УЗБЕКСКОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ И
ИНФОРМАТИЗАЦИИ
ТАШКЕНТСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ
Факультет радиотехники, радиосвязи и
телерадиовещания
Кафедра
антенно-фидерных устройств
Ликонцев Д.Н.
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ КУРСА
«РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН»
для направления образования
5А522105 - «Мобильные системы связи»
4.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗОН ПОКРЫТИЯ ТЕЛЕ - И
РАДИОВЕЩАНИЕМ (МЕТОДИКА ШУРА)
4.1.Основные
соотношения
Эффективно -
излучаемая мощность - радиопередающей станции, в главном направлении
антенны
, (4.1)
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. (4.2)
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 , (4.3)
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.4.1. 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)] , (4.4.)
а)
б)
Рис.4.1.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.4.2).
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,
, (4.5)
где эффективно-излучаемая мощность, кВт, r -расстояние,
км.
Выражение в децибелах (4.5) имеет вид
Е0=106,9 -
20 lgr + På ,
(4.6)
где дБкВт.
Напряженность
поля выражается в децибелах относительно 1мкВ/м, но для краткости везде указывают размерность в
децибелах.
Рис.4.2.
Положение диаграммы направленности передающей антенны в
вертикальной плоскости (А и В — точки
передачи и приема)
Рис.4.3.
К определению эквивалентного радиуса Земли
Если эффективно-излучаемая мощность выражена в Ваттах, то
напряженность поля в свободном пространстве получится в мкВ/м,
, (4.7)
или в
децибелах
E0=76,9-20lgr+10lgP
(4.8)
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,
=
, (4.9)
где и - высоты подвеса антенн и эквивалентный радиус
Земли, км. Для среднего состояния
тропосферы, т.е. при 8500 км, предельное расстояние, км,
= 4,12 + , (4.10)
где - высоты подвеса антенн, м.
Угол
закрытия антенны (передающей или приемной) g отсчитывают
между горизонтальной
плоскостью и направлением на горизонт (рис.4.5). Угол закрытия считают положительным, если вершина
препятствия находится выше горизонтальной
плоскости и отрицательным, если ниже. Угол закрытия определяют из профиля оконечного участка трассы, рад
, (4.11)
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, 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.4.4.К
определению расстояния прямой видимости над гладкой и
неровной земной поверхностью
Рис.4.5.
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
, (4.12)
где g1 и g2
- углы закрытия
передающей и приемной антенны, рад; аэ- в км. С учетом
приподнятости трассы эквивалентная длина трассы, км
(4.13)
где все величины подставляются в
километрах. Формула справедлива
при условии
-0,3 <
6 . (4.14)
Отсюда
следует, что на горных трассах эквивалентное расстояние возрастает а на морских уменьшается. Высоту трассы
определяют графически из профиля
трассы. Графическое определение поясняется рис.4.6. Здесь - разность высот между точками
пересечения касательных к препятствиям АС
и ВС
и
линий ,
, проведенных параллельно касательным; и
- высоты подвеса антенн над уровнем моря.
Рис.4.6.К определению высоты трассы 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.
4.2.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, дБ, 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), (4.15)
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. (Способы определения указанных коэффициентов приводятся ниже.)
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.4.7). 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.4.7.К
определению параметра, характеризующего степень неровности
местности Dh (справа график статистического
распределения
отметок местности)
На расстояниях свыше
Зависимости
напряженности поля от расстояния на рис.4.8…4.10, иногда аппроксимируют с помощью формулы, дБ
Е(50,50)=Б0 +
Б1 lgr + Б2 (lgr)2 (4.16)
где и коэффициенты, значения которых приведены в табл.4.1 и 4.2 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). (4.17)
если км,
то сначала определяют поправку на высоту подвеса передающей антенны
4600] lg( 300 , (4.18)
где c —
коэффициенты, зависящие от частоты.
Медианное
значение будет равно
E(50,50)= 100 [-Y(lg
км, (4.19)
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 ,
(4.20)
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=1б m=0,096
450...1000
МГц . . . . c=27 Y=0,165 y=7 x= 12
m=0,108
Рис.4.8.
Зависимость медианного значения напряженности поля от расстояния на
равнинно-холмистой местности ( линии для метрового диапазона, -------для
дециметрового м ,
Рис.4.9.Зависимость медианного
значения напряженности поля от
расстояния. (Равнинно-холмистая
местность ( I - III ТВ диапазоны,
м ,
Рис.4.10.Зависимость медианного значения напряженности поля от расстояния. Равнинно-холмистая местность (IV, V
ТВ диапазоны; м,
Таблица 4.1
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 4.2
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.4.8…4.10 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.4.11.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.4.11).
Поправочный коэффициент, учитывающий
неровность местности (поправка) можно
определить по графикам рис.4.12. 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.4.13, построенному по формуле
F(Dh) = - νχ1lg(∆h/50) при
∆h≥50м,
при м. (4.22)
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 , (4.23)
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), (4.24)
где f - частота, МГц, причем 10££30 м.
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,
, (4.25)
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.4.15…4.17. 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.4.11. К определению эффективной высоты подвеса
передающей антенны
на местности (а —
средняя высота которой одинакова; б—на
наклонной)
Рис.4.12. Графики для определения поправочного коэффициента на
неровной
местности по
МККР для ТВ диапазонов
волн (а
— II, III; б—IV, V)
Рис.4.13. 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.4.15, в зависимости от заданного процента времени. График построен с помощью
табулированного интеграла Гаусса, %
100 . (4.27)
Стандартное
отклонение временного распределения, дБ, в
метровом и дециметровом диапазонах волн для точек приема, расположенных
на расстояниях менее
.
(4.28)
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
(4.29)
где стандартное
отклонение распределения напряженности поля
по местоположению, дБ;
K(L)—безразмерная величина, определяемая
по рис.4.15 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.4.17 или формулам, дБ:
для
метрового диапазона волн
, (4.30)
для
дециметрового диапазона волн
. (4.31)
Рис.4.14.
Зависимость поправочного коэффициента на высоту подвеса приемной антенны при ее
снижении с 10 до
Рис.4.15.
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 (4.15),
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.4.20).
Из рис.4.19 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.4.23).
Для крупных городов уменьшение высоты подвеса приемных антенн с 10 до
F(h2)≈ω(lgh2-1) (4.32)
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.4.8; 4.10) 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.4.16.
Зависимость стандартного отклонения временного распределения
напряженности поля от
эквивалентного расстояния.
Рис.4.17. Зависимость стандартного
отклонения местностного распределения напряженности поля от степени
неровности местности для
диапазонов волн (1 - метровых; 2 - дециметровых )
Рис.4.18.
Зависимость дополнительного ослабления напряженности поля в
городе от плотности застройки;
дециметровый диапазон волн
r=1…10 км, =
Рис.4.19.
Зависимость дополнительного ослабления в городских кварталах с современной
застройкой от pacстояния до радиопередающей станции; =10 м; дециметровый диапазон
Рис.4.20. Примеры плотности застройки
города
4.3.
Значения напряженности поля,
используемые при планировании
4.3.1.
Минимальная напряженность поля
Минимальная напряженность поля Емин ,
дБмкВ/м
Eмин = 20lg Uмин – G
- ηф + 20 lg2π/λ,
где
Uмин — минимальное значение напряжения сигнала
изображения, при котором обеспечивается воспроизведение изображения с заданным
качеством, мкВ; G — коэффициент усиления приемной антенны, дБ; ηф
- КПД антенного фидера, дБ; λ — длина волны,
м.
В условиях приема на границе зоны обслуживания
передатчика считают возможным снижение (из-за наличия помех) качества
воспроизводимого изображения до удовлетворительного. Такое качество при
равномерном спектре шума обеспечивается при значениях С/Ш:
на управляющем электроде кинескопа 30 дБ,
на входе приемника цветного изображения 36
дБ.
Эффективное значение напряжения шумов на входе
приемника
Uш = {k T0 ∆f/R [(Tа/T0 – 1) ηф +N]}1/2,
где k =
1,38·10-23 Дж/К; T0=290 К —
стандартная температура окружающей среды; Га — эффективная температура шумов
антенны, К; Δf - ширина эффективной полосы шумов приемника, Гц; R - входное сопротивление приемника, Ом;
N — коэффициент шума приемника. Для
телевизоров черно-белого изображения Af=4,6 МГц, для приемников цветного
изображения Δf =5...5,5
МГц [26] (примем Δf = 5 МГц).
Предположим, что вход приемника согласован и R = 75
Ом. Зависимость Г./Гц от частоты представлена кривой на рис.3.15, причем
эффективная температура антенны
определена с учетом тепловых шумов окружающей среды, шумов радиоизлучения
Галактики и шумов сопротивления потерь антенны. Значения остальных параметров,
необходимых для расчета, и результаты вычислений минимальной напряженности поля
передатчика изображения для диапазонов 1—V следующие
Рис. 3.15. Зависимость отношения Tа/ T0 от частоты для типовой приемной ТВ антенны
|
I |
II |
III |
IV |
V |
Средняя
частота диапазона, МГц |
57 |
87 |
200 |
523 |
747 |
Относительная
температура шумов антенны |
14 |
5,5 |
1,6 |
1 |
1 |
Коэффициент
шума приемника |
10 |
10 |
10 |
16 |
16 |
Напряжение
шумов на входе приемника, мкВ |
5,7 |
4,6 |
4,0 |
4,9 |
4,9 |
Минимальное
допустимое напряжение сигнала
на входе приемника, мкВ |
360 |
290 |
250 |
310 |
310 |
Длина
волны, м |
5,3 |
3,4 |
1,5 |
0,6 |
0,4 |
Коэффициент
уcиления приемной антенны, дБ |
4 |
4,5 |
8 |
10 |
10 |
Коэффициент
передачи фидера длиной |
-1 |
-1,4 |
-2,2 |
-4,2 |
-5 |
Минимальная
напряженность поля, дБмкВ/м |
50 |
52 |
55 |
65 |
69 |
4.3.2. Используемая напряженность поля
В табл. 3.25 приведены значения используемой
напряженности поля, принятые при планировании [31, ГОСТ 7845-79] и данные МККР
[2, Рек. 417-3 и Отчет 409-4]. Значения Рек. 417-3 предназначены для широкого
использования, а представленные в Отчет 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 3.25
Принятые
при планировании 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
(Отч. 409-4) |
46 |
— |
49 |
58 |
64 |
|
4.3.3. Напряженность поля для
планирования сети ретрансляторов
При
планировании сети ТВ ретрансляторов с приемом программы по эфиру шумы
определяют минимальную напряженность поля как на границе зоны обслуживания ТР,
так и в месте его установки. При эфирной ретрансляции качество приема ТВ
сигнала абонентами может дополнительно ухудшаться за счет шумов ТР. Чтобы это
ухудшение не было существенным, отношение С/Ш, а следовательно, и уровень
сигнала на входе ретранслятора должны быть достаточно высокими. Это требование
ограничивает возможность установки ТР за пределами зоны обслуживания головной
РПС, так как при этом обеспечение надлежащего уровня напряжения сигнала на
входе ретранслятора сопряжено со значительными техническими трудностями и
затратами, а иногда и неосуществимо.
Таблица 3.26
Значения
напряженности поля, дБмкВ/м, используемые при планировании сети
ТВ
ретрансляторов
Диапазон
частот
|
Вариант
1 |
Вариант
2 |
||
Емин
|
Етр
|
Емин
|
Етр
|
|
I
|
50 |
60 |
57 |
51 |
II
|
54 |
60 |
59 |
51 |
III
|
57 |
61 |
62 |
53 |
IV
|
70 |
68 |
73 |
62 |
V
|
70 |
71 |
74 |
65 |
Етр - напряженность поля в точке размещения
приемной антенны ретранслятора.
Чтобы гарантировать допустимое качество приема
цветного изображения у населения, проживающего в зоне обслуживания
установленного за пределами зоны головной РПС ТВ ретранслятора, значения
напряженности поля на границе зоны обслуживания должны быть увеличены по
сравнению с нормируемыми значениями [27].
Рекомендации по выбору места установки ТВ
ретрансляторов с эфирным приемом предусматривают два варианта планирования
(табл. 3.26).
Вариант
1 предназначен для ТР, обслуживающих «затененные» участки, где непосредственный
прием сигналов мощной РПС невозможен, вариант 2 - для ТР, установленных для
расширения зоны действия РПС. При втором варианте размеры зоны обслуживания
несколько сокращаются по сравнению с первым (при одинаковой мощности ТР), но
можно устанавливать ретранслятор за пределами зоны обслуживания головной РПС в
местах, где непосредственный прием сигналов мощной станции невозможен из-за
значительного удаления.
4.3.4. Методы уменьшения минимальной
используемой напряженности поля
Расширения
зоны обслуживания, а при неблагоприятных условиях приема — повышения его
качества вблизи границ зоны обслуживания, можно добиться путем улучшения
характеристик приемной установки. При этом уменьшается значение минимальной
используемой напряженности поля.
Наилучшие
результаты дает применение антенн с большими коэффициентами усиления и
антенных усилителей. Основные параметры индивидуальных телевизионных канальных
усилителей УТКТИ и диапазонных УТДИ приведены в табл. 3.27.
Канальный усилитель имеет лучшие характеристики, но он
рассчитан на прием одной программы. Чтобы принять две программы, необходимо у
каждой антенны установить по канальному усилителю, сигналы с их выходов сложить
с помощью суммирующего устройства и затем подать по общему фидеру на вход ТВ
приемника.
Если обе ТВ программы передаются либо в III, либо в
I—II диапазонах можно применить УТДИ. При этом потребуется одна приемная
антенна, hi улучшение отношения С/Ш будет несколько меньше, чем в варианте с
использованием УТКТИ. В табл. 3.28 приведены значения выигрыша в отношении С/Ш
достигаемого при использовании антенных усилителей, по сравнению с вариантом,
когда такой усилитель отсутствует.
Таблица 4.1.27
Значения параметров индивидуальных антенных усилителей
|
|
Диапазон |
|
|
I |
II |
III |
||
УТКТИ |
Коэффициент
шума, не более Коэффициент
усиления, дБ, не менее |
3 |
3 |
5 |
15 |
15 |
12 |
||
УТДИ |
Коэффициент
шума, не более Коэффициент
усиления, дБ, не
менее |
9 |
9 |
9 |
15 |
15 |
12 |
Таблица 4.1.28
Выигрыш в отношении С/Ш, дБ, при применении антенных усилителей
Усилитель
|
Длина
фидера, м |
Число
программ |
Диапазон
|
||
I |
II |
III |
|||
УТКТИ УТДИ |
15 30 15
и 30 |
Одна Две
Одна Две Одна Две
|
2,1 2 2,6 2 1,6 1,5 |
3,6 3,4 4,5 3,3 1,7 1,5 |
4,1 3,5 5,8 2,7 2,2 1,7 |
При
этом предполагалось, что в варианте без антенного усилителя при приеме двух
программ устройства сложения нет, т. е. возможен прием на одну диапазонную
антенну, имеющую такой же коэффициент усиления, как антенны в варианте с
антенными усилителями. Если ТВ программы транслируют в разных диапазонах, так
что для их приема в любом варианте необходимы разные антенны, то значения
выигрыша при применении антенных усилителей по сравнению с приведенными в
табл. 4.1.28 возрастут на 3 дБ.
В проведенном выше анализе предполагалось, что
коэффициенты усиления приемных антенн в сравниваемых вариантах одинаковы. В
действительности, применение канальных антенных усилителей целесообразно
сочетать с применением канальных приемных антенн, обладающих по сравнению с
диапазонными большими коэффициентами усиления (см. табл. 4.1 и 4.1.7).
Использование
приемных антенн с большими коэффициентами усиления дает увеличение отношения
С/Ш, численно равное разности значений коэффициентов усиления сравниваемых
антенн. Так, применение канальной антенны «волновой канал» по сравнению с
диапазонной антенной ИТА-12 позволяет увеличить отношение С/Ш в I—II диапазонах
на 7 дБ, а в III — на 6 дБ. Необходимо учесть, что сказанное справедливо при
приеме одной программы. Если программ две или более, необходимо сложить сигналы
на выходах антенн, но при этом потери при сложении могут превысить выигрыш в
усилении антенн. Наилучшие результаты получают при использовании канальных
антенн совместно с канальными усилителями.
Если
принимаемые программы транслируются на частотах 1—5 или 6—12 каналов, можно
применять сдвоенную диапазонную или многоканальную антенну совместно с УТДИ. В
этом случае сигналы с ее выходов складываются на входе усилителя; увеличение
уровня сигнала на входе усилителя и соответственно повышение отношения С/Ш при
этом будет около 3 дБ.
Пример. Две программы на частотах ТВ каналов III
диапазона при напряженности поля 53 дБмкВ/м (на 4 дБ меньше минимального
значения на границе зоны обслуживания) принимаются с помощью типовой
индивидуальной установки, оборудованной диапазонной антенной «волновой канал»,
длина антенного фидера
Вариант 1. Две канальные антенны «волновой канал», два
канальных антенных усилителя УТКТИ и суммирующее устройство.
Вариант 2. Сдвоенная диапазонная антенна «волновой канал» и
диапазонный усилитель УТДИ.
Tиповая |
|
Вариант 1 |
Вариант
2 |
Напряженность
поля, дБмкВ/м |
53 |
53 |
53 |
Коэффициент
усиления приемной антенны, дБ |
6,5 |
7,5 |
9,5 |
Напряжение
сигнала на выходе приемной антенны, дБмкВ |
47,1 |
48,1 |
50,1 |
Напряжение
шумов на входе антенного усилителя, дБмкВ |
- |
10 |
12 |
Коэффициент
усиления антенного усилителя, дБ |
- |
12 |
12 |
Потери
в фидерном тракте, дБ |
2,2 |
5,2 |
2,2 |
Напряжение
сигнала на входе приемника, дБмкВ |
44,9 |
54,9 |
59,9 |
Напряжение
шумов на входе приемника, дБмкВ |
12,3 |
18 |
22,2 |
Отношение
С/Ш на входе приемника, дБ |
32,6 |
36,9 |
37,7 |
Как видно, рекомендуемые варианты позволяют улучшить
отношение С/Ш примерно на 5 дБ, что обеспечит в данных условиях качество приема
выше того, которое нормируют на границе зоны обслуживания при стандартном
значении напряженности поля.
4.4. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПЛАНИРОВАНИЯ
ПЕРЕДАЮЩЕЙ СЕТИ ОВЧ - ЧМ ВЕЩАНИЯ
4.4.1. МИНИМАЛЬНАЯ ИСПОЛЬЗУЕМАЯ
НАПРЯЖЕННОСТЬ ПОЛЯ
Минимальная используемая напряженность поля Ем„я, дБ,
должна превышать напряженность поля суммарных шумов ЕШS на
значение С/Ш, которое определяет качество приема
Eмин ≥ Eш∑ + С/Ш = Еш(50) + ∆F + Dв + С/Ш,
где
ЕШS (50)—медианное значение суммарной напряженности поля
всех видов шумов в полосе 1 кГц в децибелах относительно 1 мкВ/м, ΔF — эффективная шумовая полоса приемника в децибелах
относительно 1 кГц, DB — среднегодовое отношение верхней децили к
медианному значению напряженности поля шумов.
Медианное значение суммарной напряженности поля шумов,
дБ
Еш(50) = 10 lg[E2ш.а(50) + E2ш.и(50) + E2ш.пр(50) +
E2ш.г (50)], (4.1)
где
Eш.а(50), Eш.и(50), Eш.пр(50), Eш.г(50) —
медианные значения напряженности полей атмосферных шумов, мкВ/м, соответственно
зависящие от времени суток, года, географического района и частоты несущего
колебания, индустриальных шумов, а также от частоты несущего колебания и от
плотности промышленных предприятий в рассматриваемом районе (поэтому местность
обычно подразделяют на три-четыре зоны: сельская местность с малым уровнем
индустриальных помех, сельская местность со средним уровнем индустриальных
помех — пригород, город со средним уровнем индустриальных помех и город с
высоким уровнем индустриальных помех), внутренних шумов приемника, пересчитанных
к его входу, галактических шумов.
Рассмотрим интенсивность каждого вида шумов в
диапазоне ОВЧ, отведенном для организации ЧМ вещания (полосы 66...74 и
87,5...108 МГц), т. е. определим вес каждого из слагаемых (4.2.1).
Для сравнения данные по интенсивности шумов удобно
представить в виде эффективного коэффициента шумов антенны, дБ
Fa = 10 lg Pш / kT0 ∆Fпр = 10 lg Ta/T0,
где
Рш — мощность шума, Вт,
получаемая от эквивалентной антенны без потерь; k=l,38-10-23
джоуль/1 К — постоянная Больцмана; T0=288 К — относительная температура; ΔFпp—
эффективная шумовая полоса приемника, Гц; Та —
эффективная температура антенны при наличии внешних шумов, К.
Шумовой
коэффициент Fa относится к
вертикальной антенне, расположенной низко над поверхностью земли и имеющей
высокую проводимость. Для других антенн можно воспользоваться данными,
приведенными в [2, Отчет 670].
Коэффициент шума однозначно связан со
среднеквадратическим значением напряженности поля шумов в точке приема Еш.
Напряженность поля в дБ относительно 1 мкВ/м
(измеряемая приемником с полосой 1 кГц на частоте f, МГц)
Eш = Fa – 65,5 + 20 lg f.
(4.2)
Данные Fa
по атмосферным помехам и галактическим шумам представлены в [2, Отчет 322-й,
Отчет 258-3] по индустриальным помехам.
Таблица 4.2.2
Расчетные
значения напряженностей шумов, дБ
Обозначения на рис.4.2.2 |
Местность |
f=70 МГц |
f=104 МГц |
||
Еш (50) |
ЕшS |
Еш (50) |
ЕшS |
||
1 2 3 |
Город с высоким уровнем шумов Город со средним уровнем шумов Сельская местность со средним уровнем шумов |
-3,1 -7,1 -12,1 |
32,4 28,4 17,9 |
-3,7 -8,7 -13,7 |
32,2 26 19,8 |
Рис. 4.2.2. Зависимости
коэффициента шума на входе приемника Fа
от частоты
Внутренние шумы приемника определяются в основном
шумами первого каскада и выражаются через коэффициент шума четырехполюсника
Fa = Pш.вых / k T0 ∆Fпр kр.ном
,
где
Рш.вых - мощность шума,
выделяемая на выходной нагрузке четырехполюсника; kр ном -
номинальный коэффициент усиления четырехполюсника по мощности. Отношение Рш.вых/kр.ном представляет собой мощность внутренних шумов
приемника, пересчитанных ко входу, т. е. Рш.пр=Рш.вых/kр.вых .
Зависимости
значения коэффициента шума от частоты для различных транзисторов, используемых
в бытовой радиоаппаратуре, представлены на рис. 4.2.2. Они построены с учетом
того, что коэффициент шума возрастает на 2 ... 3 дБ, если первый каскад
радиоприемника преобразовательный (это имеет место в радиоприемниках ниже
второго класса качества). С учетом этих зависимостей можно утверждать, что
основным весом в (4.2.1) в диапазоне частот 66...108 МГц обладают
индустриальные шумы, т.е.
Eш(50)
≈ Eш.и(50).
Учтя возможность приема на встроенную штыревую
антенну, можно рассчитать значение Еш(50).
Приняв шумовую полосу приемника равной 200 кГц и значения верхней децили,
приведенные в [2, Отчет 258-3] в соответствии с (4.2.3), можно рассчитать
значение ЕШS; . Результаты расчетов Яш (50) и ЕШS для районов с разным уровнем индустриальных шумов
приведены в табл. 4.2.2.
Для
определения минимальной используемой напряженности поля необходимо задаться
отношением С/Ш, при котором обеспечивается требуемое качество приема.
Отношение
С/Ш, дБ, не менее при входном сигнале 1 мВ [35] для радиоприемников классов
сложности:
высшей………………………………………………………………………60
первой и
второй……………………………………………………………..50
Защищенность,
дБ, от интегральной помехи в монорежиме для
каналов:
высшего класса……………………………………………………………55
первого класса…………………………….………………………………52
второго класса……………………………………….……………………46
Исходя из этих значений и учитывая выигрыш за счет
использования ЧМ и предварительной коррекции передаваемого сигнала, определим
требуемое отношение С/Ш на входе приемного устройства.
Выигрыш
в отношении С/Ш, дБ, при применении ЧМ по сравнению с AM пропорционален
отношению девиации частоты Д/с к высшей частоте модулирующего сигнала Ры [43]
(Uc /Uш)вых = 10lg [(Uc /Uш)]вх
(∆fc /
Fм).
В реальных условиях этот выигрыш полностью не реализуется
из-за неидеального подавления в приемнике паразитной AM. Как показано в [38],
для ликвидации AM необходимо ее подавление в приемнике не менее 26 дБ для
моноприема и 14 дБ для стереоприема при FM = 15 кГц. Несмотря на менее жесткие
условия для степени подавления при стереоприеме эти значения должны
выдерживаться во всей полосе занимаемой КСС, т.е. до 46,25 кГц. Исходя из
изложенного, значение коэффициента относительного подавления амплитудной
модуляции при ЧМ сигнале, дБ, (Коп am) нормируется [35] для приемников классов
сложности:
высшего………………………………………………………………………...30
первого……………………………………………………………………….....26
второго……………………………………………………………………….....22
третьего………………………………………………………………………....20
Для
повышения помехоустойчивости при приеме сигнала с ЧМ применяют метод
предыскажений. Учтя, что спектр модулирующего речевого или музыкального сигнала
распределен неравномерно по частоте, на передающем конце тракта вводят
предыскажение, поднимающее высокочастотную часть спектра модулирующего сигнала.
В приемнике же это предыскажение компенсируют и вместе с компенсацией
предыскажения одновременно понижают уровень помех в верхней части спектра
звуковых частот. Сквозная АЧХ всего тракта для полезного сигнала остается
неизменной. В СНГ и других европейских странах принята характеристика
предыскажения, идентичная кривой полной проводимости по частоте для
параллельной резистивно-емкостной схемы с постоянной времени t = 60 мкс.
С
учетом изложенного и при условии равенства максимальной воспроизводимой
частоты FM при AM и ЧМ можно определить выигрыш и в помехоустойчивости
соответственно от флуктуирующих и импульсных помех за счет применения ЧМ с
предыскажением по отношению к AM [45] для основного канала ЧМ вещания, т.е. для
моноприема:
Bфл = ∆fc2 Fм / 10[K12 η(Fм) + ξ(Fм)]
Bимп = ∆fcFм/√10[K1λ(K1)+ψ(Fм)- ψ(K1)]
Для
оценки помехоустойчивости дополнительного канала при стереовещании необходимо
определить ухудшение относительно помехоустойчивости идеального приема
основного канала. Как показано в [39], при использовании в качестве моделей
уплотнения дополнительного канала балансной амплитудной модуляции (БАМ) и AM,
являющимися предельными решениями частичного подавления несущей в системе с
полярной модуляцией ухудшения помехоустойчивости соответственно при
флуктуационной и импульсной помехах:
,
где
Δf — максимальная девиация
частоты несущей спектром поднесущей при уплотнении канала, F — номинальное значение поднесущей частоты сигнала, где Δfс и Fм то же, что и в (4.2.4);
;
Таблица 4.2.3
Расчетные
значения выигрыша в помехоустойчивости
Коп АМ, дБ |
10 |
14 |
20 |
30 |
40 |
µ |
•Вфл,
дБ |
15,1 |
18,4 |
22,5 |
24,8 |
25,0 |
25,4 |
Вимп, ДБ |
16,5 |
20,1 |
23,6 |
25,5 |
25,8 |
25,8 |
Таблица 4.2.4
Расчетные
значения ухудшения помехоустойчивости
Модуляция
поднесущей |
БАМ |
AM |
Yфл, дБ |
30 |
36 |
Yимп. дБ |
28 |
34 |
Таблица 4.2.5
Расчетные
значения минимальной напряженности поля, дБ
Обозначение
на рис. 4.2.2, |
Местность |
f=70 МГц |
f=104 МГц |
||
моно |
стерео |
моно |
стерео |
||
1 1 3 |
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 |
Результаты расчета Вфл и Вимп
для разных значений Коп АМ
при Fм= 15 кГц и Δfс = ±50 кГц, проведенные на основе (4.2.5) и (4.2.6)
[45], даны в табл. 4.2.3.
Из расчетов с использованием (4.2.7) - (4.2.10)
получены [39] предельные значения ухудшения помехозащищенности относительно
помехоустойчивости идеального приема основного канала при Коп АМ=µ. Результаты расчетов для Fм = 15 кГц, Fω=31,25 кГц и Δfω =15 кГц приведены в табл. 4.2.4.
Как видно из табл. 4.2.4, применение уплотнения в
основном канале резко снижает помехозащищенность системы стереоприема. Однако
как показано в {38], такое ухудшение существует только при очень слабых
сигналах и условии идеального подавления паразитной AM. Измерения, проведенные
на большом числе приемников при сигнале 100 мкВ, показали, что ухудшение
помехозащищенности при переходе от моно к стереоприему составляет около 15 дБ.
При увеличении входного сигнала это число меньше. По данным табл. 4.2.2, 4.2.3
с учетом ухудшения помехозащищенности при стереоприеме 15 дБ по (4.2.1)
рассчитывают значение Емин.
Результаты расчета при B=23 дБ и Y =15 дБ приведены в табл. 4.2.5.
При учете того, что граница зоны обслуживания
проходит, как правило, по сельской местности и что расчетное значение Емин>100 мкВ/м, для
планирования были приняты следующие значения Eмин дБ, для служб вешания:
Монофонического
в диапазонах
66...74 МГц………………………………………………………………46
100...108 МГц……………………………………………………………48
Стереофонического
в диапазонах
66...74 и 100...108 МГц.…………………………………………………54
4.4.2. Частотные присвоения в сетях
4.4.2.1. Параметры полезных и мешающих
станций
Зона обслуживания станции. Зона обслуживания ТВ или
ОВЧ ЧМ станции представляет собой территорию, в пределах которой для
напряженностей полей полезной станции, используемой и минимальной используемой,
выполняются следующие условия
Епол≥ Еисп ≥ Емин.
Первое неравенство характеризует совместное действие
помех, создаваемых мешающими станциями. Оно обращается в равенство на границе
зоны обслуживания. Второе неравенство становится равенством, корда уровень
помех мешающих станций значительно меньше уровня шумов. При этом зона
обслуживания на равнинно-холмистой местности оказывается максимальной и
представляет собой круг для ненаправленной передающей антенны. Значения
минимальной используемой напряженности поля для разных частотных диапазонов ТВ
вещания приведены в разд. 3 и ОВЧ - ЧМ вещания - в разд. 4.
Полезные
станции. В расчетах, связанных с
полезной станцией, используются следующие параметры: эффективная излучаемая
мощность РS; эффективная высота передающей антенны h1эф; напряженность поля на
границе зоны обслуживания Епол;
радиус зоны обслуживания Кпол (расстояние от полезной станции до
мест приема, в которых напряженность поля составляет Епол). Эти параметры связаны между собой так, что по
любым трем из них находится четвертый. Например, радиус зоны обслуживания
рассчитывают следующим образом. Для известных. Епол, дБ, и РS, дБкВт, определяют медианное значение напряженности
поля для 50% мест приема и 50% времени приема, дБ
Затем
по кривым распространения (см. рис. 2.8-2.10) находят Rпол по известной h1эф (см.
пп. 4.3.1.4, пример 1). Участвующую в расчетах эффективную высоту передающей
антенны определяют по (2.25).
Мешающие
станции. Любая полезная станция
становится мешающей по отношению к другим. Обычно сигнал мешающей станции в
местах приема является тропосферным. Такой сигнал наблюдают при распространении
за пределами прямой видимости. Но иногда сигнал мешающей станции оказывается
постоянно действующим. Данный случай наблюдается при распространении сигнала в
пределах прямой видимости от мешающей станции.
При тропосферной помехе в расчетах используют кривые
распространения Е(50,10) в метровом
диапазоне волн для телевидения и моно ОВЧ ЧМ вещания и Е(50, 1) в дециметровом диапазоне волн для телевидения и стерео ОВЧ-ЧМ
вещания.
В расчетах, связанных с мешающей станцией, используют
параметры, аналогичные параметрам полезной станции: эффективная излучаемая
мощность РSмеш,
эффективная высота передающей антенны h1эф.меш;
напряженность поля на границе зоны помех Eмеш радиус
зоны помех Eмеш
(расстояние от мешающей станции до мест, в которых напряженность поля
составляет Eмеш).
Кроме того, вводят дополнительную напряженность поля мешающей станции, Eпом, которую обычно называют напряженностью поля помех.
Она характеризует напряженность поля Eмеш с
учетом результирующего защитного отношения АSт
Епом = Емеш + АSт ,
где
все величины выражаются в децибелах.
В расчетах удобнее использовать значения Eпом и АSт, т. е.
получать пить связанных друг с другом параметров РSмеш > h1эф.меш, Eпом , АSт , Rмеш , из которых по любым четырем можно найти пятый.
Например, напряженность поля помех рассчитывают
следующим образом. Для известных h1эф.меш и Rмеш по кривым распространения (см. рис. 2.15—2.17)
находят E(50, 10) или E(50, 1). Для известных РSмеш ,
дБкВт, и АSт, дБ,
учтя (4.3.3) и (4.3.2), определяют напряженность поля помех, дБ
При
необходимости в (4.3.4) и (4.3.5) вместо E(50, 10) подставляют E(50, 1) (см. пп. 4.3.1.4, пример 2).
При постоянно действующей помехе в расчетах используют
кривые распространения E(50,50) и напряженность поля помех, дБ,
где
АSc -
результирующее защитное отношение при постоянно действующей
помехе,
дБ.
Четкого разделения областей тропосферной и постоянно
действующей помех нет. Поэтому во многих случаях по (4.3.5) и (4.3.6)
рассчитывают две напряженности поля помех мешающей станции Eпом и Eпом.с,
затем сравнивают их друг с другом и за Eпом
считают большую из них (см. пп. 4.3.1.4, пример 3).
Результирующее защитное отношение. Значения защитных
отношений но помехам совмещенных смежных каналов и другим видам помех приведены
в разд.3 для ТВ вещания и в разд.4 для ОВЧ - ЧМ вещания. Существуют поправки к
этим значениям, которые уменьшают защитное отношение. В расчетах значение
защитного отношения берут с поправками.
При
тропосферной помехе результирующее защитное отношение, дБ, учитывает поправки.
Поправка
ΔАСНЧ касается только
ТВ вещания, и вводят ее при работе передатчиков полезной и мешающей станций в
совмещенном канале с разными СНЧ. Значения поправки приведены в табл. 4.3.1 и
составляют 0 дБ, когда разность между СНЧ передатчиков равна 0 или 15,6 кГц
(период строчной частоты) и возрастают до 18 дБ при 7,8 кГц (полупериод
строчной частоты).
Поправку ΔАпол
вводят при ортогональной поляризации передающих антенн полезной и мешающей
станций. В расчетах принимают =10 дБ для тех мест приема в зоне обслуживания
полезной станции, в которых сигнал мешающей ставции принимается на главный
лепесток приемной антенны, и ΔАпол
= 5 дБ для тех мест, в которых прием идет по боковым и задним лепесткам.
Поправка ΔАант учитывает помехозащищенность приемных антенн
телевизоров или радиоприемников и составляет 0 дБ для тех мест приема в зоне
обслуживания полезной станции, в которых сигнал мешающей станции принимается на главный лепесток приемной
антенны и возрастает при ТВ вещании до 6, 12, 16 дБ в I-II,
III, IV-IV
диапазонах соответственно, а при стерео ОВЧ ЧМ вещании до 12 дБ для тех мест, в которых
прием идет на боковые и задние лепестки. При моно ОВЧ ЧМ вещании поправка составляет
0 дБ.
Таблица 4.3.1
Поправка, учитывающая разность СНЧ передатчиков
полезной и мешающей станций
Поправка, дБ |
0 |
1 |
5 |
11
|
15 |
17 |
18
|
Разность СНЧ по модулю: в долях строчной частоты, кГц |
0; 12 0; 15,6 |
1; 11 1,3; 14,3 |
2; 10 2,6; 13 |
3; 9 3,9; 11,7 |
4; 8 5,2; 10,4 |
5; 7 6,5; 9,1 |
6 7,8 |
При расчетах можно ограничиться вычислением
минимального и максимального значений ΔАант.
Это объясняется тем, что существуют две характерные области на границе зоны
обслуживания станции, в одной из которых напряженность поля помех мешающей
станции оказывается наибольшей. Указанные области располагаются на прямой,
соединяющей полезную и мешающую станции (рис. 4.3.1). На прямом направлении имеет
место влияние в пределах заднего лепестка приемных антенн, на обратном - в
пределах главного лепестка. В рассмотренных случаях расстояние между полезной и
мешающей станциями, км,
где
знак «+» соответствует влиянию мешающей станции с прямого направления, а знак
«-» влиянию с обратного. Необходимо отметить, что у мощных станций, имеющих
значительные размеры зоны обслуживания, обычно преобладает влияние с прямого
направления, а у маломощных станций с их малыми зонами обслуживания - с
обратного.
При постоянно действующей помехе результирующее
защитное отношение, дБ, по аналогии с (4.3.7):
где
Ac — защитное отношение при постоянно действующей
помехе, дБ. Значения защитных отношений Aс для ТВ
вещания приведены в разд. 3 и для ОВЧ ЧМ вещания - в разд. 4 (см. пп. 4.3.1.4,
пример1 4).
Учет
сферичности Земли. При выполнении
частотного планирования требуется определить геометрические величины, для
точного расчета которых нужно пользоваться формулами сферической тригонометрии.
Географические
координаты (широта и долгота) точки приема относительно полезной станции,
град.:
где
jпол, λпол - широта и долгота
местоположения полезной станции, град.; Rпом -
расстояние от полезной станции до точки приема, км; j - азимут точки приема относительно направления на
север, отсчитываемый в месте расположения полезной станции по часовой стрелке,
град.; а - радиус Земли, а =
Рис.
4.3.1. Воздействие мешающей станции на зону обслуживания с направлений:
а
— прямого; б — обратного
Расстояние между полезной и мешающей станциями, км:
(4.3.11)
где
jмеш, λмеш - широта и долгота
местоположения мешающей станции, град. Расстояния между полезной станцией и
точкой приема, а также между мешающей станцией и точкой приема вычисляют
аналогично.
Отсчитываемый
в точке приема угол между направлениями на полезную и мешающую станции, град.:
,
где
0°£θпр£180°, Rмеш -
расстояние между мешающей станцией и точкой приема, км. Угол, вычисляемый по
(4.3.12), определяет поправки к значению защитного отношения, учитывающие
помехозащищенность приемных антенн телевизоров или радиоприемников и
ортогональность поляризации передающих антенн полезной и мешающей станций.
В реальных условиях Rпол/а<<1, поэтому в (4.3.10) и
(4.3.12) можно вводить упрощения: sim Rпол/а и cos Rпол/а ≈ 1.
4.4.2.2. Зона обслуживания станции
Общие сведения. Для расчета зоны обслуживания станции
необходимо знать местоположения полезной и мешающих станций, технические
параметры станций и используемые ими частотные присвоения. Расчет заключается в
выборе нескольких азимутальных направлений, на каждом из которых путем
последовательных приближений находят радиус зоны обслуживания. Для любой точки
рассчитывают напряженность поля помех мешающих станций с последующим
вычислением их совместного действия. Зону обслуживания получают соединением
концов радиусов отдельных азимутальных направлений плавной линией. Полный
расчет по такой методике оказывается довольно трудоемким и занимает много
времени. Приведем несколько вариантов расчета.
Одна мешающая станция. В этом случае используемая
напряженность поля равна напряженности поля помех мешающей станции. При этом
условия, определяющие зону обслуживания полезной станции (4.3.1), запишутся в
виде
Как это следует из (4.3.13), на границе зоны
обслуживания напряженность поля полезной станции равна напряженности поля помех
мешающей станции
.
Зону обслуживания станции обычно рассчитывают для
нескольких азимутальных направлений, расположенных в пределах от 0 до 360°,
причем в первую очередь на прямом и обратном направлениях по отношению к
мешающей станции. Считаются известными: местоположения полезной и мешающей
станций (географические координаты); эффективные излучаемые мощности полезной и
мешающей станций Р∑
и Р∑меш, дБкВт;
эффективные высоты передающих антенн h1эф
и h1эф.меш, м; частотные
присвоения полезной и мешающей станций, включающие в себя каналы, СНЧ
передатчиков станций (только для ТВ станций), поляризации передающих антенн.
Расчет на одном азимутальном направлении выполняют
следующим образом. По методике, описанной в пп. ,4.3.1.1, находят максимальный
радиус зоны обслуживания Rпол. По
(4.3.7) и (4.3.9) вычисляют результирующее значение защитного отношения. По
методике, описанной в пп. 4.3.1.1, определяют напряженность поля помех Епом мешающей станции в точке
приема на расстоянии Rмеш.
Проверяют выполнение (4.3.14). Если Епол
Епол, ≥ Епол расчет считается
законченным и найденный выше радиус зоны обслуживания, на котором Епол = Емеш, будет радиусом в выбранном азимутальном
направлении. При Епол<Епом
расчет повторяют для другого значения напряженности поля полезной станции. В
результате выполнения нескольких расчетов последовательно приближаются к
(4.3.14) (см. пп. 4.3.1.4, пример 5).
Необходимо отметить, что при выполнении второго и
последующих расчетов можно изменять не напряженность поля полезной станции, а
радиус зоны обслуживания. В таком случае напряженность поля полезной станции
определяется через радиус зоны обслуживания.
Несколько мешающих станций. В этом случае необходимо
учитывать множественность помехи. Наиболее широко известные статистические
методы расчета помех, создаваемых несколькими источниками, рассмотрены в [2]. В
ТВ и ОВЧ ЧМ вещании используют упрощенный метод умножения [2, Отч. 945].
Совместное влияние нескольких мешающих станций
учитывают через используемую напряженность поля, которая определяет зону
обслуживания полезной станции. Как это следует из условий (4.3.1), на границе
зоны обслуживания
.
Зону обслуживания станции рассчитывают в той же
последовательности, как и для одной мешающей станции, для тех же данных по всем
мешающим станциям. По (4.3.7) и (4.3.9) вычисляют результирующее значение
защитного отношения по каждой мешающей станции.
Для напряженности поля помех определяют
вспомогательную величину
,
где
Епом i -
напряженность поля помех i-й мешающей
станции, дБ; σL - стандартное отклонение местностного распределения
напряженности поля, дБ. Используемую напряженность поля Еисп определяют из (4.3.15). На первом шаге расчета Епол=Емин. Стандартное отклонение местностного распределения
считают одинаковым для полезной и мешающей станций (см. разд. 2). Через
табличный интеграл вероятности нормального распределения определяют
мест-ностную вероятность обеспечения приема для каждой напряженности поля
помех, представленной (4.3.16):
.
Значения нормальной функции распределения приведены в Приложении
4.2. Величину (4.3.17) можно вычислить, аппроксимировав интеграл следующим
полиномом:
при
.
Член е(х) представляет собой погрешность между
аппроксимированным и точным значениями величины, полученной с помощью интеграла
вероятности. Так как ε(х) £2,5-10-4, то эту погрешность в расчетах
можно не учитывать. Обычно (4.3.17) пользуются при выполнении ручных расчетов,
а (4.3.18)-машинных.
Местностную вероятность обеспечения приема для я
напряженностей полей помех определяют через произведение отдельных
вероятностей:
.
При
выполнении условия имеет место
вероятность обеспечения 50% мест приема и 90% времени приема при расчете
напряженности поля помех по кривой распространения Е(50, 10) и 99% времени приема при использовании кривой
распространения Е(50, 1). Необходимо
отметить, что раньше в ТВ и ОВЧ-ЧМ вещании вероятность р0 = 0,45, т.е. находили вероятность обеспечения 45%
мест приема. Если р≥0,5, расчет
считается законченным и найденный выше радиус зоны обслуживания, на котором Епол=Емин, будет радиусом зоны обслуживания в выбранном
азимутальном направлении. При р0<0,5
расчет повторяют для другого значения напряженности поля полезной станции. В
результате нескольких расчетов последовательно приближаются к выполнению
(4.3.20). Если в двух последовательных расчетах одно из значений р0>0,5, а другое - меньше,
то напряженность поля полезной станции может быть вычислена методом линейной
интеграции.
Как и при одной мешающей станции, при втором и
последующих расчетах можно изменять не напряженность поля полезной станции, а
радиус зоны обслуживания.
Такой расчет зоны обслуживания по нескольким
направлениям оказывается очень трудоемким, поэтому его выполняют только на ЭВМ.
Упрощенный
расчет. При расчете зон обслуживания
маломощных станций необходимо сделать упрощения:
Условия:
1. Радиус зоны обслуживания маломощной станции
невелик. Даже при отсутствии мешающих сигналов на границе зоны обслуживания он
не превышает 10...
2. В качестве напряженности поля помех каждой мешающей
станции будем брать наибольшую из создаваемых ею на границе зоны обслуживания.
Кроме того, будем считать, что наибольшие значения напряженностей полей помех
мешающих станций относятся к любой точке зоны обслуживания и, в частности, к
месту установки полезной станции.
3. Используемая напряженность поля, дБ
Еисп = Епом.и + (3…5),
где
Eпом.и - наибольшая из напряженностей полей помех мешающих
станций, дБ. Добавка 3... 5 дБ в (4.3.21) учитывает влияние других мешающих
станций.
Расчет.
Известными считают те же данные, что и при расчете для нескольких мешающих
станций. По (4.3.7) и (4.3.9) вычисляют результирующее защитное отношение по
каждой мешающей станции. При этом вводят поправку DAант = 0,
соответствующую влиянию мешающей станции с обратного направления. По методике,
описанной в пп. 4.3.1.1, определяют напряженности поля помех каждой мешающей
станции в месте установки полезной станции и выбирают наибольшую из них. По
(4.3.21) вычисляют используемую напряженность поля. На основании (4.3.1)
принимают Епол = Еисп. По методике, описанной
в пп. 4.3.1.1, определяют радиус зоны обслуживания.
Если расстояния между полезной и каждой из мешающих
станций удовлетворяют условию rст≥rпол, расчет считается законченным и найденный радиус будет
радиусом круговой зоны обслуживания. Если для одной или нескольких мешающих
станций указанное выше условие не выполняется, то уточняют значения
напряженностей полей помех. При этом вычисляемый на основании (4.3.8) радиус
зоны помех, км
rмеш = rст + rпол.
Затем, при необходимости, уточняют значения
используемой напряженности поля и радиуса зоны обслуживания.
Расчет
используемой напряженности поля в точке подробно
рассмотрен в.
Условия. Обычно точки выбирают в пределах зоны
обслуживания полезной станции, в частности в месте ее установки. Расчет
позволяет оценить через значение используемой напряженности поля совместное
действие помех, создаваемых мешающими станциями. В расчете в явном виде не
участвует полезная станция.
Расчет. Считаются известными: местоположения мешающих станций
(географические координаты); эффективные излучаемые мощности мешающих станций Р∑меш, дБкВт;
эффективные высоты передающих антенн h1эф.меш,
м; частотные присвоения полезной и каждой мешающей станций, включающие в себя
каналы, СНЧ передатчиков станций (только для ТВ станций), вид поляризации
передающих антенн. Необходимо отметить, что помехозащищенность приемных антенн
телевизоров или радиоприемников в данном расчете не учитывается в месте
установки станции.
По (4.3.7) и (4.3.9), из которых исключается поправка DAант,
вычисляют результирующее защитное отношение по каждой мешающей станции. По
методике, описанной в пп. 4.3.1.1, определяют напряженности поля помех каждой
мешающей станции в точке расчета. Задаются значением используемой напряженности
поля. Опыт показал, что целесообразно начинать расчет со значения Еисп, которое на 6 дБ
превышает наибольшую из напряженностей полей помех. По (4.3.16), (4.3.17) или
(4.3.18) вычисляют промежуточные величины, а по (4.3.19)-местностную вероятность
обеспечения. По (4.3.20) проверяют условие того, что обеспечивается вероятность
обеспечения 50% мест приема.
При р0
= 0,5 расчет считают законченным, при р0≠0,5
его повторяют для другого значения используемой напряженности поля.
В результате нескольких расчетов последовательно
приближаются к значению р0
= 0,5. Если в двух последовательных расчетах одно из значений р0>0,5, а другое меньше,
то используемая напряженность поля может быть вычислена методом линейной
интерполяции.
Необходимо отметить, что при расположении мешающих
станций на больших расстояниях от полезной станции может оказаться Еисп<Емип, что справедливо в пределах зоны, так как не
учитывались шумы (см. пп. 4.3.1.4, пример 6).
4.4.2.3. Выполнение отдельных частотных
присвоений
Исходные положения. Необходимость в новых частотных
присвоениях возникает в процессе реализации существующих частотных планов
основных сетей ТВ и ОВЧ-ЧМ вещания, а также при развитии вспомогательной сети
маломощных станций. В телевидении частотное присвоение - это частотный канал с
двумя параметрами (СНЧ передатчика и поляризация передающей антенны станции), в
ОВЧ-ЧМ вещании - частотный канал с одним параметром (поляризация передающей
антенны станции). Частотное присвоение всегда связано со станцией, имеющей
определенные технические параметры, т. е. эффективную излучаемую мощность и
эффективную высоту передающей антенны; местоположение (географические
координаты).
Выполнить частотное присвоение в пункте это значит
выбрать канал с конкретными параметрами из некоторого числа каналов по
определенному критерию эффективности, в качестве которого обычно используют
площадь зоны обслуживания. Для выявления наилучшего частотного присвоения
необходимо рассчитать зону обслуживания станции каждого из рассматриваемых
каналов при разных значениях параметров. Поэтому выполнение частотного
присвоения - это более трудоемкая задача по сравнению с расчетом зоны
обслуживания станции. Особенно большое число расчетов получается для ТВ
вещания: в каждом канале существует 46 значений параметров (23 значения СНЧ
передатчика и два значения поляризации передающей антенны станции). Такой
огромный объем расчетов требует значительного времени даже при использовании
ЭВМ.
Указанное обстоятельство вынуждает во многих случаях
выполнять частотные присвоения с использованием упрощений, а именно, на основе
упрощенного расчета зоны обслуживания станции или на основе расчета
используемой напряженности поля в точке, в качестве которой выбирается место
установки вводимой станции. При упрощенном выполнении частотных присвоений их
эффективность оценивают по наименьшему значению используемой напряженности
поля.
Частотные
присвоения на основе упрощенного расчета зоны обслуживания станции. Упрощенный расчет зоны обслуживания станции
рассмотрен в пп. 4.3.1.2. Им пользуются при расчетах маломощных станций
вспомогательных сетей вещания.
В сети ТВ вещания учитывают все станции действующей
сети и мощные станции перспективного частотного плана. При одновременном
выполнении частотных присвоений для нескольких станций каждое последующее
выполняют с учетом произведенных ранее в порядке уменьшения мощностей
передатчиков вводимых станций. По вводимой станции считаются известными:
требуемое значение радиуса зоны обслуживания и ее конфигурация; каналы, которые
уже используются для ТВ вещания в рассматриваемом пункте; способ приема новой
ТВ программы.
Место
установки вводимой станции обычно определяется требуемыми размерами зоны
обслуживания и ее конфигурацией.
При форме зоны обслуживания, близкой к круговой,
станцию целесообразно располагать в центре зоны и использовать антенну с
круговой диаграммой направленности в азимутальной плоскости. При вытянутой
форме зоны рекомендуется применять антенну, диаграмма направленности которой
может задать место установки станции. Иногда место установки вводимой станции
выбирать не требуется, например при организации в рассматриваемом пункте второй
и последующих ТВ программ или при установке антенны вводимой станции на опоре
станции РЛЛ.
При организации многопрограммного ТВ вещания из-за
взаимных помех не могут быть использованы в одном пункте каналы: совмещенные;
смежные; гетеродинные; зеркальные. Сочетания несовместимых в одном пункте
передающих ТВ каналов метрового и дециметрового диапазонов волн представлены
соответственно в табл. 3.23 и 3.24. эфирном приеме ТВ программы по техническим
причинам невозможно использовать некоторые передающие каналы. Сочетания
несовместимых приемопередающих каналов для РПТН, РЦТА (с наличием ПМТ), РПТДА,
ТРА приведены соответственно на рис. 4.3.2... 4.3.5. Следует отметить, что при
эфирном приеме ТВ программы необходимо предварительно выбрать тип применяемого
оборудования уже на данном этапе. Частотное присвоение выполняют на основе
сопоставления помеховой ситуации в рассматриваемом пункте в каналах, оставшихся
после проверки на несовместимость. Начинают его с рассмотрения каналов
метрового диапазона волн.
Отбор пригодных каналов выполняют по напряженности
поля помех мешающих станций, расположенных в соседних населенных пунктах и
работающих в совмещенных, смежных, гетеродинных и зеркальных каналах
относительно рассматриваемого.
Совмещенные
каналы отбирают следующим образом. Из рассмотрения исключают каналы, в которых
работают мешающие станции, создающие очень большие напряженности поля помех в
месте установки вводимой станции, а также расположенные от вводимой на
расстояниях, меньших минимально допустимых.
Рис.
4.3.2. Сочетания несовместимых приемопередающих каналов в ретрансляторе РПТН
Рис. 4.3.3. Сочетания несовместимых
приемопередающих каналов ретранслятора РЦТА с приемным устройством ПМТ
Рис.
4.3.4. Сочетания несовместимых приемопередающих каналов ретранслятора РПТДА
Рис.
4.3.5. Сочетания несовместимых приемопередающих каналов ретранслятора ТРА-10
За минимально допустимые расстояния принимают радиусы
зон помех, которые соответствуют значениям напряженности полей помех 71, 75,
78, 91 дБ для I, II, III, IV-V диапазонов соответственно. Приведенные цифры
представляют собой увеличенные на 21 дБ значения минимальных используемых
напряженностей полей. При отборе технические характеристики мешающих станций
можно оценивать приблизительно.
Смежные, гетеродинные и зеркальные каналы отбирают
следующим образом. Из дальнейшего рассмотрения исключают каналы, в которых зоны
обслуживания вводимой станции и станций, работающих в перечисленных каналах,
пересекаются. В каналах, прошедших отбор, рассчитывают помеховые ситуации по
мешающим станциям, работающим в совмещенных каналах. По каждой мешающей станции
считаются известными: местоположение (географические координаты); эффективная
излучаемая мощность Р2меш, дБкВт; эффективная высота передающей антенны h1эф.меш, м; частотное
присвоение, включающее в себя канал, СНЧ передатчика и поляризацию передающей
антенны станции. В каждом канале мешающие станции целесообразно рассматривать в
порядке уменьшения мощности передатчиков.
Исключают мешающие станции, которые создают малые
напряженности поля помех в месте установки вводимой станции, а также
расположенные от вводимой станции на расстояниях, больших максимально
допустимых. За максимально допустимые расстояния принимают радиусы зон помех,
которые соответствуют значениям напряженностей полей помех 44, 47, 51, 64 дБ
для I, II, III, IV-V диапазонов соответственно; приведенные цифры представляют
собой уменьшенные на 6 дБ значения минимальных используемых напряженностей
полей.
Расчет в отдельном канале. По (4.3.7) и (4.3.9)
вычисляют результирующее значение защитного отношения по каждой мешающей
станции, работающей в том же канале. При этом поправка DAант=0
соответствует влиянию мешающей станции с обратного направления и DAСНЧ=0.
Кроме того, считается, что поляризация передающей антенны вводимой станции
горизонтальная. Необходимо отметить, что в ТВ и ОВЧ ЧМ вещании таким антеннам
отдается предпочтение. Отражение вертикально поляризованных волн от местных
предметов оказывается более сильным, чем горизонтально поляризованных [48] в
условиях горной местности.
По методике, описанной в пп. 4.3.1.1, определяют
напряженности поля помех каждой мешающей станции в месте установки вводимой
станции.
Для вводимой станции СНЧ передатчика определяют
следующим образом. Напряженность поля помех мешающей станции, рассчитанная при DAСНЧ=0,
соответствует случаю, когда СНЧ передатчика вводимой станции равна СНЧ
передатчика мешающей станции. При других значениях СНЧ передатчика
напряженность поля помех, дБ:
,
где
Епом 0 —
напряженность поля помех при DAСНЧ=0.
Значение входящей в (4.3.23) поправки DAСНЧ
определяют по табл. 4.3.1. Напряженность поля помех по (4.3.23) рекомендуется
рассчитывать для 12 значений СНЧ передатчика вводимой станции в пределах 0...
14,3 кГц. Если значение СНЧ передатчика мешающей станции отрицательно, то его
предварительно переводят в разнозначное положительное, кГц:
СНЧ+ = СНЧ-+15,6.
Расчет по (4.3.23) выполняют для всех мешающих
станций. Затем для каждого значения СНЧ передатчика вводимой станции определяют
наибольшую напряженность поля помех, а уже из них выбирают наименьшее значение
напряженности. Передатчику вводимой станции присваивается значение СНЧ,
соответствующее выбранной напряженности поля помех. По (4.3.21) вычисляют
используемую напряженность поля через выбранную напряженность поля помех.
Расчеты в остальных каналах выполняют аналогично. В
результате получают набор каналов с конкретными значениями СНЧ передатчика
вводимой станции при горизонтальной поляризации передающей антенны. Наилучшее
частотное присвоение выбирают по наименьшему значению используемой
напряженности поля при сопоставлении каналов одного частотного диапазона. При
сопоставлении каналов разных частотных диапазонов частотное присвоение выбирают
по наименьшей разности между используемой напряженностью поля и минимальной
используемой напряженностью поля.
При выполнении частотных присвоений необходимо
учитывать следующее. В первом и втором каналах метрового диапазона волн
(особенно в первом канале) наблюдаются сильные помехи от сверхдальнего приема
ТВ сигналов, отражающихся от ионосферы. В дециметровом диапазоне волн
предпочтение отдают более низкочастотному каналу. Качество ТВ изображения в
дециметровом диапазоне волн, получается выше, чем в метровом. Последнее
объясняется тем, что отраженные от местных предметов сигналы сильнее проявляются
в метровом диапазоне волн, например на экранах телевизоров довольно часто
просматриваются вертикальные полосы. В дециметровом диапазоне волн эти полосы
обычно не появляются, а вероятность появления повторных изображений меньше
[48].
Выбор оборудования. По конкретному типу оборудования с
учетом ненаправленной или направленной антенны и длины фидера определяют
эффективную излучаемую мощность станции по (2.2). Эффективную высоту передающей
антенны рассчитывают по (2.25).
На основании (4.3.1) принимают напряженность поля
вводимой станции Епоп = Еисп. По методике, описанной
в пп. 4.3.1.1, определяют радиус зоны обслуживания. Если для какой-либо из
мешающих станций не выполняется условие Rст>>Rпол, уточняют значение напряженности поля помех для
радиуса зоны помех (4.3.22). Частотное присвоение и тип оборудования считаются
выбранными, если рассчитанный радиус не превышает радиуса требуемой зоны
обслуживания. Если этого не происходит, то рассматривают следующие варианты: 1)
увеличение эффективной высоты передающей антенны путем увеличения высоты
подвеса антенны или размещения ее на возвышенности; 2) увеличение эффективной
излучаемой мощности путем уменьшения длины фидера или использования фидера с
меньшим погонным затуханием; 3) увеличение эффективной излучаемой мощности
путем использования антенн с большим коэффициентом усиления или использования
другого типа оборудования с большей мощностью передатчика; 4) использование
направленной антенны.
Необходимо
отметить, что увеличение высоты подвеса антенны маломощной станции не
увеличивает радиус зоны обслуживания при использовании фидеров с большим
коэффициентом затухания, так как при этом одновременно уменьшается эффективная
излучаемая мощность станции. Наиболее заметно это проявляется в III-V
диапазонах.
Если перечисленные меры не обеспечивают требуемую зону
обслуживания, то повторяют частотное присвоение в каждом из каналов для
передающей антенны с вертикальной поляризацией волн. Если у всех мешающих
станций, участвующих в расчете по одному из каналов, поляризация передающих
антенн оказывается одинаковой, то СНЧ передатчика вводимой станция не
изменяется при изменении поляризации передающей антенны.
Обратное влияние вводимой станции на зоны обслуживания
мешающих станций во многих случаях играет важную роль, так как последние, как
правило, действующие, и заметного уменьшения их зон обслуживания и связанного с
этим ухудшения качества приема допускать не рекомендуется.
Для определения обратного влияния вводимой станции
необходимо рассчитывать зоны обслуживания мешающих станций дважды: первый раз -
без вводимой станции, второй раз - с ней. Для маломощной мешающей станции
выполняют упрощенный расчет (см. пп. 4.3.1.2). Для мощной мешающей станции
расчет выполняют с учетом действующих мешающих станций (пп. 4.3.1.2) на прямом
и обратном направлениях по отношению к вводимой станции. На одном из указанных
направлений влияние вводимой станции будет наиболее сильным; по этому
направлению и оценивают наибольшее уменьшение зоны обслуживания мешающей
станции. Необходимо отметить, что вводимая станция может оказывать заметное
влияние на мешающие станции, которые не играют существенной роли в прямом
расчете, т. е. те, эффективные излучаемые мощности которых значительно меньше,
чем у вводимой станции. Выполнение частотного присвоения считается законченным,
если вводимая станция обеспечивает требуемую зону обслуживания, а ее обратное
влияние не приводит к заметному уменьшению радиусов зон обслуживания мешающих
станций (см. пп. 4.3.1.4, пример 7).
В сети ОВЧ-ЧМ вещания частотные присвоения выполняют
аналогично. Но это оказывается проще, так как в данном случае отсутствует такой
параметр, как СНЧ передатчика станции.
Частотные присвоения на основе расчета используемой
напряженности поля в точке. Расчет, 'рассмотренный в пп. 4.3.1.2, пригоден как
для мощных станций основных, так и маломощных станций вспомогательных сетей
вещания. Сначала отбирают каналы, пригодные для использования, затем в каналах,
прошедших отбор, рассчитывают ситуацию по мешающим станциям с вычислением
используемой напряженности поля и, наконец, сопоставлением значений
используемой напряженности поля в разных каналах выбирают наилучшее частотное
присвоение и рассчитывают радиус зоны обслуживания вводимой станции. Найденный
радиус определяет площадь усредненной зоны обслуживания, имеющую форму круга.
4.4.2.4. Примеры расчетов
Пример 1. Телевизионная станция расположена на
равнинно-холмистой местности и работает в III диапазоне, напряженность поля
станции на границе зоны обслуживания Епол=
60 дБ, эффективная излучаемая мощность Р∑=17
дБкВт (50 кВт), эффективная высота передающей антенны h1эф =
По
(4.3.2) вычисляем Е(50, 50) =60-17=43
дБ. По кривым распространения (см. рис. 2.9) при h1эф =
Пример 2. Телевизионная станция расположена на
равнинно-холмистой местности и работает в III диапазоне, эффективная излучаемая
мощность Р∑меш=
16 дБкВт (40 кВт), эффективная высота передающей антенны h1эф.меш=
Считая помеху тропосферной, по рис. 2.15 находим Е(50, 10) =6 дБ. По (4.3.5) вычисляем
напряженность поля помех станции на расстоянии Епол=
Пример 3. Телевизионная станция расположена на
равнинно-холмистой местности и работает в III диапазоне, эффективно излучаемая
мощность Р∑меш=
16 дБкВт (40 кВт), эффективная высота передающей антенны h1эф.меш=
Считая помеху тропосферной, по рис. 2.15 находим Е(50, 10) =36 дБ. По (4.3.5) вычисляем
напряженность поля помех мешающей станции на расстоянии Rмеш=100 км (Епом
=36+16+33 = 85 дБ). Считая помеху постоянно действующей, по
рис. 2.9 находим Е(50, 50) =30 дБ. По
(4.3.6) вычисляем напряженность поля помех Епом.с
= 30+16+43 = 89 дБ. В связи с тем, что 89 дБ>85 дБ, считаем напряженность
поля помех станции на расстоянии rмеш=
Пример 4. Полезная и мешающая ТВ станции расположены на
равнинно-холмистой местности и работают в восьмом канале. У полезной станции
СНЧ равен 0 и передающая антенна имеет горизонтальную поляризацию; у мешающей
станции СНЧ равен 2,6 кГц и антенна имеет вертикальную поляризацию. Требуется
определить результирующее защитное отношение.
Защитное отношение в совмещенном канале Ат = 45 дБ '(разд. 3). По
табл. 4.3.1 находим DАСВЧ = 5 дБ. Максимальные и
.минимальные значения поправки АЛ пол составляют 10 и 5 дБ, поправки DАант
соответственно 12 и 0 дБ. По (4.3.7) вычисляем результирующее значение
защитного отношения в случае тропосферной помехи на направлениях по отношению к
мешающей станции:
прямом: А∑Т=45-5-5-12
= 23 дБ,
обратном: А∑Т=45-5-10-0
= 30 дБ.
Результирующее
защитное отношение при постоянно действующей помехе вычисляем при Ас =45+10 =
55 дБ (разд. 3) по (4.3.9) на направлениях:
прямом:
А∑Т =55-5-5-12 = 33
дБ,
обратном:
А∑Т =55-5-10-0=40
дБ.
Пример 5. Полезная и мешающая ТВ станции типа Зона II и АТРС
расположены на равнинно-холмистой местности с известными географическими
координатами и работают в девятом канале. Эффективные излучаемые мощности
полезной и мешающей станций Р∑=17 дБкВт (50 кВт) и Р∑меш= 21 дБкВт (136
кВт), эффективные высоты передающих антенн h1эф =
Расчет начнем с прямого направления по отношению к
мешающей станции. Результаты расчета заносим в табл. 4.3.2. Считаем, что
напряженность поля полезной станции Епол=Емин = 57 дБ (для III
частотного диапазона). По (62) и по кривым распространения (рис. 2.9) находим
максимальный радиус зоны обслуживания полезной станции Rпол≈65 км (подробнее см пример 1) По (4.3.7)
вычисляем результирующие значения защитного отношения на прямом направлении для
случая тропосферной помехи: А∑Т
=45—11—0—12 = 22 дБ; и по (4.3.9) для случая постоянно действующей помехи А∑с = 55—11—0—12 =32 дБ
(подробнее см. пример 4).
Таблица 4.3.2
Результаты
расчета радиуса зоны обслуживания на одном направлении (прямом)
А∑Т/ А∑с, дБ |
rмеш, км |
Епом.т/ Епом.с, дБ |
Епом, дБ |
Первый
расчет: Епол=57 дБ; rпол=65 км |
|||
22/32 |
145 |
67/67 |
67 |
Второй
расчет: Епол=62 дБ; rпол=55 км |
|||
22/32
|
155
|
65/65
|
65
|
Третий
расчет: Епол=63,5 дБ; rпол=52
км |
|||
22/32 |
158 |
64/64 |
64 |
Первый
расчет: Епол≈64
дБ; rпол≈52
км |
|
По географическим координатам полезной и мешающей
станций определяем (используются карты с масштабом 1: 2 500 000 или более
крупным) расстояние между ними rст=210 км. Более точно расстояние между станциями может
быть вычислено по (4.3.11). На основании (4.3.8) определяем расстояние от
мешающей станции до точки приема Емеш=210—65=145
км. По рис. 2.15 и по (6 5) вычисляем напряженность поля помех для случая
тропосферной помехи Епом =
24 + 21+22 = 67 дБ, а по рис. 2.9 и по (4.3.6) для случая постоянно действующей
помехи Епом.с= 14+21+32=67
дБ. Считаем напряженность поля помех мешающей станции в точке приема Епом = 67 дБ (подробнее см.
примеры 2 и 3).
В связи с тем, что равенство (4.3.14) не выполняется
(57<67 дБ), расчет повторяем для меньшего значения напряженности поля полезной
станции. Из табл. 4.3.2 следует, что для выполнения (4.3.14) оказалось
достаточным выполнить три расчета. При этом радиус зоны обслуживания в
направлении на мешающую станцию rпол=52 км.
Затем такие же расчеты выполняем для обратного
направления по отношению к мешающей станции и еще нескольких азимутальных
направлений. Соединив концы радиусов зоны обслуживания на всех азимутальных
направлениях плавной линией, получаем зону обслуживания полезной станции.
Пример 4.3. Полезная и пять мешающих ОВЧ ЧМ станций расположены
на равнинно-холмистой местности с известными географическими координатами и
работают в одном частотном канале. Известны эффективные значения излучаемой
мощности и высот передающих антенн мешающих станций. Поляризация передающих
антенн полезной и мешающей станций горизонтальная. Требуется определить
используемую напряженность поля в месте установки полезной станции.
По (4.3.7) и (4.3.9), из которых исключают поправкуDAант, вычисляем результирующее защитное отношение по
каждой мешающей станции (подробнее см. пример 4). По географическим координатам
определяем расстояния между точкой расчета и каждой мешающей станцией
(подробнее см. пример 5). По методике, описанной в пп. 4.3.1.1, определяем
напряженность поля помех каждой мешающей станции в точке расчета (подробнее см.
примеры 2 и 3). Напряженности поля помех и результаты дальнейших расчетов
заносим в табл. 4.3.3. 114
Таблица 4.3.3
Результаты
расчета используемой напряженности поля в точке
Ромер мешаю-щей станции |
Епом, дБ |
xi |
L(xi) |
p0 |
Ромер мешаю-щей станции |
Епом, дБ |
xi |
L(xi) |
p0 |
Первый
расчет: Еисп= 78 дБ; σL = 8,3 дБ |
Второй
расчет: Еисп = 76,6 дБ |
||||||||
1
2
3
4
5
|
64
72
60
50
45
|
1,19
0,51
1,53
2,39
2,81
|
0,8830
0,6950
0,9370
0,9916
0,9975
|
0,5688
|
1
2
3
4
5
|
64
72
60
50
45
|
1,08
0,39
1,42
2,26
2,69
|
0,8600
0,6518
0,9222
0,9881
0,9965
|
0,5090
|
Результат:
Еисп= 76,6 дБ. |
Задаемся
значением используемой напряженности поля Еисп
= 72+6 = 78 дБ, где 72 дБ представляет собой наибольшую из напряженностей полей
помех. По (4.3.16) вычисляем величину xi при σL =8,3 дБ, а из приложения 4 находим L(xi) для каждой напряженности поля помех. По (4.3.19)
вычисляем местностную вероятность обеспечения приема р0.
В связи с тем, что (4.3.20) не выполняется, расчет
повторяем для меньшего значения используемой напряженности поля. Из табл. 4.3.3
следует, что для достаточно точного выполнения (4.3.20) необходимо выполнить
два расчета, причем используемая напряженность поля в точке расчета Еисп = 76,6 дБ.
Пример 4.4. В крупном населенном пункте, расположенном на
равнинно-холмистой местности, требуется организовать II программу телевидения.
Зона обслуживания представляет собой почти правильный круг радиусом около
Место установки станции определено (выбиралось при
организации I программы) и находится почти в центре населенного пункта.
Географические координаты места установки станции известны. Не могут быть
использованы в метровом диапазоне волн (см. табл. 3.23) каналы 11
(совмещенный), 10 и 12 (смежные) и 7 (гетеродинный) каналы.
Выбираем ретранслятор ТРА-10 для метрового диапазона
волн. В связи с тем, что он работает только в III диапазоне, для I и II
диапазонов вынуждены выбрать более мощный РЦТА с наличием ПМТ. Для
дециметрового диапазона волн выбираем РПТДА. При эфирном приеме восьмого канала
нельзя использовать следующие каналы: 7, 8, 9 ТРА-10 (см. рис. 4.3.5), 2, 5
РЦТА (см. рис. 4.3.3) при работе в I и II диапазонах. У РПТДА ограничений на
передающие каналы нет (см. рис. 4.3.4)
Таким образом, можно рассматривать возможность
использования каналов 1, 3, 4, 6 метрового диапазона волн и каналов
дециметрового диапазона, в которых работает передатчик РПТДА, а именно каналов
21, 22, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 39, 40, 41. В связи с тем, что в
пригодных для использования каналах 1, 3, 4, 6 работают станции, расположенные
от вводимой станции на расстояниях, меньших, чем минимально допустимые, ни один
из каналов метрового диапазона волн использован быть не может. По этой же
причине в дециметровом диапазоне волн пригодными к использованию оказываются
только каналы 21, 22, 27, 28, 39, 40. Станции, расположенные по соседству и
работающие по отношению к пригодным для использования каналам в смежных,
гетеродинных и зеркальных каналах, влияния не оказывают.
Рассматривать каналы будем в порядке возрастания их
номеров. Начнем рассмотрение г 21-го канала, в котором имеется четыре мешающих
станции. По каждой из них известны: географические координаты, эффективные
излучаемые мощности, эффективные высоты передающих антенн, частотные
присвоения, включающие в себя канал, СНЧ передатчика и поляризацию передающей
антенны.
По (4.3.7) и (4.3.9), в которых поправки DАант = 0 и DАСНЧ = 0, вычисляем результирующее защитное
отношение по каждой мешающей станции, считая, что передающая антенна вводимой
станции имеет горизонтальную поляризацию (подробнее см. пример 4). По
географическим координатам определяем расстояния между местом установки
вводимой станции и каждой мешающей станцией (подробнее см. пример 5). По
методике, описанной в пп. 4.3.1.1, определяем напряженности поля помех каждой
мешающей станции в месте установки вводимой станции (подробнее см. примеры 2 и
3). Напряженности поля помех и результаты дальнейших расчетов заносим в табл.
4.3.4.
Возможные значения СНЧ передатчика вводимой станции в
пределах 0... 14,3 кГц приведены в левом столбце таблицы. Приведенные в верхней
строке таблицы значения напряженности полей помех каждой мешающей станции
записываем еще раз в той строке таблицы, в которой значение СНЧ передатчика
мешающей станции равно приведенному в таблице, Если СНЧ передатчика мешающей
станции отрицательно, то его по (4.3.24) переводят в положительное. По (4.3.23)
определяем напряженность поля помех каждой мешающей станции при других
значениях СНЧ передатчика вводимой станции. На каждой строке таблицы находим
наибольшую напряженность поля помех, значение которой в таблице выделено
шрифтом. Из найденных значений напря-женностей поля помех выбираем наименьшее Епом = 73 дБ. При этом для
передатчика вводимой станции СНЧ=10,4 кГц. По (4.3.21) вычисляем используемую
напряженность поля. Из табл. 4.3.4 следует, что Есип
= 76 дБ.
Расчеты в каналах 22, 27, 28, 39, 40 выполняем
аналогично. По наименьшему значению используемой напряженности поля Есип = 73 дБ выбираем
частотное присвоение: канал 27 с СНЧ передатчика ретранслятора 6,5 кГц и
антенной горизонтальной поляризации.
Выбираем ненаправленную антенну, так как зона
обслуживания представляет собой почти правильный круг. Антенну дециметрового
диапазона волн размещают на действующей антенной опоре на высоте
Таблица 4.3.4
Результаты
расчета в канале с определением СНЧ передатчика вводимой станции
СНЧ,
кГц |
Номера мешающих станций
|
|
|
Номера
мешающих станций |
|
|||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
… |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
… |
||||
Епом
мешающих станций, дБ |
|
СНЧ,
кГц |
Епом
мешающих станций, дБ |
|
||||||||||
79
|
84
|
79
|
70
|
|
79 |
84 |
79 |
70 |
|
|||||
0
1,3
2,6 |
78
74
68
|
67
69
73
|
79
78
74
|
59
65
69
|
|
7,8 9,1 10, |
62
64
68
|
83
79
73
|
61
62
64
|
59
55
53
|
|
|||
Результат: £асп = 73+3=76
дБ. |
|
|||||||||||||
На этом частотное присвоение считается выполненным,
так как РПТДА работающий в канале 27 с СНЧ,
равным 6,5 кГц, и горизонтальной поляризацией антенны будет обеспечивать
ТВ вещанием зону обслуживания представляющую собой правильный круг радиусом
около
4.4.3.
Расчет устойчивости эфирного приема
Устойчивость
приема полезного сигнала - отношение
периода времени года течение которого прием был удовлетворителен, ко всему году,
выраженное в процентах, связана с напряженностью поля сигнала (мешающих
сигналов нет) Прием будет устойчив в течение Тпол времени в процентах, пока напряженность поля
сигнала, дБ, будет выше минимально используемого значения Емин:
где
Епол(50) и σпол-медиана
и стандартное отклонение полезного сигнала, дБ.
Для определения устойчивости полезного сигнала следует вычислить параметр
Значение Тпол
находят по (2.31) либо по рис. 2.18. Медианные уровни напряженности поля и
стандартное отклонение находят в соответствии с указаниями п. 2.2. Минимально
используемое значение напряженности поля указано в п. 3.4.
Устойчивость
приема при воздействии мешающих сигналов. В силу устойчивости нормального закона разности случайных значений
напряженности поля полезного и одного мешающего сигнала распределены также по
логнормальному закону с медианой, равной разности медиан, и стандартным
отклонением, равным среднему геометрическому из значений для каждого сигнала.
При отсутствии корреляции между сигналами будет устойчивый прием, пока разность
уровней сигналов равна или больше значения защитного отношения А дБ для сигнала
данной станции:
Поскольку это значение можно снизить, изменяя
направленность приемной антенны или поляризацию полезного и мешающего сигналов,
для определения устойчивости следует вычислить параметр
где
А - защитное отношение, дБ; F1
(β) —ослабление мешающего сигнала приемной антенной, дБ; F2(β)—ослабление
мешающего сигнала при различной поляризации, дБ; р — угол между направлениями на полезную и мешающую станцию из
точки приема (рис. 4.3.6).
Методику определения этих параметров можно найти в
разд 3. Значение Тмеш
находят по (2.31) или рис. 2.18.
Если
в точке приема на полезный сигнал воздействуют одна станция или несколько, то
результирующая устойчивость приема, % (в предположении, что все сигналы
некоррелированы):
Т
= [(Тпол/100) (Тмен 1/100) (Тмен 2/100) ... ]
100,
где
Тмен 1 — устойчивость
приема при влиянии только «первой» мешающей станции; Тмен 2 — устойчивость приема при воздействии
только «второй» мешающей станции и т. д.
Если в результате расчета значение устойчивости
окажется малым (например, меньше 99%), то выбирают другое местоположение
антенны ретранслятора и производят повторный расчет.
Устойчивость приема каждой мешающей станции рассчитывают,
только когда станция находится на расстоянии не более
Рис.
4.3.6. Пример расположения ретранслятора относительно полезной и мешающей
станций
Помеха
возникает в ТВ каналах 1, 2 и 3. Эффективно подавить помеху невозможно, поэтому
указанные каналы для ретрансляции по эфиру не пригодны.
С помощью рассмотренной методики расчета были
проанализированы различные реальные ситуации. Расчеты показали, что
устойчивость выше 99% вблизи границы зоны обслуживания мощных радиопередающих
станций достигается с большими трудностями; высота антенны над местными
препятствиями должна быть не менее 10...20 м при наличии прямой видимости,
помехозащищенность антенн не менее 20 дБ.
Пример
1. В точке расположения ретранслятора, как показали предварительные расчеты,
медиана напряженности поля Епол(50)=76
дБ, σпол = 6 дБ. Найти
устойчивость приема, если минимально используемая напряженность поля Емпн = 61,5 дБ. Используя
(4.3.26), получаем
Из
рис. 2.18 следует Тпол =
99,2%.
Пример 2. В месте приема, рассмотренном в примере 1,
появился мешающий сигнал, причем Емеш(50)=20
дБ, σмеш = 9 дБ. Поляризация мешающего сигнала такая же, как у
полезного. Определить результирующую устойчивость приема при условии, что
приемная антенна ослабляет мешающий сигнал на F1(β) =-13 дБ, а
требуемое защитное отношение А = 40
дБ.
Используя (4.3.28), при F2(β)=0,
получаем К(Тмеш) = (40—13+20—76)/ . Из рис. 2.18 находим Тмеш
= 99,7%. Согласно (4.3.29) имеем Т = 0,992 -0,997 = 0,989, или 98,9%.
4.4.4. Измерение напряженности поля ТВ
и ОВЧ-ЧМ сигналов
4.4.1. Принцип измерения
Измерительная
аппаратура. Измеритель напряженности
поля представляет собой селективный микровольтметр (радиоприемник) с эталонной
антенной.
По измеренному напряжению на входе приемника находят
напряженш поля сигнала, дБ,
где
и — напряжение, дБ относительно 1
мкВ; lд -
действующая длина приемной антенны, дБ относительно
Для измерения напряженности поля применяют
радиоприемные устройства, указанные, например, в табл. 4.4.1. Радиосигнал
изображения измеряют, как правило по квазипиковому значению напряжения, которое
не зависит от характера передаваемого изображения. В квазипиковом режиме данные
приборы занижают действительный уровень радиосигнала изображения приблизительно
Для работы применяют антенну, входящую в комплект
измерителя поля, или типовые с известным коэффициентом усиления. Удобно
применить многканальную антенну, например АТИГ-6.1.1-12. Коэффициент усиления
такой антенны указан в табл. 4.4.2.
Таблица 4.4.1
Данные
приборов, используемых для измерения напряженности поля
Прибор |
Диапа-зон частот, МГц |
Диапазон
уровней, мкВ |
Погрешность измерений ния, дБ |
Полоса пропускания, по уровню |
Значение
показателя |
Напря-жение
питания**, В |
Произвоство |
SMV-8 STV-401* ULMZ-2 DMS-4 |
30...1000 26...300 30...250 300...1000 |
2...106 2...3-105 3…1,7-105 3...106 |
±1,5 ±4 +2 ±3 |
120; 20, 1; 120 120 120, 20 |
Среднее, пиковое,
квазипиковое Эффективное, квазипиковое Квазипиковое Пиковое, квазипиковое, среднее |
220/110/12 220/12 220 220/12 |
ГДР ГДР ПНР ПНР |
* Переносной малогабаритный; ** В числителе напряжение сети, в знаменателе - аккумулятора. |
При установке измерителя поля на автомашине антенну
прикрепляют к выдвижной мачте, в свою очередь прикрепленной к фургону. Высота
антенны .3...
Антенну укрепляют так, чтобы исключить влияние мачты
на волны с вертикальной поляризацией (если это не предусмотрено при разработке
прибора). Для этого верхняя часть мачты длиною
Таблица 4.4.2
Коэффициент
усиления антенны
АТИГ-6.1.1-12
ТВ
канал |
1 |
2 |
3 |
4 |
G, дБ |
-1,5 |
-0,5 |
3 |
2 |
ТВ
канал |
5 |
6 |
7 |
8 |
G, дБ |
0,8 |
3 |
3,5 |
5 |
ТВ
канал |
8 |
9 |
11 |
12 |
G, дБ |
64, |
5 |
3,5 |
2,5 |
Рис. 4.4.1. Способы крепления антенн при вертикальной
поляризации радиоволны:
a
- для каналов 6-12 и дециметровых; б - для каналов 1-6 (1 - противовес,
2
- рефлектор, 3 - петлевой вибратор)
Вращают антенну в горизонтальной плоскости с помощью
двигателя, управляемого с пульта. Для подавления помех, создаваемых двигателем
и цепями зажигания автомашины, устанавливают фильтры. В противном случае
ориентирование антенны при слабых сигналах будет затруднено. Во время измерения
слабых сигналов двигатель автомашины необходимо выключить.
В измерительном комплексе желательно предусмотреть
самописец для записи уровня сигнала и телевизионный приемник.
Калибровка. Измерительный приемник калибруют с помощью
встроенного в него генератора. С известными параметрами антенны и фидера
получают точность измерения напряженности поля около (3... 4) дБ. При
калибровке всего устройства по «методу свободного пространства» погрешность
уменьшается до ±(1... 2) дБ. Сущность этого метода заключается в том, что в
месте расположения приемной антенны создается известное строго постоянное
значение напряженности поля. Это значение сравнивают с показаниями проверяемого
прибора. Если есть разница, вводят коррекцию. «Эталонное» поле формируется
эталонной антенной и генератором стандартных сигналов. Антенны генератора и
приемника располагают над ровной земной поверхностью (поле, озеро), с тем чтобы
коэффициент отражения от нее радиоволны можно было считать равным единице.
Расстояние между антеннами передатчика и приемника не должно быть меньше
Измерения на заданном расстоянии. В каждой точке перед началом измерений прибор должен
быть откалиброван в соответствии с заводской инструкцией. Ориентация антенны
должна быть в направлении прихода сигнала, на максимум уровня.
От точки к точке напряженность поля может сильно
изменяться вследствие интерференции отраженных волн. Поэтому напряженность поля
на заданном расстоянии определяют по результатам нескольких измерений в точках,
отстоящих друг от друга на расстоянии примерно
Медиану измеренных значений напряженности поля
приближенно определяют следующим образом. Записывают ряд значений в децибелах в
убывающем порядке. Далее попарно отбрасывают наибольшие и наименьшие значения
до тех пор, пока не останется одно, которое и будет соответствовать медианному
значению. Если останутся два значения, то медиану определяют как
среднеарифметическое этих значений.
Пример. Пусть на равнинно-холмистой местности в 10 точках при
высоте антенны
Не следует выбирать площадки для измерений вдоль
больших дорог, при этом напряженность поля может быть несколько завышена, кроме
того, возможны помехи от проходящего автотранспорта. Целесообразно проводить
измерения в реальных условиях, в окружении строений, деревьев, но так, чтобы
антенна не затенялась близкорасположенным препятствием.
4.4.5. Измерение зоны уверенного приема
радиопередающих станций
Общие
сведения. Под зоной обслуживания
понимают территорию вокруг радиопередающей станции, где уровень полезного
сигнала превышает уровень собственных шумов приемника и мешающих сигналов от
соседних станций на определенное значение в течение заданных процентов времени Т и мест приема L. В дециметровом диапазоне волн определяют зону обслуживания для Т=99%, L = 50%, в метровом диапазоне волн для Т = 90%, L = 50%. Для
определения зоны необходимо измерить поле в большом числе пунктов в течение
очень длительного времени (по крайней мере, в течение 6-12 мес.). Поскольку это
сделать нелегко, на практике обычно измеряют зону уверенного приема полезного
сигнала, т. е. зону обслуживания без учета влияния мешающих сигналов. Зона
обслуживания, очевидно, будет лежать внутри зоны уверенного приема полезного
сигнала (при правильном планировании сети вещания разница между ними невелика).
Измерение зоны уверенного приема
полезного сигнала. Под зоной
уверенного приема полезного сигнала радиопередающей станции понимают территорию
вокруг станции, где медианное значение напряженности поля не ниже минимально
используемого (см. разд. 3 и 4). Зону уверенного приема ТВ станций определяют
по результатам измерений радиосигнала изображения при работе радиопередающих
станций с номинальной излучаемой мощностью.
Перед началом измерений на карте местности определяют
число радиальных направлений от пункта, где расположена станция. Радиальные
направления должны быть выбраны с учетом охвата максимального числа населенных
пунктов. Число радиальных направлений должно быть не менее четырех. Медианные
значения напряженности поля по каждому радиальному направлению от станции с
излучаемой мощностью выше 100 Вт измеряют следующим образом. Первое ближайшее
место выбирают на расстоянии
Все места измерений указывают на карте местности или
наложенной на нее кальке, там же отмечают медианное значение напряженности поля
и расстояние от передатчика. По полученным данным строят усредненные
зависимости медианы напряженности поля от расстояния для разных направлений. На
расстояниях, где напряженность поля спадает до минимально используемого
значения, будет проходить граница зоны уверенного приема. Пример построения
такой зависимости в одном направлении показан на рис. 4.4.2. Точки,
определяющие границу зоны в каждом направлении, соединяют на карте сплошной
линией, которая показывает приближенную границу зоны уверенного приема данной
радиопередающей станции с учетом топографии местности.
На границе зон мощных радиопередающих станций
наблюдаются медленные (суточные и сезонные) замирания уровня сигнала вследствие
изменения рефракции радиоволн. Кроме того, зимой в затененных лесом местах
приема сигнал может быть выше, чем летом, из-за опадания листвы. Влияние
медленных колебаний уровня сигнала может быть учтено измерениями, проведенными
в разное время года. Разумно проводить измерения в осенние или весенние месяцы,
когда уровень сигнала близок к среднегодовому значению.
Рис. 4.4.2. Пример определения зоны уверенного приема
в одном радиальном направлении (6 ТВ канала)
Перед измерением зоны уверенного приема целесообразно
проверить (путем измерений) диаграмму направленности передающей антенны. Резкое
отличие измеренной зоны уверенного приема от теоретически рассчитанной (по рис.
2.8-2.10) может свидетельствовать о неисправности передающей антенны.
Учет влияния
постоянно действующего мешающего сигнала. В зоне уверенного приема может наблюдаться постоянно действующий
мешающий сигнал, ухудшающий качество приема. Чтобы учесть его влияние на прием
ТВ передач, следует поступить следующим образом.
В пунктах, где измеряют напряженность поля,
субъективно определяют и качество ТВ изображения по пятибалльной шкале (разд
3). На карте местности, в пунктах, где проводилось измерение и оценивалось
качество изображения, через косую указывают расстояние, медиану напряженности
поля и оценку изображения (например, 60/56/4, т. е.
4.4.6.
Измерение статистических характеристик напряженности поля сигнала по месту расположения и во времени
Местностное
распределение. Для измерения выбирают
участок местности, охватывающий многочисленные детали рельефа (возвышенности и
впадины). Например, на равнинно-холмистой местности можно взять площадку 10X10
км или участок длиной
Пример. Предположим, что были измерены следующие значения
напряженности поля: 48,5; 47; 48; 45; 46; 45; 43,5; 44; 40,5; 41; 41; 39; 39;
39,5; 40; 37,5; 36; 36 и 33 дБ. Диапазон этих цифр (32, ... 50 дБ) разобьем на
интервалы, указанные в первом столбце табл. 4.4.4. Во втором столбце запишем
число измеренных значений, попадающих в данный интервал (повторяемость).
Например, значения 48... 50 дБ встречались 1 раз; 46 ... 48 дБ - 2 раза и т.
д., ∑ - сумма цифр, записанных в данной строке и во всех верхних. В
четвертом столбце по формуле (∑/n)×100, где n - общее
число измерений, определяют процент мест приема L, в которых уровень сигнала
был выше, или равен указанному в первом столбце. Результаты обработки показаны
на рис. 4.4.3. И» интегральной функции распределения напряженности поля по
местоположению, в частности, следует, что в 5% мест приема напряженности поля Епол≥49 дБ, в 15% мест Епол≥47 дБ, в 50% мест
(медианное значение) Епол
= 42 дБ и т. д.
Таблица
4.4.3
Необходимое число выборок для измерения местностного распределения
Тип
местности |
Необходимое число выборок для
диапазонов |
|
|
I-III |
IV, V |
Равнина Равнинно-холмистая Холмистая
Гористая |
5.. .15 20
75 30 130 50 200 |
10.. .25 30
130 50 200 80 300 |
Рис.
4.4.3. Функция местностного распределения напряженности поля (пример)
Распределение напряженности поля во времени. При
измерении временного распределения обычно предполагают, что медленные замирания
напряженности поля сигнала во всех точках участка местности происходят
одновременно. Замирания на участке местности оценивают с помощью функции
распределения, полученной в одной точке участка. Высоту этой точки желательно
выбрать на средней высоте рельефа. На выход измерительного приемника подключают
самописец со скоростью движения ленты в пределах 1 ... 18 см/ч. При записи
сигналов за пределами прямой видимости наблюдают непрерывные быстрые замирания.
Чтобы запись на ленте отражала только средний уровень, параллельно самописцу
подключают конденсатор. Принцип обработки полученной записи следующий. На ленте
проводят уровни, например, через. 5 дБ. Для каждого уровня определяют суммарное
время, в течение которого сигнал был равен или больше его. Так, на рис. 4.4.4
показано, что уровень, превышающий или равный 48дБ, наблюдался в течение
времени t1 + t2+t3 + t4+...
=Т. Данные по всем уровням сводят в
таблицу и выражают в процентах к общему времени записи. График (рис. 4.4.5),
построенный по данным табл. 4.4.5, представляет собой интегральное
распределение напряженности поля во времени.
В расчетах, связанных с планированием сети вещания,
требуется иметь данные о распределении поля за период в один год. Однако на
практике обычно ограничиваются двумя-тремя месяцами.
Е, дБ |
повторяя-емось |
∑ |
L, % |
48..50 46 48 44 46 42 44 40 42 38. ..40 36 38 34 36 32.. 34 |
1 2 3 2 3 5 1 2 1 |
1 3 6 8 11 16 17 19 20 |
5 15 30 40 55 80 85 95 100 |
Таблица 4.4.4
Результаты
расчета
местностного
распределения
Местное Время
Рис. 4.4.4. Пример записи уровня сигнала на ленту самописца
Таблица
4.4.5
Результаты
расчета временного
распределения
(пример)
Е, дБ |
Длительность записи, ч |
Т, % |
50 45 40 35 30 25 20 15 10 |
5 20 100 180 330 700 870 950 1000 |
0,5 1 10 18 33 70 87 95 100 |
Рис. 4.4.5. Функция распределения уровня
сигнала во времени (пример)
Двухмерное распределение напряженности поля (по
местоположению и во времени). Измерения выполняются с помощью двух комплексов:
один — стационарный, другой — передвижной. На стационарном комплексе производят
непрерывную длительную запись напряженности поля для получения функции
распределения уровня сигнала во времени. Полученную функцию приводят в
соответствие со средним для окружающей местности значением сигнала, т. е. для
50% мест приема. Это достигается с помощью передвижного комплекса. В радиусе
примерно до
Рис. 4.4.6. К определению «коэффициента
местоположения»
Рис. 4.4.7. Пример
распределения напряженности поля во времени и по местоположению
В
этом случае кривую распределения сигнала во времени, полученную на стационарном
пункте, следует опустить на q дБ. При
положительном знаке коэффициента местоположения кривую распределения следует
соответственно приподнять. Численный пример определения коэффициента
местоположения дан в табл. 4.4.6. Из рассмотрения распределения разности
напряженностей поля оказалось, что постоянный пункт относится к 20% мест
приема; q = - 3 дБ. Функцию
распределения, полученную в стационарном пункте Е (20,Т), опускаем на 3
дБ (рис. 4.4.7). Из скорректированного распределения (рис. 4.4.7, сплошная
кривая), в частности, следует: в 50% мест, 1% времени, г. е. Е(50,1)≥43 дБ, Е(50,10)≥34 дБ. Медианное значение
равно 17,5 дБ. Используя данный принцип, можно получить функцию распределения
для любых процентов мест приема и времени. При измерении разности сигналов на
стационарном и передвижном комплексе следует исключать аномальные условия
распространения радиоволн. Коэффициент местоположения приближенно равен
среднеарифметическому значению разности сигналов.
Таблица 4.4.6
Результаты
расчета коэффициента местоположения (пример)
Расстояние
от стационарного до пере-движного пункта. км |
Евр. дБ |
Епост, дБ |
Евр - - Епост, дБ |
Расстояние
от стацио-нарного до передвижного пункта. км |
Евр, ДБ |
Епост, дБ |
Евр - - Епост, дБ |
10 7 9 2 1,5 3 8 6 |
26 31 20 18 18 23 20 14 |
22 22,5 21 20 24,5 24 22,5 20 |
+4 +8,5 -
1 -
2 -6,5 -
1 -
2,5 -6 |
5 5 4 7 7 9 9 |
19 12 15 10 9 20 17 |
22 22 21 20 19 20 21 |
-
3 -
10 -
6 -
10 -
10 0 -4 |
Результат: q= - 3 дБ. |
5. ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВОЛН
МИЛЛИМЕТРОВОГО И ОПТИЧЕСКОГО ДИАПАЗОНОВ
Проблема описания микроволнового поглощения в газах интересует радиофизиков более полувека. Однако, несмотря на значительные усилия специалистов по теоретическому описанию спектров полярных газов, до сих пор не удавалось создать теорию, адекватную измеряемым величинам поглощения. Из-за сложности способов учета межмолекулярных взаимодействий до сих пор еще не получены аналитические выражения для спектров поглощения воздуха в широком диапазоне частот, а также давлений и температур. В ИРЭ РАН был предложен и развит новый подход к описанию молекулярного поглощения. Оказалось, что результаты теоретических расчетов на основе метода функций памяти и моделей обобщенной вращательной диффузии хорошо согласуются с экспериментом без привлечения других гипотез (например, димерного механизма поглощения). Этот подход позволил лучше понять механизм взаимодействия электромагнитных волн с молекулами паров воды и кислорода [4,5].
Предпринятые нами теоретические исследования эффектов рассеяния радиоволн в осадках (в том числе и многократного) базируются на реализации строгого решения задачи дифракции плоской электромагнитной волны на однородном диэлектрическом шаре (теория Ми) и на численном решении краевой задачи для системы интегро-диференциальных уравнений теории переноса поляризованного излучения в осадках.
Вертикальная
неоднородность атмосферы может приводить к искривлению траекторий
распространения (рефракции), к смещению центра пучка, и соответствующему
изменению уровня сигнала, к многолучевому и волноводному распространениям или
даже к отсутствию связи между пунктами. Для определения рефракции в
сферически-слоистой атмосфере был разработан алгоритм, позволяющий при любых
вертикальных профилях коэффициента преломления находить траектории радиоволн по
координатам источника и приемника. С помощью этого алгоритма по
метеопараметрам, измеренным Институтом экспериментальной метеорологии (ИЭМ) на
высотах от 0 до
Для оценки влияния турбулентности воздуха на параметры волны решена задача нахождения статистических характеристик флуктуаций амплитуды, фазы и угла прихода гауссова пучка ММВ в слабопоглощающей турбулентной среде. Получены асимптотические выражения для среднего квадрата флуктуаций уровня амплитуды, флуктуаций угла прихода и корреляционной функции флуктуаций амплитуды. Исследовано влияние усредняющего действия приемной апертуры на интенсивность флуктуаций амплитуды.
Из-за влияния подстилающей поверхности ПСА чрезвычайно
изменчив в пространстве и времени и является самым сложным для изучения слоем
атмосферы. До сих пор для поля показателя преломления в ПСА не существует
достаточно надежной и универсальной математической модели, позволяющей в любых
ситуациях рассчитывать параметры, распространяющихся в нем ММВ. Вариации
амплитуды и угла прихода миллиметровых волн (=3,3 мм), обусловленные турбулентностью и стратификацией
приземного слоя атмосферы, экспериментально исследовались на трассе длиной
При функционировании атмосферных радиоканалов систем
передачи информации при небольших (~ 10 -
Ниже результаты этих исследований подробно изложены по
разделам.
5.1.1.
Молекулярное поглощение
При вычислении молекулярных спектров поглощения газовых компонент атмосферы в силу сложности теории приходится использовать многочисленные аппроксимации, влияющие на точность конечного результата или приводящие к асимптотическим зависимостям для отдельных областей спектра, отдельных линий и даже частей линий (крыла, периферии, центра). Существенным моментом в теоретическом анализе частотных зависимостей спектров поглощения полярных газов является вопрос о расхождении экспериментальных данных с результатами теоретических расчетов (например, в случае кислорода при больших давлениях, водяного пара), основанных на трактовках соударений, известных как приближения Лорентца, Ван Флека-Вейскопфа, Гросса и некоторых других [6-10]. В этих трактовках столкновительного уширения решение задачи об определении поглощения сводится к рассмотрению двухуровневой системы, обуславливающей отдельные спектральные линии. В результате спектр поглощения представляет собой совокупность вкладов от изолированных переходов. Для объяснения указанных расхождений теории с экспериментом вводят предположения о характере межмолекулярных взаимодействий (столкновений), требующие рассмотрения многоуровневых систем, и подчеркивается важность учета возникающих в таких системах эффектов интерференции линий. Выдвигаются также гипотезы о дополнительных механизмах молекулярного поглощения. При этом иногда возникает ряд противоречий в качественной трактовке расхождений теории с экспериментом [11-14].
В свете изложенного теоретически изучено распространение ММ и СБММ радиоволн в полярных атмосферных газах (кислороде, водяном паре) [1-12, 15]. Основные задачи исследования заключались в следующем:
- в разработке удобной для практических приложений методики численного расчета спектров поглощения полярных газов на основе метода функций памяти и моделей обобщенной вращательной диффузии, учитывающих интерференцию линий поглощения [15, 17-23];
- в изучении и объяснении на основе данной методики аномальных особенностей спектров поглощения полярных газов [1, 9-12, 16, 21];
- в создании модели молекулярного поглощения кислородом (квантового аналога модели J-диффузии) для объяснения особенностей его спин-вращательного спектра в широком диапазоне давлений [5, 7, 10];
- в изучении влияния интерференционных эффектов на спектры поглощения газов [1];
- в создании новой модели молекулярного поглощения, предназначенной для объяснения аномалий поглощения радиоволн в окнах прозрачности атмосферы и учитывающей конечную длительность соударений [2, 22, 24-28].
В результате теоретических и экспериментальных работ был развит метод функций памяти применительно к описанию на молекулярном уровне комплексной диэлектрической проницаемости полярных газов для молекул произвольной симметрии. Оказалось, что предложенный метод может использоваться в качестве эффективного инструмента в изучении особенностей распространения радиоволн в полярных газах [1, 3]. Существенными результатами развитой теории являются:
- учет различия в значениях полуширин линий в спектрах поглощения газов [21];
- вычисление в аналитическом виде функций памяти ряда квантовых аналогов моделей обобщенной вращательной диффузии [1, 8];
- учет конечной длительности столкновений молекул [2, 22].
Было также установлено, что предложенная модель молекулярного поглощения в газах (квантовый аналог модели J-диффузии) адекватно описывает спин-вращательный спектр кислорода в широком диапазоне давлений (0,1-60 атм.) (см. рис.1, 2), а также растворов с газоподобными спектрами (рис.3) [5, 7, 10, 24-29].
Рис.1. Отнесенный к давлению тангенс потерь молекулярного кислорода как функция давления P на частоте n=0,3023 см-1, рассчитанный для моделей J-диффузии (сплошная линия) и Ван Флека-Вайскопфа (штриховая линия); квадратики - экспериментальные данные.
Рис.2. Спектр поглощения кислорода в сухой атмосфере в диапазоне частот 54-66 ГГц при 29,7 оС. Сплошные линии - расчет в рамках модели J-диффузии, кружочки - экспериментальные данные. Кривые 1-6 соответствуют давлениям - кПа (высотам - км) 101,3 (0), 70,11 (3), 47,19 (6), 30,81 (9), 19,49 (12), 12,1 (15).
Рис.3.
Нормированные спектры коэффициента поглощения растворов H2O
(штриховая линия) и D2O (сплошная линия) в C6H6
для J-диффузии с конечной длительностью столкновений. Эксперимент для H2O
() и D2O () - из работы [24].
Кроме того предложена модель, учитывающая конечную длительность столкновений молекул и практически полностью соответствующая экспериментальным данным по поглощению ММ и СБММ радиоволн в окнах прозрачности атмосферных паров воды [2, 6, 9, 12, 16].
Как метод функций памяти, так и модели обобщенной вращательной диффузии нашли применение в теории диэлектрической релаксации [24-28], позволив добиться существенно лучшего согласия теории с экспериментом.
5.1.2. Особенности распространения миллиметровых волн в дожде
Как известно, максимум ослабления радиоволн в дождях наблюдается в ММ диапазоне волн. Ослабление обусловлено двумя механизмами: поглощением энергии волны в объеме капли дождя и дифракционным рассеянием излучения каплей во внешнее пространство. При этом, как отмечалось в работах [30-32], вклад в ослабление вносит лишь рассеяние в направлении вперед, которое для очень разреженной среды случайно расположенных капель, каким является дождь, всегда когерентно. Представление о его роли в ослаблении радиоволн в дождях различной интенсивности можно получить с помощью спектральной зависимости альбедо однократного рассеяния , численно равного отношению коэффициента рассеяния к коэффициенту ослабления , /, (рис. 4).
Рис.4. Спектральная зависимость альбедо однократного рассеяния элемента объема дождя при интенсивностях дождя R, равных 1 – 100 мм/ч, 2 – 12,5 мм/ч, 3 – 1,5 мм/ч.
Зависимости 1, 2, 3 на рисунке относятся к интенсивностям дождя R, соответственно 100; 12,5 и 1,56 мм/ч. В расчетах использованы: распределение капель по размерам Лоуса-Парсонса и значения показателя преломления воды в каплях, найденные по формулам Рэя [33] для температуры воды Т=20° С. Из рисунка следует, что вклад рассеяния в ослабление радиоволн ММ и СМ диапазонов существенно различается. Так ослабление ММВ на 50% определяется рассеянием излучения, причем, как показывают расчеты, для этой части диапазона волн практически не зависит от длины волны, интенсивности дождя, распределения капель по размерам и термодинамической температуры воды в каплях. В диапазоне СМ волн является убывающей степенной функцией длины волны излучения, зависит, также, от интенсивности дождя, распределения капель по размерам и термодинамической температуры капель [34].
В обзорах [35, 36] подробно рассмотрены особенности распространения поляризованного излучения ММВ в дожде. Причинами их появления являются: несферичность падающих капель дождя и наличие направления предпочтительной ориентации осей симметрии таких капель [33, 35]. Это находит выражение в спектральных зависимостях комплексных волновых чисел волн разных поляризаций.
Важнейшим свойством рассеяния
ММВ в направлениях, отличных от направления вперед, является то, что для
случайно распределенных в пространстве капель дождя его можно считать
независимым. Это следует из того, что капли достаточно далеко удалены друг от
друга (находятся в дальней волновой зоне по отношению друг к другу) и, таким
образом, каждая капля взаимодействует с электромагнитной волной так, как если
бы других капель не существовало. Это обстоятельство позволяет полагать, что
рассеянное совокупностью различных капель излучение является некогерентным.
Рис.5. Нормированные индикатрисы рассеяния элемента объема дождя:
1 - =
2 - =
3 - =
4 - =
5 - =
6 - =3,3 мм; R=1,56 мм/ч,
7 - =
8 - =8,6 мм ; R=1,56 мм/ч.
Угловое распределение рассеянного элементом объема дождя неполяризованного
излучения характеризуют нормированной индикатрисой рассеяния. На рис.5
представлены индикатрисы рассеяния радиоволн длиной l = 1,4; 2,2; 3,3 и