2. Распространение дециметровых и сантиметровых радиоволн в свободном пространстве.

Ослабление поля в свободном пространстве.

Свободное пространство - это однородная среда с диэлектрической проницаемостью , магнитной проницаемостью , которая имеет волновое сопротивление, равное:

Определим величину модуля плотности потока мощности _, создаваемой сферической волной, излучаемой ненаправленной антенной, в точке на расстоянии R м от антенны, при подводимой к антенне мощности Р_изл.

= (1)

Если к передатчику подключена направленная антенна, диаграмма направленности (ДН) которой по полю записывается как F( ), а по мощности F ( ), то такая антенна будет обеспечивать в направлении излучения коэффициент усиления G. Здесь соответственно, - углы ДН в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Тогда для модуля плотности потока мощности уравнение (1) запишется как

= (2)

На большом расстоянии от излучающей антенны малый элемент сферической волны можно рассматривать как плоский, следовательно

(3)

где - эффективные значения напряженности электрического и магнитного полей.

Используя связь между полями Е₀ и Н₀ для плоской волны, запишем

Н = = (4)

Подставим полученное значение вектора Н в выражение (3)

= (5)

Приравняем величину из формул (2) и (5)

= ,

откуда получим выражение для электрического поля Е

Е = F( ) . (6)

Если излучение антенны точно направлено на корреспондента, то нормированная к максимальному значению величина ДН . Тогда выражение (6) можно записать как

Е = . (7)

Величина излучаемой мощности Р_изл, подводимой к входу антенны меньше мощности передатчика Р_Т на величину потерь h_Т в фидерном тракте, соединяющем передатчик с антенной, т. е.

(8)

В точке приема антенна перехватывает поток излученной мощности. Площадь раскрыва антенны, перехватывающей поток равна

S = . (9)

Принимаемая приемной антенной излученная мощность P_R и мощность сигналов Р_с, поступающих через фидер, соединяющий антенну с приемным устройством, имеющий потери , связаны соотношениями.

, откуда . (10)

Полагая по-прежнему, что ДН точно направлена на точку приема, т. е. полагая, что величина нормированного значения F ( ) = 1 и используя формулы (2), (8), (9) и (10) можно определить мощность, поступающую на приемную антенну

Р = S = = . (11)

Мощность сигнала, поступающего на приемное устройство (11) равна

P_с = (12)

Обозначим коэффициентом V ослабление радиоволн в свободном пространстве

V = (13)

При расчетах удобнее вместо коэффициента ослабления радиоволны

в свободном пространстве использовать обратную величину L , которая носит название основных потерь в свободном пространстве

L = = (14)

Используя формулы (13) и (14) можно записать выражение для величины мощности сигнала, поступающего на приемное устройство

P =P G G V (15) или P =P G G (16)

Из формул (15.16) можно определить потери в свободном пространстве как

=G G V (17)

При расчетах по формулам (15,16) более удобно их прологарифмировать, т.е. пользоваться величинами, представленными в дБ Вт или дБ мВт. Тогда выражения (15) записываются в виде суммы или разности

(18)

Диаграмма уровней.

Распределение отдельных видов потерь в проектируемой линии связи удобно представлять при помощи диаграммы уровней (рис. 1.5.1). На отдельных участках оси абсцисс этой диаграммы представлены различные виды потерь. По оси ординат откладываются мощности в отдельных звеньях линии связи в децибелах по отношению к 1 Вт. В некоторых случаях за единицу мощности выбирают 1мВт, но это только изменяет масштаб по оси ординат и принципиального значения не имеет. Потери на отдельных участках представляются в виде разности соответствующих уровней. Исходной величиной при построении диаграммы уровней является мощность на входе приемного устройства, причем задаваемое отношение сигнал/шум обычно представляется отдельно.

1 – Мощность передатчика в дБ;

2 – Потери в передающем фидере в дБ;

3 – Коэффициент усиления передающей антенны в дБ;

4 – Основные потери при распространении в дБ;

5 – Потери в реальной среде в дБ;

6 – Коэффициент усиления приемной антенны в дБ;

7 - Потери в приемном фидере в дБ;

8 – Отношение сигнал/шум на входе приемного устройства в дБ;

9 – Мощность сигнала на входе приемника в дБ.