4.Радиокоммуникацияның жербетілік жүйелері

Біз жер бетінде өмір сүруімізге байланысты радиобайланыстың жербетілік жүйелері бұл жүйелердің ішіндегі ең бастысы болып табылады.

4.1 Радиокоммуникацияның аймақтары

2-ші тарауда біз жер бетінің ойлы-қырлы жерлерінің радиотолқындардың таралуына және пайдалы сигналдың әлсіреуіне әсер етуі туралы айтып өткенбіз.Бірақта,радиотолқындардың таралуы шартына,әсіресе УКВ және СВЧ диапазондарында байқалатын,көп мәнді енгізетін-Жер шарының сфералығы.

Бізге көкжиек түсінігі бала кезімізден белгілі.Біз білеміз,егер жоғары көтерілсек,көру аймағын кеңейтуімізге болады.Және де логикалық түрде қарасақ,негізгі ақпарат тасушылар болып саналатын жоғарыжиілікті радиотолқындар да,белгілі бір шектен артық тарала алмайды,өйткені радиотолқындар мен жарықтың табиғаты-бірдей.Сондықтан жербетілік байланыс жүйелері үшін көру зоналарының,жербетілік байланыс жүйелеріне қызмет көрсету мен жабудың көлемін анықтау өте маңызды болып табылады.

Бұл зоналарға анықтама берейік.

Көру аймағы деп бағытталған таратқыш антеннаның диаграммасының көз алдында болатын жер бетінің аймағын айтады.Оны сәулеленетін радиосигнал бар аймақ деп атауға да болады.

Жабын аймағы деп таратқышпен туындалатын аймақтың қысымы тұрақты байланыс жүйелерінің шарттарын қанағаттандыратын көру аймағының бөлігін айтамыз.

Қызмет көрсету аймағы деп ақпарат арнайы осы зонаға таратылатын жабын зонасының бөлігін айтамыз.Мұндай аймақ ретінде тіркелетін радиобайланыс жүйесіндегі бір ғана қабылдағыш станция,УКВ радиотарату жүйесіндегі қала болуы мүмкін.

Төменде біз көру және жабын зоналарының есептеу модельдерін қарастырамыз. Қызмет көрсету аймағының есептеуі байланыс мекемесінің арнайы мақсаттарға байланыстырылуы керек сондықтан төмендетіледі.

4.1.1 Көру аймағының есебі.Қолданылатын таратқыш антенна электромагниттік толқынды h₁ биіктікте шағылыстырады деп тұжырымдайық.Жер шарының радиусын R_з= 6370м тең деп қарастырамыз.Жер бетінен антенна көрініп тұратын максимал арақашықтық d,антеннадан жер бетінен жүргізілген жанамаға тең болады.

4.1-сурет. Көру аймағының есебі

4.1-суретте алынған ОАВ тікбұрышты ұшбұрышына келесі түрдегі теңдікті жазамыз

d²=(R_з+h)² – R_з²= h²+2R_з h, мұндағы

h – антенна ілгішінің Жер бетінен биіктігі;

R_з – Жердің радиусы;

d-көкжиекке дейінгі қашықтық;

Жер шарының радиусынан көп кем,h антенна ілгішінің шынайы биіктігі үшін h² мәнін елемеуге болады,және Жер шарының радиусының мәнін тұрақты деп алып,

, (4.1)

D арақашықтығы километрмен өлшенеді, h – метрмен беріледі деген шарттпен жазамыз.Бұлай бізантенна ілгішінен көкжиек сызығына дейінгі арақашықты есептеуімізге болады.

Байланыс бұл шекарадан ары қарай орнатылуы мүмкін бе?Әлбетте, иә,егер көкжиектің сызығынан кейін орналасқан қабылдағыш антеннаны сондай-ақ Жер бетінен көтеруге болады.Егер қабылдағыш антенна h₁ биіктікке көтерілген болса,ал қабылдағыш антенна Жер бетінен h₂ биіктікке көтерілген болса, (4.1) формула келесі түрге ие болады:

. (4.2)

Практикалық есептеулерде (4.2) формула келесі түрде қолданылады:

,

Мұнда атмосфералық газдардың жербетілік қабатының шағылыстырушы қасиеті есепке алынған.

Бұл формулалар d радиусты шеңбер түзетін көру аймағының есептеулеріне де қолданылады.

4.1.2 Жабын аймағының есептеулер.Есептеулердің әдістерін айтпастан бұрын,тұрақты байланыс түсінігін енгізу қажет.Радиобайланыс тұрақты болады,егерде таратқыштан туындайтын өріс кернеулігі Е,қабылдау нүктесінде E_min минималды мүмкін шамадан бірнеше есеге көп немесе А қорғаныш қатынасы орындалса.Енгізілген терминдерді түсіндірейік.Әрбір қабылдағыш құрылғы U_min сезімталдығымен мінезделеді,яғни өз шумдары негізінде қабылдайтын минимал қуатпен.Сонда өрістің сезімталдығы мен қабылдағыш кірісіндегі қуат арасындағы байланыс келесі теңдікпен анықталады:

U(В)=E(В/м) h_д (м).

Қорғаныш қатынасы А-бұл пайдалы сигналдың амплитудасының табиғи және жасанды пайда болған шумдардың амплитудасына дегенмүмкін минималды шамасы болып табылады.Байланыс регламентінде А мәнінің әртүрлі ұзындықтағы толқын диапазондарына және 3…10 аралығында тербелетін әртүрлі байланыс жүйелері үшін мәндері келтірілген.

Жұмыс аймағын жербетілік радиобайланыс жүйелерімен есептеудің әдістері әртүрлі жиілік диапазондары үшін айырмашылық жасайды,алайда оларды 3 классқа бөлуге болады:

1. Тікелей көрініс айналасындағы таралу;

2. Ионосфера арқылы таралу;

3. Жердің сфералық бетінде таралатын радиотолқындардың таралуы,яғни жердің бетін жанамалйтын радиотолқындар үшін.

1-класстағы радиожүйелер үшін жұмыс аймағын есептеу бірнеше этаптан тұрады:

1. Бірінші этапта көру аймағы анықталады.

Жербетілік радиобайланыс жүйесінің көру аймағы деп, максималды көріну арақашықтығына d тең радиусты шеңберді алуға болады.Бұл шаманың мәні,(3.2) формуласына сәйкес,қабылдағыш және таратқыш антеннаны құру биіктігіне ғана тәуелді болады.

2. Екінші этапта максимал мүмкін болатын жабын зонасы есептеледі.

Бұл зона деп таратқыштың қуаты Р,минималды мүмкін болатын E_minнемесе қорғаныс қатынасынанАасып түсетін,өрістің қуатын құруға жететіндей шеңберді айтамыз.Қызмет көрсету зонасының радиусы келесі теңдікпен анықталады:

. (4.3)

3. Үшінші этапта,максималды жабын зонасынан және де көру аймағынан кем болатын,пайдалы немесе жұмыс зонасы анықталады.

Әртүрлі радиобайланыс зоналары үшін келтірілген формулалар таратқыш антеннаның изотропты шағылысуына жатады.Шеңбер емес бағытталу диаграммасы үшін сәйкес коэффиценттер енгізіледі.

Айтып өту керек,бұл есептеудің 4-ші кезеңіне жатады,ол бойынша алдыңғы тарауда айтылғандай таратқыштың максималды қуаты денсаулық үшін мүмкін деңгейлермен шектеледі.

2-класстағы радиожүйелер үшін жабын аймағын есептеу.

Егер ионосферадан шағылысатын сигналдар үшін көру аймағының контурын анықтау айтарлықтай оңай болса,онда жабын зоналарын көрсету көптеген сандық есептеулерді қажет етеді.

Біздің жағдайымызда,Жер бетінің қисықтығынан,көру аймағы шағылысу нүктесіндегі центрі бар симметриялық сфера сегментіне ұқсайды.Шағылысу нүктесінен 90⁰ вертикальды құрайтын түзу құрылады.Бұл түзу сызық атмосферадан өтіп ионосферада шағылысу нүктесіне дейін созылады.Егерде анықталған толқын ұзындығы үшін шағылысу биіктігі белгілі болса,онда шағылысу нүктесінен көру аймағының d шетіне дейінгі арақашықтықты табу қиындық туғызбайды.Ол мына теңдікпен анықталады:

,мұндағы (4.4)

R_з-Жердің орташа радиусы,6370 км.

Әдетте радиотолқынның шағылысу биіктігін h жуықталған ионосфералық модельдерден алады.Сәйкесінше,шынайы жабын зонасы есептіктен айырмашылық жасайды,себебі ионосфераның күйі айтарлық түрде мезгілдеріне,тәулік уақытысына,орынның аумағына тәуелді болады.

Минималды мүмкін болатын E_minмәндеріне немесе қорғаныс қатынасына Ақатысты шарттар орындалатын жабын зонасын есептеу қиындау болады.Снеллиус заңының және(2.27 и 2.28) формулаларының көмегімен радиотолқынның жер бетіне жанасатын нүктесіне дейінгі траекториясы анықталады.Осы формулалармен бір уақытта радиотолқынның энергиясының жұтылуы да есептелінеді.Сәуленің шағылысу нүктесіне дейінгі және одан ары жерге дейінгі жолдары сәуленің көтерілу және түсу трассаларындағы әртүрлі ионосфералық жағдайларға бйланысты симметриялы болмайды.

Жабын зонасының өрісіндегі кеңістіктік күшті бөлу есептеулерінің нәтижесінен қорғаныс қатынасын немесе қабылдағыштың сезімталдығынан аз мәндер алынып тасталады.Алынған қызмет көрсету аймағы радиусы көру аймағының радиусынан аз болатын сақинаны құрайды.Жақын радиус «өлі зонаға» сәйкес келеді.

3-класстағы радиожүйелер үшін жабын аймағын есептеу.

Жер бетін дифракция нәтижесінде бойлап өтетін радиотолқындар туғызатын көру аймағының соңғы радиусы болмайды.Жабын зонасы,қабылдағыштың таратқыштан алшақтатуына тәуелді,радиотолқынның жұмыс жиілігінің және беттің электрлік қасиеттерінің,дәлірек айтқанда диэлектрлік өтімділік  және өткізгіштіктің  бір-бірінен алшақтатылуына тәуелді,өшу функциясы бойынша W₀ есептеледі.

Төменде МККР және Байланыс регламенті ұсынған,әртүрлі радиожиіліктерге және жер бетінің электрлік қасиеттеріне арналған,өрістің кеңістіктік күшті бөлуінің графиктері келтірілген.

Одан кейінгі 4.1- кестеде әртүрлі жербетілік қабаттарға арналған өткізгіштің  мәндері көрсетілген. 4.2- кестеде МОН РКионосфера институтының экспедициялық өлшеулерінен алынған және жербетілік қабаттарымен ұснылған Қазақстанның әртүрлі аймақтарының өткізгіштік  мәндері көрсетілген.

А.

Напряженность поля в мкВ/м

Напряженность поля в мкВ/м

Расстояние, км Расстояние, км

Рисунок 4.2. Зависимость напряженности поля «прямой» волны над морем от расстояния при учете дифракции. W=1 кBт, =80, =3,6 См/м

Напряженность поля в мкВ/м

Напряженность поля в мкВ/м