Расчет радио трассы

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ТАГАНРОГСКИЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА РАДИОПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ

" Расчет радио трассы"

Выполнил студент гр. Р-39

Погребняк С.

Проверил доцент

Семенихин А.И.

Таганрог 2001.

1. Исходные данные

1.1 Радиолиния состоит из передающей антенны на мачты высотой h1, на доме высотой H1(см. рис.1), приемной антенны на высоте h2 и радиотрассы длиной R с нормальной тропосферной рефракцией над влажной почвой; рабочая частота f1=3000МГц.

Рис. 1

1.2 Передающая антенна — открытый конец волновода; мощность

1.3 Приемная антенна — прямоугольный рупор с размерами axb=15×10 см.

1.4 Поляризация поля в плоскости падения — вертикальная.

1.5 Параметры радиолинии:

R=900м; h1=0,5 м; H1=1,5 м; h2=9м.

Задание

Цель работы:

— Определить поле, ХН F () и построить ДН передающей антенны в плоскости падения без учета влияния земли (в секторе углов = −90…−90).

— Расcчитать и построить зависимости:

· поля E (p) на трассе от усредненного угла наблюдения 90 и от длины трассы;

· максимальной мощности Pпр на входе радиоприемника от высоты h2; найти высоту h2 для первого максимума поля; найти допустимую высоту неровностей на трассе.

— Оценить изменение поля E (p) за непрозрачным препятствием высотой H2=8м, расположенным перед приемной антенной на расстоянии R2=250м.

— Оценить изменение зависимостей поля E (p) на трассе от усредненного угла наблюдения 90 в случае сухой почвы.

— Оценить изменение зависимости поля E® при наличии на трассе пресного водоема Т с берегом Н=1м, Rт=100…150м (спецтребование).

— Оценить изменение зависимостей п. 2.2б при переходе в другой частотный диапазон f2=2000 МГц (спецтребование).

В диапазоне сантиметровых волн находят применение рупорные антенны и, в частности, антенны в виде открытого конца прямоугольного или круглого волновода. Антенны этого типа используются самостоятельно, а также и как облучатели более сложных антенн, например линзовых и зеркальных.

Рассмотрим излучение из открытого конца прямоугольного волновода (рис. 2). Распространяющаяся в волноводе волна H₁₀, создаваемая вибраторным возбудителем, дойдя до открытого конца, частично отражается обратно, а частично излучается. В месте перехода от волновода к открытому пространству, т. е. в раскрыве, возникают волны высших типов, а также появляются поверхностные токи на наружных стенках волновода. Строгого решения для поля излучения прямоугольного волновода не найдено (для полубесконечного круглого волновода существует точное решение, полученное Л. А. Вайштейном.). Поэтому в инженерных расчетах предполагают, что тангенциальные компоненты поля в раскрыве волновода (а следовательно, и эквивалентные электрические и магнитные токи) представляют собой сумму падающей и отраженной волн основного типа колебаний, т. е.

Рис. 2. Волноводный излучатель.

E_y10=-J^м_x (1 — Г) sin ();

H_x10=-J^э_y (1 — Г) sin (),

где Гкоэффициент отражения от открытого конца волновода, а — горизонтальнай размер волновода (большая сторона раскрыва), — длина волны. Т.к. рабочая частота f₁=3000 МГц, то длина волны будет равна

=10 см, где с — скорость света в среде без потерь, равная 3 10⁸ .

Проводя сравнение рассматриваемого волновода с ранее рассмотренным в курсе ЭД 3-х см волноводом:

а б

10 23 3 см, находим, что а=76,6 см б= 33,3 см 10см .

Раскрыв волновода может рассматриваться как сочленение двух линий передачи с волновыми сопротивлениями (волновод) и W₀ (свободное пространство). Коэффициент отражения определяется по формуле

.

В нашем случае Г=-1,067×10^-3.

Рассмотрим поляризацию. Нам задана вертикальная поляризация в плоскости приема. В волноводе распространяются две основных волны E₁₀ и H₁₀. При вертикальной поляризации поле E =1(дальняя зона), а поле H=const, поэтому будем работать с поле H.

Характеристика направленности (ХН) распространения эквивалентных токов в плоскости xz (плоскость H):

где, а — внутренний размер широкой стенки волновода; - угол наблюдения.

Нормируем ХН, тогда .

Тогда диаграмма направленности имеет вид (рис. 3.):

Рис 3.

Расчет трасы а)

Проанализируем рис. 4.

Рис. 4. Модель трассы.

— усредненный угол наблюдения поля в точке р,

- угол падения волны в точке отражения О.

Распространение волн происходит при нормальной тропосферной рефракции над влажной почвой. Т.к. длина волны, длина трассы Rqp=900, h1=2м, h2=9м, то можно заключить, что у нас тип радиотрассы с высоко поднятыми антеннами: .

Расстояние прямой видимости будет равно:

Получается первая модель радиотрассы:

0.2Ro=3.664 км.

Используя формулы для ХН, коэффициентов отражения, углов, множителя влияния среды, находим зависимость поля Е () на трассе от усредненного угла наблюдения .

Ход решения выглядит так Находим поле (рис.5)

Рис. 5. Зависимость поля от угла наблюдения Из рисунка видно, что поле максимально при =0 градусов.

Расчет поля от длины радиотрассы проводится аналогично, но ставится зависимость от R.

И так Рис. 6. Зависимость поля от длины радиотрассы Из рисунка видно, что поле Е® c увеличением расстояния то убывает.

Расчет мощности Расчет зависимости максимальной мощности Рпр на входе радиоприемника от высоты h2 производится по формуле уравнения радиосвязи с учетом влияния среды:

;

Расчет КНД для антенн производился по формулам:

где Sq=S*КИП (коэффициент использования поверхности, в нашем случае я брал его равным 0.81- апертурный КИП из-за спадающего амплитудного распределения).

Получилось, что Dper=20.66, а Dpr=15.2.

Расчет производился по следующей технологии:

Окончательно получаем зависимость (рис. 7.):

Рис. 7. Зависимость мощности приемной антенны от высоты h2

Произведем расчет высоты первого максимума поля и найдем допустимую высоту неровностей на трассе.

Таким образом, первый максимум поля расположен на высоте h2=11.25 м, а допустимая высота неровностей составляет всего лишь 3 см.

Из графика (рис. 7.) видно, что при увеличении высоты h2 значение мощности падает. По графику также виден первый максимум, рассчитанный выше.

Расчет трассы с препятствием Оценим изменение поля Е (р) за непрозрачным препятствием высотой Н2=8м, расположенного перед приемной антенной на расстоянии R2=250м. Оценка производится с помощью рис. 8.

Рис. 8.Трасса с препятствием.

Расчет производился по следующей схеме:

Получили, что bН, причем на 1.5м. Анализируя расчет, получим, что у нас закрытая трасса. И получается, что большая половина элементов Гюйгенса не излучает .

Расчет поля Расчет поля от угла наблюдения и от расстояния в этом пункте производится аналогично предыдущему пункту, изменяется только среды. Зависимость поля от для разных подстилающих поверхностей представлена на рис. 9.

Рис. 8. Зависимости поля от для разных почв Верхний график — это зависимость для влажной почвы, нижний — сухой почвы. Из графиков видно, что при перемене подстилающей поверхности поле уменьшается.

Для зависимости поля от R для разных почв имеем:

Рис. 9. Зависимости поля от R для разных почв Верхний график — это для влажной почвы, другой — для сухой. Из графика видно, что при сухой почве поле с расстоянием падает быстрее.

При наличии пресного водоема Т на трассе с берегом Нт=1м и Rт=100.150 берем, что h1=3м, h2=10м. Получаем при перемещении приемной антенны точка отражения О тоже меняет свое положение. Рассмотрим, когда тока попадает и находится вне озера. Зависимость поля от расстояния будет выглядеть так:

Рис. 10. Зависимость поля от расстояния при наличии на трассе пресного озера поляризация антенна мощность радиоприемник Из графиков видно, что поле над озером увеличивается.

При переходе в другой частотный диапазон f2=2000МГц получаем зависимость:

Рис. 11. Зависимость входной мощности приемной антенны от h2 при переходе в другой частотный диапазон

Из графиков видно, что при переходе значение мощности становится меньшим.

Но увеличиваются значения hdop и hmax:

Значит, уменьшение частоты ведет к большей применимости трассы.

1. Г. Т.МАРКОВ, Д.М.САЗОНОВ. Антенны. М., «Энергия», 1975, 528с.

2. Г. Т.МАРКОВ, Б.М.ПЕТРОВ, Г, П, ГРУДИНСКАЯ. Электродинамика и распространение радио волн. М., «Советское радио», 1979, 375с.

3. Г. П.ГРУДИНСКАЯ. Распространение радиоволн. М., «Высшая школа», 1975, 280с.