книги из ГПНТБ / Хромых, М. К. Проектирование радиорелейных линий связи

диорелейных линий следует уметь варьировать теми пара­ метрами, которые в какой-то степени поддаются расчету или управлению, выбирая при этом оптимальные условия, обеспечивающие наиболее устойчивую связь. Поскольку ме­ теорологические условия на трассе радиорелейной линии не поддаются управлению, то приходится подчинять им выбор и расчет всех остальных параметров.

Замирания на радиорелейных линиях определяются глу­ биной и длительностью. Статистические данные дают воз­ можность считать, что на радиорелейных линиях наиболее вероятны два типичных режима, с точки зрения влияния за­ мираний: медленные неглубокие замирания, для которых нормы МККР по тепловым шумам могут превышаться в те­ чение длительных промежутков времени (их часто называют коррелированными,поскольку в этом случае более вероятно одновременное замирание на многих интервалах РРЛ); кратковременные глубокие замирания, для которых нормы МККР по тепловым шумам могут превышаться за очень короткие промежутки времени (такие замирания на всех интервалах РРЛ статистически независимы, т. е. происхо­ дят неодновременно).

Состояние среды на участке распространения характе­ ризуется физическими (температура, давление, влажность) и электрическими (диэлектрическая проницаемость в, ко­

эффициент преломления п а; j/е , вертикальный градиент диэлектрической проницаемости g = ^|) параметрами.

С понятием о вертикальном градиенте связано явление рефракции, при котором имеет место искривление траекто­ рии распространения радиоволн, обусловленное неоднород­ ностью среды. Очевидно, что g < 0, если диэлектрическая проницаемость с высотой уменьшается, и g > 0 при увели­ чении диэлектрической проницаемости с высотой. Пола­ гая изменение диэлектрической проницаемости с высотой линейным, можно приближенно учесть влияние рефракции, введя понятие об эквивалентном радиусе земли, при котором траектории движения радиоволн будут близки к линейным. Известно, что эквивалентный радиус Земли

где а — 6370 км — геометрический радиус Земли.

30

В зависимости от формы траектории движения луча элек­ тромагнитной энергии могут быть различные виды рефрак­ ции (рис. 12).

Принято считать рефракцию отрицательной, если траек­ тория луча имеет вогнутую форму кривизны, в этом случае

лой форме кривизны рефракцию принято считать положи­

4.При g < £кР имеет место явление сверхрефракции.

Вреальных условиях физические параметры тропосфе­ ры непрерывно изменяются, что вызывает соответствующее изменение е, а следовательно, и вертикального градиента диэлектрической проницаемости. Для того чтобы учесть эти изменения, вводят понятие эффективною вертикального градиента g3, под которым понимают постоянный по высоте градиент, когда напряженность поля в точке приема такая же, как и в случае реального изменения s на трассе. Величи­

рах профиля интервала РРЛ воспользуемся рис. 4. Если провести касательную к самой высокой точке препятствия,

31

то на перпендикулярах, восстановленных в крайних точках интервала к хорде R0, эта касательная отсечет отрез­ ки h\ щ/i', которые принято называть геометрическими вы­

сотами антенных опор. При наличии на вершине препятствия леса касательная проводится к поверхности, ограничиваю­ щей верхушки деревьев. При известных высотах антен­ ных опор расстояние между линией А В, проходящей через осевые точки приемной и передающей антенн, и наиболее высокой точкой профиля местности образует геометрический просвет Н. Для классификации трасс РРЛ вводится поня­ тие расчетного просвета # 0. Это такой просвет, при котором значение множителя ослабления на интервале близко к еди­ нице. Численно расчетный просвет определяется из соотно­ шения

н а = У

Трассы считают открытыми при Н > Н0, полуоткрытыми при Н0 > Н > 0 и закрытыми при Н < 0.

32

Величина просвета с учетом явления рефракции

Из этого выражения видно, что при положительной рефрак­ ции (g < 0) значение просвета на интервале увеличивается, а при отрицательной рефракции (g > 0) — уменьшается. Таким образом, при изменении метеорологических условий трасса может превращаться из открытой в закрытую, и на­ оборот. При расчетах трассы бывает необходимо знать рас­ четную ширину препятствия г, которая определяется как расстояние между точками пересечения контурной огибаю­ щей профиля с линией, параллельной касательной к верши­ не препятствия и удаленной от нее на расстояние Лг/; в ди­ апазоне сантиметровых и дециметровых волн можно принять Ау 'х, Н0 (см. рис. 4).

Для оценки устойчивости связи на радиорелейных ли­ ниях вводят понятие о минимально допустимом множителе ослабления, под которым понимают такое его значение, ког­ да тепловые шумы находятся в пределах заданных норм МККР. Исходя из условий неодновременное™ замираний на РРЛ, можно вывести формулы для определения минимально допустимого множителя ослабления на участке связи.

В этих формулах R0,- — длина /-го интервала линии, м; г|а/ — общий к. п. д. антенно-волноводного тракта на /-м интервале; Рщ.т.макс — максимальное значение мощности тепловых шумов, пВт; М — коэффициент, зависящий от электрических параметров аппаратуры (значения коэффи­ циента см. в табл. 9, где приведены электрические параметры радиорелейной аппаратуры с частотным уплотнением [16]),

При расчете затухания в фидерах следует учитывать спо­ соб соединения антенны с аппаратурой. На главных и око­ нечных станциях рекомендуется аппаратуру располагать внизу, тогда длина горизонтального фидера берется поряд­ ка 10 м на одну станцию. Длину вертикальной части пример­ но можно взять равной геометрической высоте антенной опо­ ры плюс запас порядка 5—10 м. На промежуточных стан­ циях аппаратура может размещаться вверху на опорах, тогда длина фидеров берется порядка 6 м на одну станцию. Погонное затухание для различных волноводных фидеров определяется из графиков рис. 11. Значение затухания ре­ комендуется определять для средней частоты рабочего диапа­ зона. Ниже приведены данные о затуханиях в отдельных эле­ ментах (в расчете на одну станцию) антенно-волноводного тракта (АВТ) радиорелейных линий, работающих в санти­ метровом диапазоне волн:

На РРЛ дециметрового диапазона в антенный фидер обычно включают только разделительные фильтры.

На рис. 14 приведен график зависимости к. п. д. пери­ скопической антенны ц от высоты подвеса верхнего зер­ кала h. Формулами (12) и (13) для определения минимально допустимого множителя ослабления можно пользоваться только в том случае, если в радиорелейной аппаратуре не применяется замещающий генератор и если сигнал на входе приемника при замираниях обеспечивает нормальную ра­ боту ограничителя. При наличии замещающего генератора минимально допустимый множитель ослабления

4яR0j / р

где Рпр.зам — мощность сигнала на входе приемника, при которой включается замещающий генератор.

Если минимальный сигнал на входе приемника Рпр.мин ниже порога ограничения Рпр.огр, то расчет минимально до­

36

пустимого множителя ослабления следует производить по формуле

Если среднестатистические данные таковы, что на трассе более вероятны медленные неглубокие замирания, то они могут иметь место одновременно на нескольких участках.

Рис. 14. График зависимости т) (И):

для нормальных (/) и для увеличенных (2) размеров верхнего зеркала.

В этом случае минимально допустимый множитель ослабле­ ния при многоканальном телефонировании и при передаче программы телевидения определяется соответственно по следующим формулам [4, 16, 53]:

где q—число интервалов, на которых имеют место одновре­ менные замирания сигналов (так как одинаковые климати­ ческие условия более вероятны на участке длиной до 150 км, то принимают q = 2; 3); т и т эт = 54 — число интервалов реальной и эталонной РРЛ соответственно.

При использовании для расчетов Р мин.доп формул (16) и (17) следует усреднять длины интервалов и фидеров РРЛ. Значение минимально допустимого множителя ослабления

37

в этом случае будет одинаковым для всех интервалов трас­ сы. Полученные значения минимально допустимого множи­ теля ослабления используют при расчете высот антенных опор. Если РРЛ предполагают использовать как для много­ канального телефонирования, так и для передачи программы телевидения, то при расчетах берут большее значение ЁМин.Доп, для другого вида работы производят поверочный расчет устойчивости. Опыт проектирования показывает, что при числе каналов меньшем 600 определяющим является КМИн.доп для телевидения. Если число каналов больше 1000, то опре­ деляющим является Рмнн.доп для телефонии.

Расчет высот антенных опор при различных профилях интервалов

При расчете высот антенных опор следует обеспечить необходимые средние уровни сигнала на интервалах РРЛ и устойчивость работы линии при замираниях в пределах заданных норм МККР. Согласно существующей методике расчета трасс РРЛ, разработанной докт. техн. наук А. И. Калининым, следует учитывать особенности рельефа местности на соответствующих интервалах.

Если есть возможность выбрать высоты антенных опор такими, при которых точки передачи и приема не экраниру­ ются друг от друга, то трассы по своему характеру открыты и в этом случае методика расчета будет примерно одинакова для ровной местности и для местности с наличием одного препятствия. Для большинства таких интервалов просвет получается положительного знака. Если на интервале есть высокие препятствия, для которых нельзя выбрать соответ­ ствующие высоты антенных опор, то имеет место экраниро­ вание точек передачи и приема. Поэтому расчет таких трасс отличается некоторыми особенностями. Могут быть и другие характерные профили, требующие особого подхода к расче­ ту трассы.

Открытые трассы. Общий вид профиля открытой трассы показан на рис. 15. В этом случае экранирующие препят­ ствия отсутствуют, поэтому при расчетах следует учитывать отражение электромагнитных волн от земной поверхности. Прежде всего следует рассчитать оптимальное значение про­ света, что позволит определить оптимальные высоты антен­ ных опор. Расчет рекомендуется производить в такой после­ довательности:

38

определяем расчетный и относительный зазоры:

-y R № ( l - k ) ;

H + A H ( g )

P(g) H0

где

Rl

л я (г ) = — z - g k ( i - k )

Рис. 15. Общий вид профиля для открытого интервала трассы.

Задаваясь определенными значениями просвета (5, 10, 15, 20,... м), для каждого случая рассчитываем к. п. д. ан­ тенно-волноводного тракта и минимально допустимое зна­ чение множителя ослабления.

Рассчитываем значение общего процента времени, в те­ чение которого множитель ослабления меньше минимально допустимого (гидрометеорологическими влияниями прене­ брегаем, так как на волнах длиннее 4 см они сказываются незначительно):

Тмин.доп) То (Рмин.доп) "Н Т п<УМ И Н . доп) "Ь Ттр(Р.мин.доп),

где Т0, Тпи Ттр— проценты времени, в течение которого мно­ житель ослабления меньше Рми„. ДОпЗа счет экранирующе­ го влияния препятствий, за счет нахождения точки приема вблизи «-го интерференционного минимума и за счет влия-

39

Г,дБ

4

Рис. 16. Интерференционные кривые зависимее^ V (р).