l/(4R0)](4f02/R02-1).
Расчёт характеристик
направленности параболической антенны
Для расчёта характеристик направленности параболической антенны
необходимо предварительно рассчитать и построить приближенные амплитудные
распределения в раскрыве зеркала в плоскостях Е и Н с
помощью формул:
(П.5.18а)
ESE/E0 =
[(1+cosj)/2]×FE(j),
(П.5.18б)
ESH/E0 =
[(1+cosq)/2]×FH(q).
Приближенное амплитудное
распределение поля можно рассматривать как функцию относительного переменного
радиуса раскрыва t=r/R0, где r - расстояние до определённой точки раскрыва.
Каждому значению угла q диаграммы направленности
соответствует своё значение t, связанное с
геометрическими размерами зеркала соотношением
(П.5.19)
t = (2f0 /R0)[sinq/(1+cosq)]
Выражение для нормированной
величины t имеет вид
(П.5.19а)
tH =
sinq(1+cosyопт )/[(1+cosq)sinyопт].
Результаты расчёта ESE/E0, ESH/E0 и tH занести в таблицу типа
П.5.3
Таблица П.5.3
Результаты расчёта амплитудных распределений
Q0, j0 |
ESE/E0 |
ESH/E0 |
tH |
0 10 20 … yопт |
|
|
|
По результатам расчёта построить амплитудные распределения в раскрыве
зеркала и определить величины «пьедесталов» D (см. пример
на рис.П.5.3)
Рис.П.5.3 Пример
амплитудных распределений
Характеристики
направленности параболической антенны в плоскостях Е и Н можно
рассчитать по формулам:
(П.5.20)
fE(a) = DE×L1(U)+[(1-DE)/4]×L2(U),
(П.5.21)
fH(a) = DH×L1(U)+[(1-DH)/4]×L2(U),
где U = (2pR0/l)sina.
Расчёт значений fE(a) и fH(a) проводят через каждые 20 до тех
пор, пока не будет рассчитан главный лепесток и два боковых лепестка.
Значения лямбда-функций можно определить из графиков на рис.П.5.4.
Значения fE(a) и fH(a) следует отнормировать, т.е. FE(a) = fE(a)/fEmax(a) и FH(a)= fH(a)/fHmax(a). Результаты расчёта свести в таблицу.
Построить диаграммы направленности антенны в прямоугольной системе координат.
С разрешения преподавателя,
допускается производить расчет характеристики направленности по приближенной
формуле.
Для всех типов облучателей,
кроме вибратора с плоским контррефлектором, необходимо рассчитать
коаксиально-волноводный переход (КВП), состоящий из отрезка волновода и
возбуждающего штыря, соединённого с центральной жилой коаксиального кабеля.
Возбуждающий штырь устанавливается на расстоянии l2 = lB/4 от короткозамкнутого
конца волновода. Длина волны в волноводе lB определяется по формуле lB = l/Q.
В случае использования
прямоугольного волновода и расположения штыря посередине широкой стенки
волновода высоту штыря l1 можно рассчитать по формуле
l1 =
l(2p)-1×arccos[1-0,229×Ö |
WФ×a×b/(l×lB) |
], |
(П.5.22) |
где Wф - волновое сопротивление питающего коаксиального кабеля (50 Ом), а и b - внутренние размеры соответственно широкой и узкой стенок прямоугольного волновода.
В случае круглого волновода
высоту штыря l1 можно определить по формуле
l1 =
l(2p)-1×arccos[1-0,203rB×Ö |
WФ/(l×lB) |
]. (П.5.23) |
ПРИЛОЖЕНИЕ 6
П.6.1. Расчетные значения излучаемой
мощности PΣ
радиосредств, размещенных на антенной башне ТашРТПЦ
Наименован-ие системы |
Ко |