Управление РЧС Bihovskiy

Поверхностный волновод. Этот наиболее важный краткосрочный механизм распространения МС может вызывать высокие уровни сигнала на больших расстояниях (более 500 км над морем). Уровень таких МС при определенных условиях может превысить уровень, соответствующий распространению в свободном пространстве.

Отражение и преломление поднимающимися слоями. Отражение и/или преломление от слоев на высотах до нескольких сот метров имеет большое значение как механизма распространения, обусловливающего при благоприятной геометрии трассы уровни МС выше, чем при распространении за счет дифракции. Кроме того, влияние данного механизма распространения может быть существенным наоченьбольших расстояниях (вплотьдо 250…300 км).

Рассеяние гидрометеорами может являться потенциальным источником МС между передатчиками наземных линий связи и земными станциями из-за фактически всенаправленного характера переизлучения радиоволн и может, следовательно, оказывать мешающее влияние по трассам, лежащим вне плоскости большого круга. Уровни таких МС могут быть значительны так же, как и при тропосферном рассеянии, только в специфических случаях (земные станции спутниковых систем связи или станции радиолокационных систем).

Экранирование локальными неоднородностями (строения, деревья и т.п.). Этот фактор при распространении МС играет защитную роль, поскольку в определенной степени понижает уровни МС в точке их приема.

Методы прогноза уровней МС в диапазоне частот 0,7…100 ГГц содержатся в Рекомендации Р.452 МСЭ-Р [36]. Ниже кратко рассматривается ее основное содержание, касающееся особенностей распространения МС и прогнозирования их уровней в различных условиях.

Радиометеорологические данные. В процедурах прогноза характеристик распространения МС применяются три радиометеорологических параметра [34]:

–N — изменение среднего индекса рефракции атмосферы на 1 км высоты;

–β0 — процент времени, для которого преломляющее индексное превышение погрешности N > 100 ед./км может ожидаться на первых 100 м высоты атмосферы; β0 должен определяться на географической широте середины трассы;

–N0 — индекс рефракции на уровне поверхности моря.

Радиоклиматические зоны, для которых применимы методы прогнозирования Рекомендации Р.452 [34], приведены в табл. 2.13.

Таблица 2.13. Радиоклиматические зоны

Эффективный радиус Земли. Медианное значение параметра эффективного радиуса

С учетом действительного радиуса Земли 6371 км, медианное значение эффективного радиуса Земли

ae = 6371k50 км.

112 ГЛАВА 2

Распространение МС в условиях прямой видимости. Основные потери при передаче,

где f — частота, ГГц; d — длина трассы, км; Es(p) — параметр коррекции, учитывающий эффекты многолучевого распространения и фокусировки, дБ,

γ0 и γw(ρ) — специфическое ослабление в сухом воздухе и водяных парах соответственно; ρ — плотность водяных паров.

Пример 7. Определить основные потери передачи для двух значений процентов времени р1 = 0,01% и р2 = 0,001% при распространении МС в пределах прямой видимости на расстояние 50 км над сухопутной территорией на частоте 11 ГГц.

Решение. В соответствии с [54] находим γ0 = 0,13 дБ/км. Поскольку трасса распространения МС сухопутная, то γw(ρ) = 0. Далее по (2.91) находим показатель Ag и по (2.90) — показатель Es(p). Подставляя данные в (2.89), получаем искомые потери Lb0(p). Результаты расчета представлены в табл. 2.14.

Таблица 2.14

Следует отметить, что величина Асв в табл. 2.14 представляет собой потери в свободном пространстве и ее значение определяется суммой первых трех слагаемых в (2.89). Как видно из представленных значений, основные потери передачи на трассе распространения МС в пределах прямой видимости для малых процентов времени меньше, чем в свободном пространстве. Причиной этого является интерференция прямой волны и волн, отраженных от слоистых неоднородностей тропосферы на высоте несколько десятков метров. Причем возникновение такой слоистой структуры тропосферы происходит при определенных погодных условиях, которые складываются обычно в летние месяцы (утренние и вечерние часы при отсутствии ветра).

Распространение МС из-за дифракции. Основные потери при передаче, дБ, не превышаемые для p% времени,

Здесь Ld(50%) — дифракционные потери для p = 50%, вычисляемые в соответствии Рекомендацией P.526 [31] для ае(50%); Ld(β0) — дифракционные потери для β0, %, вычисляемые в соответствии Рекомендацией P.526 [31] для ае(β0); Fi(p) — параметр интерполяции, основанный на том, что дифракционные потери для процентов β0 < p < 50% подчиняются логнормальному закону распределения,

Здесь I( ) — обращение (обратная функция) интеграла вероятности [31], которое находится в соответствии с соотношением

Esd(p) — поправка на многолучевые эффекты между антеннами и препятствиями, дБ, которая находится по формуле

где dlt и dlr — расстояния от передающей и приемной антенн до их радиогоризонтов, км, соответственно, эти величины определяются из профиля трассы распространения МС в соответствии с методикой, описанной в [31].

Пример 8. Рассчитать основные потери передачи на дифракционной сухопутной трассе распространения МС для условий сферической Земли при следующих исходных данных: длина трассы — 100 км; расстояние от передающей антенны до радиогоризонта 48 км; расстояние от приемной антенны до радиогоризонта 33 км; частота — 11 ГГц; процент времени — 0,01%; относительная проницаемость земли ε = 3; проводимость земли σ = 10–4 с/м; географическая широта середины трассы — 40°; высота передающей антенны над землей — 80 м; высота приемной антенны над землей — 50 м. Принять параметр атмосферы

N = 40 ед.

Решение. В соответствии с [34] определяются значения параметров β0 и ае(β0), а затем по методике [31] рассчитываются значения показателей Ld(50%) и Ld(β0). Далее по (2.94), (2.93) рассчитываются значения величин Fi(p) и Ld(p), а по (2.95), (2.91) — значения величин Esd(p) и Ag, подставляя которые в (2.92), получаем искомый результат. В табл. 2.15 приведены результаты расчета основных величин, полученных по описанной выше методике.

Таблица 2.15

Как видно из представленных результатов, на дифракционной трассе в отсутствии значительных препятствий величина дополнительных потерь по сравнению с потерями в свободном пространстве составляет около 23 дБ (для р = 0,01%).

Распространение МС путем тропосферного рассеяния. При малых процентах времени трудно установить действительный тропосферный эффект распространения, поскольку имеются и второстепенные эффекты такого способа распространения, такие, как тропосферный волновод и отражения слоя. Это допускает непрерывный прогноз основных потерь передаче в пределах процентов времени 0,001% ≤ p ≤ 50%.

Основные потери при передаче Lbs(p), дБ, не превышаемые в течение p ≤ 50%, могут быть определены по формуле

гдеθ — уголрассеяния натрассераспространения, мрад; Lf — частотно-зависимые потери, дБ,

где Gt и Gr — коэффициенты усиления передающей и приемной антенны соответственно; Ag — поглощение в газах, рассчитываемое по (2.91) при ρ = 3 г/м3 для полной длины трассы.

С помощью данной модели можно вычислять уровни МС как на длинных трассах (более 100 км), так и на коротких (вплоть до нескольких километров) с произвольными углами возвышения на обоих терминалах, а также на трассах с боковым рассеянием (т.е. вне плоскости большого круга) и на трассах распространения МС через боковой лепесток ДНА одной станции и главный лепесток ДНА другой станции.

Диаметр дождевой ячейки dc, км, зависит от интенсивности дождя R, мм/ч, как

dc = 3,3R–0,08. (2.102)

Ячейка центрируется на точке пересечении ДНА взаимодействующих станций, как показано на рис. 2.38.

Рис. 2.38. Геометрия трассы распространения МС из-за рассеяния радиоволн дождевой ячейкой

Потери передачи LR, дБ, из-за раcсеяния гидрометеорами для данной интенсивности до-

где ηE — параметр эффективности антенны ЗС (ηE < 1), типовое значение ηE = 0,6; dT — расстояние между станциями через объем рассеяния (ОР), км; f — частота, ГГц; zR — пара-

метр отражаемости единичного объема дождя ниже или выше высоты дождя, мм6/м3,

Здесь R(p) — среднеминутная интенсивность дождя в точке, превышаемая в течение р% времени; S — поправочный параметр на отклонение закона рассеяния от релеевского на частотах выше 10 ГГц [31]:

где θ — угол рассеяния трассы распространения МС; Ag — ослабление в кислороде и парах воды, рассчитываемое по (2.94) при ρ = 7,5 г/м3 [36]; C — эффективная передаточная функция рассеяния,

где hmin, hmax — минимальная и максимальная высота интегрирования; gT0 — коэффициент усиления антенны наземной станции; gT — ДНА наземной станции в направлении на ОР; εE — угол возвышения оси ДНА земной станции; ζ(h) — отражаемость объема рассеяния, нормализованная к zR,

Здесь hR — средняя высота дождя, значения которой приведены в Рекомендации P.838 [38]; AT, AE — ослабление в дожде от наземной станции до ОР и от ОР до земной станции, соот-

ветственно.

При данных расчетах ДНА наземной станции аппроксимируется гауссовской функцией вида

где h0,5 — разность высот точек пересечения осью антенны земной станции луча антенны наземной станции по уровню 0,5 (точки –3 дБ).

Пример 12. Рассчитать основные потери передачи при распространении МС между земной станцией ФСС и наземной станцией НФС за счет рассеяния дождем для 0,01% времени при следующих исходных данных: частота сигнала — 11 Гц; коэффициент усиления антенны наземной станции в направлении на объем рассеяния — 40 дБ; интенсивность дождя для 0,01% времени — 100 мм/ч; расстояние между станциями — 50 км; угол возвышения антенны земной станции — 20°; погонные потери в атмосфере — 0,13 дБ/км.

Решение. По [38] находим значение hR. Далее по (2.106) с учетом (2.107), (2.108) рассчитываем показатель С. Затем по (2.104) и (2.105) получаем zR и 10lg(S). По очевидным геометрическим соотношениям рассчитываем dT. Далее, принимая типовое значение ηE = 0,6 и подставляя данные в (2.103), получаем искомый результат. Результаты расчета основных показателей расчета, выполненного по программе на ЭВМ, представлены в табл. 2.19.

Таблица 2.19

Контрольные вопросы по главе 2

1.Дайте определение понятия класса излучения. Расшифруйте следующие классы излучений: F8EJF, G7EBT, F3FNN, G1EBN.

2.Назовите виды нежелательных излучений радиопередатчиков и охарактеризуйте роль каждого из них в формировании условий ЭМО и ЭМС.

3.Укажите основные причины возникновения внеполосных излучений и проиллюстрируйте это рисунком.

4.Укажите основные причины и виды побочных излучений. Какие способы уменьшения побочных излучений применяются в РЭС?

5.Дайте определение побочным каналам приема и охарактеризуйте их роль в формировании условий ЭМО и ЭМС.

6.Определите частоты побочных каналов приема при следующих данных: частота сигнала 4000 МГц; частота гетеродина 4070 МГц.

7.Поясните, каким образом можно уменьшить влияние побочных каналов приема.

8.Дайте определение максимальной и реальной чувствительности приемника. Проиллюстрируйте ответ рисунком.

9.Что такое односигнальная и многосигнальная избирательность приемника?

10.Дайте определение и поясните с помощью рисунка понятие избирательности (односигнальной) по соседнему каналу.

11.Дайте определение и поясните с помощью рисунка понятие избирательности (односигнальной) по зеркальному каналу.

12.Назовите основные типы антенн и виды РЭС, в которых они находят применение.

13.Объясните наличие трех зон основного излучения антенн и назовите основные особенности структуры электромагнитного поля в этих зонах.

14.Почему характеристики антенн необходимо измерять в дальней зоне?

15.Дайте качественное и количественное определение диаграммы направленности антенны.

16.Изобразите типовую форму идеализированной и реальной диаграммы направленности антенны на основной поляризации и кроссполяризации.

17.Укажите основные причины, влияющие на характеристики антенн.

18.Дайте качественное и количественное определение и назовите основные особенности показателя «кроссполяризационная защита антенны».

19.Укажите физическую сущность и различие усредненной и гарантированной диаграммы направленности антенн.

20.Укажите физическую сущность эталонных диаграмм направленности антенн и особенности их применения при расчетах ЭМС.

21.Каковы особенности использования при расчетах ЭМС диаграммы направленности антенн на кроссполяризации.

22.Дайте определение полезного радиосигнала. Какие требования с точки зрения условий распространения предъявляются к нему?

23.Перечислите основные механизмы распространения полезных радиосигналов.

24.Дайте определение мешающего радиосигнала (радиопомехи, помехи). Какие требования с точки зрения условий распространения предъявляются к нему?

25.Перечислите основные механизмы распространения мешающих радиосигналов.

26.Что такое замирания радиосигнала и каковы их основные характеристики? Изобразите замирания графически.

27.Назовите основные причины и виды замираний радиосигналов.

28.Дайте определение трассы распространения сигнала и назовите ее основные характеристики.

29.Дайте определение профиля трассы и назовите его основные характеристики.

30.Назовите причины появления интерференции и ее влияния.

31.Назовите причины возникновения рефракции и изобразите ее на рисунке.

32.В чем причины возникновения дифракции и как она учитывается при расчетах

33.Что из себя представляют гидрометеоры? Как влияют гидрометеоры на распространение радиосигналов?

34.Что такое локальные неоднородности и каковы их основные виды? Как они влияют на распространение радиосигналов?

35.Что такое кроссполяризация? Какова ее роль в формировании условий ЭМО и ЭМС.

36.Что такое деполяризация? Изобразите ее на рисунке.

37.Что такое ДТР и каковы основные причины этого явления?

38.Что такое тропосферный волновод и каково его влияние на распространение радиоволн?

Глава 3

МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ

3.1. Методы определения защитных отношений

Защитное отношение по высокой частоте определяется как минимально-допустимое (пороговое) отношение Qмдоп мощности полезного сигнала (ПС) к мощности мешающего сигнала (МС) на входе приемника, которое позволяет получить на его выходе заданное качество полезного сигнала [1, 2]:

где Рсвх, Рмвх — соответственно мощности ПС и МС на входе приемника.

Обычно защитные отношения (ЗО) выражаются в децибелах в соответствии с выражением

Защитные отношения наиболее часто используют в качестве критерия ЭМС аналоговых и цифровых систем радиосвязи. Выбор такого критерия объясняется тем, что качество сигнала на выходе приемника обычно монотонно зависит от входного отношения сигнал/помеха Qвх = Рсвх/Рмвх. Действие помех приводит к ухудшению характеристик ПС на выходе приемника, например, к увеличению коэффициента ошибок, ухудшению качества выходного изображения и (или) разборчивости речи.

На величину ЗО влияют многие факторы, такие, как частотный разнос между несущими ПС и МС, вид и глубина их модуляции, способ обработки сигнала и метод его кодирования, характеристики приемника (его чувствительность, избирательность) и др.

Заданное качество приема ПС в присутствии МС обеспечивается, если выполняется критерий ЭМС в виде

где qвх, qмдоп — соответственно отношение сигнал/помеха на входе приемника и требуемое ЗО, дБ.

Отношение сигнал/помеха на входе приемника Qвх изменяется во времени случайным образом, вследствие чего условие ЭМС (3.3) в определенном проценте времени (Т%) работы канала связи может не выполняться и соответственно качество выходного полезного сигнала в некоторые временны΄е интервалы (при qвх < qмдоп) будет хуже по сравнению с заданным. Например, в цифровых системах передачи в этом случае коэффициент ошибок превысит допустимое значение в течение Т% времени. Поэтому в совмещаемых радиослужбах нормируется процент времени любого месяца (Т%), в течение которого коэффициент ошибок может быть больше допустимой величины. Например, в цифровых РРЛ прямой ви-