Поняття про втрати сигналу при поширенні радіохвиль

При ПРХ у просторі потужність їх послабляється. Це явище називають втратами при ПРХ і враховують коефіцієнтом втрат, що визначається як відношення потужності сигналу передавача до потужності сигналу на вході приймача .

(1.11)

Рисунок 1.2.

На рисунку 1.2:

-- коефіцієнти направленої дії й к.к.д. передавальної й приймальної антени відповідно;

- - к.к.д. фідерів передавального й прийомного;

- Пд – передавач;

- Пр – приймач.

Величина потужності на виході прийомної антени дорівнює добутку щільності потоку потужності поблизу антени на ефективну площу антени , тобто площа фронту минаючої електромагнітної хвилі, із якої антена як би поглинає потужність.

(1.12)

Ефективна площа антени пов'язана з к.н.д. співвідношенням

(1.13)

При великій відстані фронт хвилі у приймальної антени можна вважати сферичним, і тоді

(1.14)

Підставивши в (1.12) формули (1.13) і (1.14), отримаємо

(1.15)

При к.к.д. фідера прийомної антени потужність сигналу на вході приймача буде

(1.16)

Тут і

Підставимо вираз (1.16) в (1.11)

(1.17)

Вираз (1.17) визначає ослаблення сигналу при ПРХ у вільному просторі при реальних антенах, що має фідери із втратами.

Для випадку ненаправлених антен (ізотропних випромінювачів) з фідерами без втрат , отримаємо

(1.18)

Вираз (1.17) можна записати у вигляді

(1.19)

Втрати сигналу можна виразити в дБ.

Тоді

(1.20)

При цьому відстань і довжина хвилі повинні виражатися в метрах.

Втрати при поширенні радіохвиль у реальних умовах ураховуються введенням поняття множника ослаблення.

Фактично ЕМХ поширюються не у вільному просторі, а в реальних умовах. Внаслідок цього спостережуване в практиці значення поля буває звичайно інше, ніж розраховується з умови ПРХ у вільному просторі. Це реальне значення буває менше, а іноді й більше.

Основні причини цього наступні:

- наявність землі обумовлює появу відбитої від неї хвилі. Енергія цієї хвилі попадає в місце прийому (на вхід приймача) і підсумується з енергією прямого променя. Виникає явище інтерференції. Найбільш неприємним є випадок, коли відбитий сигнал приходить на вхід приймача в протифазі з основним. Сигнали віднімаються, а результуючий сигнал значно послабляється. Виникають інтерференційні завмирання;

- при низько підведених антенах Земля може змінювати еквівалентні параметри антен;

- наявність неоднорідностей атмосфери над землею викликає рефракцію радіохвиль, створює дифракцію, породжує відбиті хвилі й обумовлює поглинання енергії радіохвиль;

- на рівні сигналу позначається рельєф місцевості й метеоумови.

Вплив цих факторів на напруженість поля в місці прийому враховують шляхом введення множника ослаблення стосовно поля вільного простору, що дорівнює

(1.21)

де - напруженість поля в точці прийому при ПРХ у вільному просторі.

- напруженість поля в точці прийому при ПРХ у реальних умовах.

Потужність сигналу на вході приймача при ПРХ у реальних умовах дорівнює

(1.22)

Звідси повні втрати на ділянці ПРХ складуть

(1.23)

Повні втрати сигналу при ПРХ у реальних умовах рівні

(1.24)

Вираз (1.24) показує, що повні втрати залежать від відстані між точками передачі і прийому, довжини хвилі , направлених властивостей антени , к.к.д. фідерів , рельєфу місцевості й метеорологічних умов .

1.5 Область простору, істотна при ПРХ

Областю простору, істотною при ПРХ, називають область, у якій поширюється основна частина передаваємої потужності сигналу.

Ця область відіграє визначальну роль при ПРХ. Для визначення істотної області звернемося до відомого принципу хвильової оптики - принципу Гюйгенса-Френеля.

Відповідно до цього принципу кожну точку на довільно замкнутій поверхні , що охоплює випромінювач , можна вважати джерелом вторинних сферичних хвиль, а поле в точці можна визначити в результаті векторного підсумовування полів від всіх вторинних випромінювачів (рис. 1.3)

Рисунок 1.3

Границі істотної області простору найпростіше визначити, розглянувши випадок дифракції сферичної хвилі на круговому отворі в нескінченному екрані з використанням принципу Гюйгенса-Френеля (рис. 1.4).

Рисунок 1.4 – Розтин екрана площиною, що проходить через лінію

Екран - нескінченно великих розмірів. Екран радіонепрозорий, тобто ЕМХ через нього не проходять. Екран обраний як поверхня, на якій розглядаються вторинні елементарні випромінювачі.

В екрані зробимо отвір радіусом із центром по лінії . Напруженість поля в точці визначається результатом векторного підсумовування полів елементів Гюйгенса, що перебувають тільки в межах отвору.

Якщо отвору в екрані немає, то через нескінченні розміри й непрозорість поле в точці буде дорівнювати нулю.

Проробимо тепер отвір в екрані площею . За рахунок випромінювання вторинних випромінювачів на поверхні в точці з'явиться деяка напруженість поля , що має модуль і фазу .

Послідовно збільшуючи отвір, отримаємо векторну діаграму рис.1.5.

Рисунок 1.5 - Геометричне підсумовування полів від різних ділянок отвору при стрибкоподібній (а) і плавній (б) зміні його діаметра.

Рисунок 1.6 - Векторна діаграма при діаметрі отвору, що відповідає першій зоні Френеля.

По мірі збільшення площі отвору наступить такий випадок, коли поля від вторинних джерел периферійної лінії отворів виявляться в протифазі з полем, обумовленим вторинним випромінюванням центра отвору. Це як видно з рис.1.4 буде відповідати різниці ходу .

Отвір, при якому задовольняється ця умова, зветься першої зони Френеля. При цьому напруженість поля в точці виходить найбільшою.

При подальшому збільшенні площі отвору напруженість поля в точці почне зменшуватися внаслідок того, що поля від знову отримуваних кільцеподібних поверхонь отвори будуть уже в протифазі з полями, що обумовлені випромінюванням кільцеподібних поверхонь першої зони Френеля (рис. 1.7). Це відповідає другій зоні Френеля. Різниця ходу при цьому . Напруженість поля в цьому випадку мінімальна.

Рисунок 1.7 - Векторна діаграма, що відповідає другій зоні Френеля.

Якщо плавно збільшувати площу отвору й далі, то отримаємо векторну діаграму у вигляді спіралі, що закручується (рис.1.8).

Рисунок 1.8

Спіраль закручується навколо точки . Вектор , що з'єднує початок спіралі із точкою буде дорівнює напруженості поля при відсутності екрану. Максимальні й мінімальні значення напруженості поля в точці будуть при виконанні умови

(1.25)

де - ціле число. При - непарних буде максимум, при - парних – мінімум.

Звідси слідує, що напруженість поля в точці прийому носить осцилюючий характер. Це можна проілюструвати за допомогою рис. 1.9.

Рисунок 1.9

На рис. 1.9 - номер зони Френеля. У непарних зонах Френеля напруженість поля вище, ніж у парних. Знання такої закономірності дозволяє правильно вибрати висоти підвісів приймальній й передавальній антені. На площині істотна область являє собою еліпс із фокусами в точках і (рис. 1.10).

Рисунок 1.10

Істотна область простору в однорідному середовищі являє собою еліпсоїд обертання з фокусами в точках і . Істотною областю вважають ту, що охоплює (8...12…12) зон Френеля. Поперечний переріз істотної області являє собою коло радіусом .

Крім істотної області й області першого еліпсоїда Френеля при розрахунку радіоліній використовується поняття мінімальної області поширення радіохвиль. При цьому .

Поперечні розміри мінімальної області визначаються радіусом відповідної мінімальної зони .

, (1.26)

де - довжина хвилі;

- відносна координата перешкоди (або );

- відстань між точками передачі й прийому (рис. 1.11).

Рисунок 1.11

Для забезпечення стійкого зв'язку необхідно вибрати висоти підвісу антен і такими, щоб просвіт між найвищою точкою перешкоди й лінією був більше або дорівнював .

Дата добавления: 2014-01-07