Распространение радиоволн в условиях большого города

Любую радиотрассу можно представить в виде набора нескольких основных путей, по которым сигнал от базовой станции доходит до приёмной антенны и наоборот. На каждом из этих путей находятся различные объекты, влияющие на распространение радиоволн. В городских условиях это:

1. Направляющие структуры – проспекты, улицы, участки рек, контактные линии городского электротранспорта и др.

2. Отдельное здание или группы зданий

3. Поверхность Земли и препятствия на ней (автомобили, столбы, заборы и др.)

4. Участки растительности (парки, скверы, дворовые насаждения и пр.)

Т.е. большой город можно рассматривать как сильно пересечённую местность:

Распространение УКВ в городах имеют две основные особенности:

1. Повышенное ослабление поля по сравнению с открытой местностью;

2. Большая неоднородность напряжённости поля в различных точках наблюдения, особенно внутри домов.

1. Первая особенность:

Повышенное ослабление обусловлено большим количеством препятствий типа каменных и железобетонных зданий, большого количества проводов, крыш зданий и др. Потери оценивают статистически, разделяя районы города на два типа:

– густо застроенные высотными зданиями;

– районы, застроенные в основном двух и трехэтажными зданиями.

2. Вторая особенность:

Большая неоднородность поля в различных точках наблюдения обусловлена интерференцией большого числа волн, отражённых от различных препятствий в пределах города.

Измерения показали, что уровень отражённых сигналов составляет

50 – 60 % от прямого сигнала.

Это сильно искажает передаваемое изображение (многоконтурность).

К тому же отражения изменяют первичную поляризацию поля. Например, передающая станция работает с горизонтальной поляризацией сигнала, а при приёме в городских условиях обнаруживается вертикальная составляющая, которая равна 30 % от уровня горизонтальной составляющей.

Для высококачественного приёма необходимо применять наружные антенны коллективного пользования с большим коэффициентом усиления и оптимально располагаться в конкретных условиях.

Грубую оценку среднего уровня напряжённости поля можно делать по формуле Введенского, вводя множитель (0,4 ÷ 0,6).

Схема распространения УКВ в таких условиях имеет вид:

Рисунок - Распространение УКВ в условиях города при наличии прямой видимости между передающей и приемной антеннами

В приёмную антенну приходят прямая и отражённая волны. Зная высоты антенн h₁и h₂, необходимо установить границы первой зоны Френеля. Эти границы обозначены линией MN.

Если эта область приходится на застроенную часть города, то необходимо оценить среднюю высоту крыши Н в этом районе. Поле можно рассчитать по интерференционным формулам, считая под высотами антенн – высоты, отсчитываемые относительно этого среднего уровня h₁’ и h₂’. Это допущение возможно, т.к. при скользящем падении металлические крыши являются хорошими отражателями.

Расчёт напряжённости электрического поля в городских условиях. Модели расчёта Модель Бардина - Дымовича

С учетом среднего уровня высоты застройки с уровнями подъёма передающей и приёмной антенны, Бардин и Дымович используя экспериментальные данные, на основании принципа Гюйгенса и Френеля получили эмпирические формулы для расчёта поля УКВ, учитывающие размеры улиц и их расположение относительно передающей станции.

Наиболее интересным есть случай плотной застройки, т.е. необходимо проводить оценку для наихудших условий распространения, т.е. для приёма на поперечных улицах (перпендикулярных к линии, соединяющей передатчик и приёмник). Предполагалось, что стены здания являются абсолютно поглощающими и не оказывают влияния на Е в точке приёма.

Решая дифференциальную задачу вариационным методом и используя приближённый способ вычисления быстро осциллирующих интегралов, получили простую формулу для напряжённости поля на поперечных улицах

,

где

Р – мощность передатчика, подводимая к антенне;

D – коэффициент усиления антенны;

h₁’ – высота передающей антенны, отсчитываемая от уровня крыш в месте приёма;

r – расстояния от исследуемой точки до передающей станции;

λ – длина волны;

Z – расстояние от приёмника до уровня крыш зданий;

b – половина ширины улицы F.

Рисунок - График зависимости - дополнительный множитель.

F - дополнительный множитель, определяемый по графику на рис. 5.1. предполагалось, что Z >> λ, b >> λ. Формула даёт неплохое совпадение с экспериментом.