33. Влияние высот антенн на дальность радиосвязи в укв диапазоне.

Определим максимальную длину УКВ радиоканала в пределах прямой видимости rMAX. Абстрагируясь, считаем, что поверхность Земли абсолютно гладкая, что внося некоторую погрешность, позволяет существенно упростить анализ. Поскольку земная поверхность для УКВ радиоволн является диэлектриком, rMAX (рисунок 2.20) представляет собой касательную ДЕ к окружности Земли.

где r1 – расстояние от передающей антенны до точки касания луча поверхности Земли, r2 – расстояние от точки касания луча поверхности Земли до приемной антенны.

Рисунок 31.1 – Определение максимальной длины УКВ-радиоканала в пределах прямой видимости

Из ОДВ и ОВЕ, соответственно, согласно теоремы Пифагора, имеем

где RЗ – радиус Земли (RЗ  6370 км), h1 и h2 – соответственно, высоты передающей и приемной антенн, м.

Тогда

Так как 2RЗ >> h1 и 2RЗ >> h2, значениями h1 и h2 в скобках (2.58) можно пренебречь.

Следовательно

Подставляя в (2.59) RЗ в км, а h1 и h2 – в м, получаем

Американские исследователи Скиллинг, Берроуз и Феррел предложили, для учета нормальной тропосферной рефракции, действительный радиус земли RЗ в расчетных формулах заменять эквивалентным значением RЭ, равным

где dN/dh – вертикальный градиент индекса преломления для нормальных условий в тропосфере, когда dN/dh = -0.04 1/м.

Тогда RЭ  8500 км или RЭ  4/3 RЗ. Подставляя это значение в (2.60), получим

Определим насколько влияет изменение высоты передающей антенны на дальность радиопередачи (рисунок 2.21).

Рисунок 31.2 – Влияние изменения высоты передающей антенны на дальность радиопередачи в УКВ диапазонах

Из ОКВ имеем

где r1 – увеличение длины радиоканала за счет увеличения высоты передающей антенны, км; h1 – увеличение высоты передающей антенны, м.

Так как h1+h1<<2RЗ, получим

Тогда, с учетом (2.62),

Если будет изменяться и высота приемной антенны h2, то

34. Классификация помех радиоприему, способы борьбы с ними.

В радиосистемах на приемное устройство помимо ЭДС полезного принимаемого сигнала воздействуют посторонние ЭДС – помехи. Качество радиоприема определяется не абсолютным значением напряженности поля полезного сигнала в точке приема, а соотношением напряженности полей полезного сигнала и помехи, имеющей ту же частоту колебаний. Поэтому основной и наиболее сложной проблемой радиоприема является проблема помехоустойчивости, т.е. задача отыскания наилучших способов приема радиосигналов при наличии помех.

Классификация помех радиоприему приведена на рисунке 3.1. По месту расположения источника помех относительно приемного устройства радиопомехи подразделяются на внутренние (собственные шумы аппаратуры) и внешние.

Внутренние помехи обусловлены дискретной природой заряженных частиц, они образуются из-за их теплового движения в элементах электрических цепей, из-за флуктуационного (от лат. fluctuasio–колебание) характера токораспределения и рекомбинации в полупроводниковых приборах, др. явлений. Для предотвращения или ослабления их влияния на полезный сигнал улучшают добротность элементов колебательных систем, применяют экранирование и различные схемные решения.

Внешние помехи по структуре и характеру спектра подразделяются на флуктуационные, импульсные и сосредоточенные.

Флуктуационные помехи представляют собой случайные последовательности коротких импульсов разных по форме, амплитуде и длительности. Причем импульсы эти могут перекрываться во времени. Спектр таких помех на входе радиоприемников достаточно широк.

Импульсные помехи в отличие от флуктуационных характеризуются значительными паузами между импульсами. С ростом частоты амплитуда их уменьшается. Вдиапазонах дециметровых и более коротких волн их влияние практически можно не учитывать

Сосредоточенные помехи характеризуются тем, что их спектр занимает узкую полосу частот.

Статистические временные распределения вероятностей уровней помех на любой случайно выбранной частоте при данной полосе пропускания в течении времени T, согласно критериям 2 и А.Н. Колмогорова*, достаточно хорошо апроксимируются, в боьшинстве случаев, нормальным законом

где xT – среднее значение уровней помех, X,T – среднеквадратичное отклонение уровней помех.

где UП – напряжение радиопомех.

Вычисление теоретической интегральной функции распределения вероятностей уровней помех можно осуществить по следующей формуле

где ФО(t) – функция Гаусса – Лапласа*.

А

По воздействию помех на полезный сигнал они подразделяются на аддитивные и мультипликативные.

Аддитивные (от лат. additivus – прибавляемый) помехи взаимодействуют с полезным сигналом по закону сложения, поэтому напряжение сигнала на входе радиоприемника

где UC(t) и UП(t) – соответственно, напряжения полезного сигнала и помехи.

Мультипликативные (от лат. multiplico – умножаю, увеличиваю) помехи взаимодействуют с полезным сигналом по закону умножения, модулируя его.

Практически легче избавиться от влияния аддитивных помех, например, за счет увеличения мощности передатчика.

На частотах ниже 100 МГц интенсивность внешних помех, как правило, оценивается по напряженности поля EП в полосе частот 1 кГц. При этом напряжение помех на входе радиоприемника

где f – полоса частот, в которой производится прием, кГц; lД – действующая длина приемной антенны при приеме ненаправленных помех.

где WФ – волновое сопротивление фидера, Ф и А – соответственно, КПД фидера и антенны.

По характеру источника помехи бывают промышленными (индустриальными), космическими (галактическими), атмосферными (атмосферики), из-за радиоизлучения поверхности Земли и радиопомехи от друих радиосистем (в т.ч. интермодуляционные).

Промышленные (индустриальные) помехи обусловлены излучением различных промышленных и бытовых электрических установок и приборов. Например, они возникают при включении и выключении агрегатов и сетей, при искрении в пантографах электроподвижного состава, при работе систем зажигания в двигателях внутреннего сгорания и др.

Атмосферные помехи (атмосферики) вызваны радиоизлучением атмосферных газов и гидрометеоров, грозовыми разрядами, электризацией частиц (пыли, песчинок, сухого снега и пр.) при их трении друг об друга и об антенну.

Разряд молнии является мощным источником излучения с широким непрерывным спектром частот, максимальная интенсивность излучения соответствует области звуковых частот. Радиус действия грозового разряда на частотах свыше 30 МГц ограничивается расстоянием прямой видимости, на более низких частотах может составлять тысячи километров.

Космические (галактические) радиопомехи состоят из общего фона, который образуется за счет теплового радиоизлучения межзвездного ионизированного газа и нетеплового излучения в результате неравномерного движения заряженных частиц в межзвездных магнитных полях, а также, из-за излучения дискретных источников, таких как Солнце, Юпитер, Сатурн, Венера, Марс, Луна, радиотуменности Кассиопея, Лебедь, Телец, кометы.

Наконец, могут быть радиопомехи от других радиосистем и радиоустройств, в т.ч. интермодуляционные (от лат. inter – между, взаимно и modulatio – мерность, размерность). Сущность этих помех и методы борьбы с ними будут определены при непосредственном рассмотрении организации работы конкретных транспортных радиосистем.