94
УВОД УВОД През последните години работата по проучване и стандартизиране на аналоговите радиорелейни линии ( РРЛ ) беше почти изцяло завършена. При цифровите РРЛ, наличните резултати от проучването им не са достатъчни за да се обхванат и стандартизират всички ефекти при разпространението на радиовълните върху работата им при непрекъснатото развитие на цифровата техника, използване на СВЧ обхватите и електромагнитната съвместимост с други служби. Радиорелейната линия представлява радиовръзка, която се осъществява чрез насочено предаване на електромагнитните вълни с дължина под 10 m. Тя се състои от отделни участъци (трасета), които са така определени, че съществува пряка видимост между радиорелейните станции. Следователно при проектирането е необходимо: Да се изчисли нивото на сигнала, необходимо за получаване на качествена връзка; да се определи профила на терена, за да се осигури радио видимост между отделните станции; да се изчислят височините на антените в предавателния и приемния пункт. Освен това трябва да се определи и приемния шум, който се внася в цялата линия, и съобразно с него -дължината на отделните участъци. Въз основа на получените резултати се определят чувствителността на приемниците, мощността на предавателите и коефициента на усилване на антените. В много случаи се задава и обратната задача: при зададена конкретна апаратура, усилване на антените, мощност на предавателите и чувствителност на 1

Цифрова радиорелейна линия

Embed Size (px)

Citation preview

УВОДУВОД

През последните години работата по проучване и стандартизиране на

аналоговите радиорелейни линии ( РРЛ ) беше почти изцяло завършена. При

цифровите РРЛ, наличните резултати от проучването им не са достатъчни за да се

обхванат и стандартизират всички ефекти при разпространението на радиовълните

върху работата им при непрекъснатото развитие на цифровата техника, използване на

СВЧ обхватите и електромагнитната съвместимост с други служби.

Радиорелейната линия представлява радиовръзка, която се осъществява чрез

насочено предаване на електромагнитните вълни с дължина под 10 m. Тя се състои от

отделни участъци (трасета), които са така определени, че съществува пряка видимост

между радиорелейните станции. Следователно при проектирането е необходимо: Да

се изчисли нивото на сигнала, необходимо за получаване на качествена връзка; да се

определи профила на терена, за да се осигури радио видимост между отделните

станции; да се изчислят височините на антените в предавателния и приемния пункт.

Освен това трябва да се определи и приемния шум, който се внася в цялата линия, и

съобразно с него -дължината на отделните участъци. Въз основа на получените

резултати се определят чувствителността на приемниците, мощността на

предавателите и коефициента на усилване на антените. В много случаи се задава и

обратната задача: при зададена конкретна апаратура, усилване на антените, мощност

на предавателите и чувствителност на приемниците да се провери дали се осигурява

необходимото качество на връзката в най неблагоприятния участък от линията.

1

ГЛАВА 1.ГЛАВА 1. ОБЗОР ВЪРХУ МИКРОВЪЛНОВИТЕ ОБЗОР ВЪРХУ МИКРОВЪЛНОВИТЕ

СИСТЕМИ ЗА ВРЪЗКАСИСТЕМИ ЗА ВРЪЗКА

[2] Според предназначението си радиокомуникационните системи се разделят

на системи за радио и телевизионно разпръскване, радиорелейни линии,

радиолокационни линии, радиолокационни системи и радионавигационни системи.

Радиорелейните линии се използват за осъществяване на радиовръзка на големи

разстояние чрез ретранслация (преизлъчване) на радиосигналите, пренасящи голям

обем информация, например телефонни и служебни съобщения, радио и

телевизионни програми, цифрови данни и т. н. За тях е характерно това, че между

предавателя и приемника има разположени междинни станции (ретранслатори), които

приемат сигналите и след усилване и преобразуване на честотата на носещото им

трептение ги предават по нататък по линията (активна ретранслация) или само

отразяват излъчените към тях сигнали по посока на приемника (пасивна

ретранслация). Активна ретранслация на сигналите се използва в земните и

спътниковите РРЛ, а пасивна ретранслация — в тропосферните РРЛ.

Радиорелейната линия, представлява верига, от следващи на определено

разстояние една от друга предавателно-приемни станции, между антените, на които

има пряка видимост.

На фиг.1.1 е показана схема на РРЛ.

Фиг.1.1

РРЛ се състои от определен брой приемно предавателни радиостанции

разположени една спрямо друга, на разстояние, при което се осигурява пряка

видимост между антените.

Най-голямо приложение понастоящем имат РКС, работещи в ултракъсовия

обхват (СВЧ), в които предаването на радиосигналите става чрез приземни вълни,

разсеяни от тропосферата и йоносферата и свободно разпространяващи се вълни.

Предимства на тези системи пред по дълговълновите са тяхната широколентност,

2

възможността за поместване в обхвата на голям брой различни системи, малкото ниво

на промишлени и атмосферни смущения в сравнение на вътрешните флуктоационни

шумове на системата, използването на сравнително малки по размери антени с тясна

диаграма на насочено действие, осигуряващи нормална работа на системата при по-

малка мощност на предавателя и съществено подтискане на смущенията от други

радиосистеми и др.

Чесотният диапазон и означението на подобхватите на УКВ (СВЧ) е изобразен

в таблица 1.

Таблица 1

ОбхватДължина

на вълната

Пълно название

на честотите

Съкратено

названиеЧестоти(GHz)

Метрови 10 до 1 м Многовисоки VHF 0.03до0.3

Дециметрови 1 до 0,1м Ултрависоки UHF 0.3до3

Сантиметрови 0.1до0.01м Свръхвисоки SHF 3до30

Милиметрови 10до1мм Свръхвисоки SHF 30до300

Предимства и недостатъци на УКВ:

-Предимства:

1.Като първо предимство може да се отбележи твърде широката честотна лента ,която

им съответства.Тя е от 30 до 30000 MHz. Тя е около 1000 пъти по широка от

честотната лента, която съответства на всички останали вълни.

2.Честотната лента на пропускане на предавателната и приемната апаратура може да

бъде твърде широка.

3.В тази област на радиовълните не се получават смущаващи сигнали от атмосферен

и промишлен произход.Следователно устроената връзка с УКВ се характеризира с

висока стабилност и надеждност.

4.В УКВ могат да се използват антени с голяма насочености малки размери.По този

начин може да се осигури надеждна и с малко паразитни смущения връзка при малка

мощност на предавателя.Коефициент на усилване на антената може да стигне до 40

dB т.е.10000 пъти по мощност.

3

-Недостатъци:

1.УКВ се разпространява само по права линия и могат да се използват само при пряка

видимост между станциите.

2.С УКВ не могат да се устройват връзки на големи разстояния, както с късите вълни,

защото те не се отразяват от йоносферата.Поради тази причина за преодоляване на

големи разстояния с УКВ трябва да се предвидят междинни станции т.е.трябва да се

използват РРЛ.

3.Трудно се конструират генератори и усилватели за дециметровия и сантиметровия

обхвати, особено когато предаваният сигнал е широколентов и се изискват големи

мощности.

Поради много широката честотна лента за УКВ, физичните свойства на

електромагнитните вълни не са еднакви.За различните под обхвати са характерни

известни особености.Така например вълните с различни дължини имат различен

характер на разпространение:

1.Вълните от 10 до 3м все още имат способност да се отразяват от йоносферата (както

късите вълни);

2.Значителна част от енергията на вълните под 0,02м се поглъща от молекулите на

въздуха и хидрометеорите.

За увеличаване на разстоянието в системите за предаване на радиосигнали на

големи разстояния в тях се включват ретранслатори. Радиорелейните линии, в които

сигналите се предават чрез ретранслиране на приземната радиовълна с помощта на

междинни приемо-предавателни станции, наречени още РРЛ с пряка видимост,

работят в дециметровия и сантиметровия обхвати, като за тях са предвидени честотни

ленти в областта на 2, 4, 6, 8, 11 и 13 GHz.

Усвояват се и по-високи обхвати, тъй като те позволяват да се разшири

информационната честотна лента, а оттам и пропускателната способност на

системата. Едновременно с това трябва да се отчита обстоятелството, че в условия на

интензивни валежи при такива високи честоти нарастват съществено загубите на

сигнална мощност. Цифровите РРЛ използват по-високочестотните обхвати, което се

налага от по-голямата широчина на спектъра на цифровите сигнали в сравнение с

този на аналоговите. Тъй като радиорелейните линии с пряка видимост работят с

малка мощност на предавателите (няколко вата), за осигуряване на надеждна

4

радиовръзка в тях се използват остро насочени антени (с коефициенти на усилване

30...40 dB, a понякога и повече). Радиокомуникационните системи, в които

предаването на радиосигналите на големи разстояния става чрез тропосферна вълна

работят в честотната област от 0,3 до 5 GHz. Принципът на работа на

радиокомуникационната система се свежда до преизлъчване на радиосигнала от обем

от тропосферата, образуван при пресичането на диаграмите на насочено действие на

предавателната и приемната антени, който изпълнява функциите на пасивен

ретранслатор. Последният се характеризира с ниска ефективност, тъй като само част

от разсеяната енергия на радиосигнала попада в приемната точка, и със значителни

изменения на своите параметри в пространството и времето, предизвикващи

замирания на сигнала. Това налага в тропосферните радиокомуникационни системи

да се използват мощни (няколко KW) предаватели, големи антени (с коефициенти на

усилване 50...55dB) и малошумящи приемници (с еквивалентна шумова температура

от порядъка на 50...70 К), а тяхното изграждане да става на базата на разнесено в

пространството и по честота приемане. Честотните замирания на сигналите в

тропосферната радиолиния са причина за ограничаване на ефективно използваната

честотна лента на тези системи до няколко MHz. Разстоянието, на което могат да се

предадат сигналите чрез еднократна ретранслация от тропосферата, е в границите от

200 до 400 km. За неговото увеличаване в системата се включват няколко приемо-

предавателни станции, отстоящи помежду си на 150... 300 km (в зоната на

радиосянка), като по този начин се създава тропосферна радиорелейна линия.

Тропосферните радиолинии се използват основно за предаване на телефонни и

телеграфни съобщения в труднодостъпни и малко населени райони (пустинни,

планински и полярни райони), а също така в райони с големи водни препятствия,

където изграждането на радиорелейна линия с пряка видимост е невъзможно или

икономически неизгодно.

Подобни на тропосферните радиокомуникационни системи са системите,

изградени на принципа на разсейване на радиосигналите от нееднородности в

ниските слоеве на йоносферата (на височина от 75 до 95 km). Те работят в честотната

област от 30 до 60 MHz, като широчината на предаваната честотна лента не

превишава няколко kHz, и чрез тях се осигурява по-голяма далечина на радиовръзката

(от 900 до 2000 km). Използването на честоти над 60 MHz води до рязко намаляване

5

на ефективността на разсейване на сигналите, а по-ниски от 30 MHz - до усилване на

ефекта на много лъчево разпространение и дълбоки замирания на сигналите. На

разстояния по-малки от 900 km радиовръзката за сметка на йоносферното разсейване

е практически невъзможна. Йоносферните радиокомуникационни системи подобно на

тропосферните имат висок енергиен потенциал (работят с мощни предаватели,

малошумящи приемници и антени с голямо усилване) и в тях се използва разнесено

приемане, като пропускателната им способност се ограничава от изкривяванията в

тракта за разпространение на вълната до няколко телеграфни канала (възможна е и

едноканална телефонна връзка, но с относително ниско качество). Скъпото и сложно

оборудване на йоносферните радиокомуникационни системи ограничават тяхното

приложение основно в полярните райони, където йоносферните бури често нарушават

радиовръзката на къси вълни, а прокарването на проводникови линии и използването

на тропосферни системи е икономически нецелесъобразно.

В спътниковите радиокомуникационни системи, които понастоящем се

развиват предимно в сантиметровия и милиметровия обхвати, сигналите се предават

чрез свободно разпространяваща се вълна. Спътниковите системи се използват за

организиране на радиовръзка между фиксирани точки на Земята и между движещи се

обекти (морски и космически кораби, самолети и др.) с помощта на активни

ретранслатори, разположени на борда на изкуствени спътници на Земята. Тъй като

спътниците се извеждат на високи орбити, техните зони на радиовидимост обхващат

големи територии от земната повърхност. Така например зоната на радиовидимост на

геостационарен спътник, чиято орбита е отдалечена на 36000 km от Земята, е около

една трета от Земната повърхност. Чрез един геостационарен спътник могат да се

предадат безпрепятствено телефонни и служебни съобщения, радио и телевизионни

програми, телеметрични и други данни между две точки, отдалечени на разстояние до

около 18000km, а с използване на три такива спътника е възможно създаването на

почти глобална система за радиовръзка. Характерен за спътниковите

радиокомуникационни системи е принципът на множествен достъп, изразяващ се в

това, че спътниковият ретранслатор може да се използва едновременно от много

земни станции. Това дава възможност за организиране както на симплексна

(предаване на данните от една към останалите станции), така и на дуплексна връзка

между всичките земни станции с помощта само на един спътник.

6

В радиокомуникациите се използват три вида спътникови системи:

1. Фиксирани - които са предназначени за предаване на разнородна информация,

включително радио- и телевизионни програми, между земни станции, разположени

във фиксирани точки на земната повърхност.

2. Подвижни – с които се осъществява радиовръзка и радионавигация на подвижни

сухопътни, морски и въздушни обекти.

3. За радио- и телевизионно разпръскване, чийто сигнали се приемат непосредствено

от абонатите. Изборът на честотните области, в които работят спътниковите

радиокомуникационни системи, се прави с отчитане на затихването и дисперсията на

радиовълните в атмосферата на Земята, интензивността на шумовете, предизвикани

от радио-излъчването на външни източници (Слънцето, звездите, планетите и др.), и

възможността им да работят съвместно с други радиокомуникационни системи при

допустими нива на взаимни смущения. При това честотните области, заемани от

сигналите, които се предават от Земята към спътника не съвпадат с тези на

ретранслираните от спътника към Земята сигнали.

Характерна особеност на спътниковите радиокомуникационни системи е това,

че приемо-предавателната апаратура на спътниковия ретранслатор се различава по

параметри от земната апаратура. Основен дял за компенсиране на огромното

затихване на сигнала в спътниковата радиолиния (за геостационарните спътници то

надвишава 200 dB) имат земните станции, които се използват мощни предаватели (от

3 до 10 KW), големи антени (с коефициент на усилване над 40 dB) и малошумящи

приемници. Поради проблеми, свързани със сравнително малката мощност на

захранващия източник (слънчеви батерии), затруднено топлоотвеждане, ограничени

размери и тегло на спътника и т. н., мощността на активните ретранслатори

обикновено варира от няколко десетки до няколко стотици вата, като използваните в

тях приемни устройства са с около 10 до 20 пъти по-висока еквивалентна шумова

температура, а приемната и предавателната антени имат по-малки размери.

7

ГЛАВА 2.ГЛАВА 2. РАДИОРЕЛЕЙНИ ЛИНИИ С ПРЯКА РАДИОРЕЛЕЙНИ ЛИНИИ С ПРЯКА

ВИДИМОСТВИДИМОСТ

[4] Големият обем информация, който трябва да се пренася чрез РРЛ, налага

използването в тях на широколентови радиоканали (с лента на пропускане от

порядъка на няколко десетки, а понякога и стотици MHz) a оттам и на носещи

трептения с честоти от обхватите на дециметровите и сантиметровите вълни.

Известно е, че в тези обхвати ефективно предаване на радиосигналите се постига само

в границите на пряка видимост. Ако антените са разположени например на мачти с

височина 50 m, разстоянието на пряка видимост е около 50 km. Затова за пренасяне на

информацията на големи разстояния, между крайните пунктове на РРЛ с пряка

видимост (земните РРЛ) се разполагат голям брой активни ретранслатори, задачата на

които е да приемат, усилят и предадат по-нататьк радиосигнала. Всеки ретранслатор

се намира в зоната на пряка видимост на преходния, която достига обикновено 40...

70 km. Чрез земните РРЛ се осъществяват както симплексни така и дуплексни

радиовръзки.

За предаване на сигналите на разстояния значително по-големи от това на пряка

видимост се използват тропосферни РРЛ, в които тропосферата изпълнява роля на

пасивен ретранслатор, и спътникови РРЛ, където активните ретранслатори са

разположени на изкуствени спътници на Земята.

РРЛ с пряка видимост, се състои три типа станции: крайна (КС), междинна

(МС) и възлова (ВС). В крайните станции сигналите в основна лента се формира

радиосигнал. При работа на РРЛ в симплексен режим крайните станции съдържат

само предавател и приемник, а когато режимът е дуплексен, във всяка от тях има

приемник и предавател.

МС се наричат още ретранслационни станции. Броят на необходимите

ретранслационни станции в една РРЛ както и тяхното разположение зависят от :

-разстоянието между КС;

-топографския характер на местността;

-работната вълна;

-височината на която се издига антената;

-параметрите на приемно-предавателната апаратура (мощност на предавателя,

8

чувствителност на приемника, степен на усилване в МС, усилване на антените и др.);

-допустимо разстояние между станциите, определяно от други фактори;

Разположението на станциите на РРЛ на самата местност или изобразено на карта

в определен мащаб се нарича “трасе” на РРЛ.

Междинната станция представлява активен ретранслатор, задачата на който се

свежда до приемане, усилване, преобразуване на честотата на носещото трептение и

предаване на радиосигнала по-нататък по РРЛ.

Следователно активният ретранслатор е приемо-предавателно устройство, в

което няма демодулатор и модулатор. За еднопосочно предаване на сигналите по

радиолинията на междинната станция се разполага един междинен ретранслатор, а

когато в даден участък по дължината на цялата радиолиния трябва да се осъществи

двупосочно предаване се използват двойка ретранслатори. Усилването на приетите

радиосигнали в активния ретранслатор може да се извърши както на висока, така и на

междинна честота и чрез него се компенсират загубите на сигнална мощност по

трасето между две съседни радиорелейни станции. Необходимостта от преобразуване

на честотата на носещото трептение на сигнала в активния ретранслатор произтича от

следните обстоятелства. Тъй като приемната и предавателната антени на междинната

станция са монтирани на една мачта и техните диаграми на насочено действие (ДНД)

не са идеални, т. е. имат и задни листа, се създават условия за връщане на част от

енергията на усиления и излъчен по радиолинията сигнал във входа на приемната

антена. Вследствие на това е възможно самовъзбуждане на усилвателя в активния

ретранслатор, което може да се предотврати чрез използване на различни носещи

честоти на приемане и за предаване. В земните РРЛ за сантиметровия обхват

работните честоти са две f 1 и f2 (двучестотен план) и те са разнесени на

неколкостотин MHz. Поради намаляване на насоченото действие на антените

(нарастване на нивата на страничните и задни листа в ДНД и оттам на излъчената и

приетата чрез тях енергия на сигнала) за по-нискочестотните обхвати, в РРЛ,

работещи в дециметровия обхват, за осъществяване на дуплексна радиовръзка се

избират четири различни носещи честоти (четиричестотен план): fl и f2 - за право и f3

и f4 - за обратно направление.

-използване на двучестотна система-т.е. приема се от две посоки на една и

съща честота, а се излъчва в същите посоки на друга честота ;

9

Използва се в РРЛ с голям брой канали.Причината за този вид разделяне е, че

ако се използва същата честота ще се получи вредно въздействие между двата

сигнала на една и съща честота (биене).За по-добра защита от смущения на приемно-

предавателния тракт се вземат различни проектантски решения, като например-

различия в ъглите на насочване на лъчите (или тъй нареченото избягване на съосието

на лъчите).Неравностите на терена спомагат за това по естествен път.Ето защо

изкуственото отклонение от оста между пунктовете А и Б чрез начупена линия се

прави само в хоризонтална равнина.

-използване на четири честотна система.При нея приемане се осъществява на

честоти f1 и f3 и предаване на f2 и f4.;

Този план е неудобен поради това, че е неикономичен по отношение на

честотна лента, но пък се ползват прости антени.Характерното за горните честотни

планове е до голяма степен унификацията на апаратурата.

-многочестотна система-каналите и стволовете се разнасят по отношение на

честотата.

Приемо - предавателната апаратура на крайните, междинните и възловите

станции формира радиоканала, който в РРЛ е прието да се нарича високочестотен

ствол, радиоствол или просто ствол. Стволът може да бъде симплексен или

дуплексен. Крайната станция включва предавател с честота на носещото трептение fl,

приемник с честота f2, антена и развързващо устройство. Последното е

предназначено за развързване на радиосигналите в зависимост от посоката им на

предаване по РРЛ, с което се осигурява развръзка между приемника и предавателя

при работата им с една обща антена. Най-често развързващото устройство

представлява феритен циркулатор и работата му се свежда до отклоняване на

енергията на сигнала, получен в изхода на предавателя, изцяло към антената и на

приетия сигнал от антената към приемника. Блоковете на предавателя, в които от

груповия сигнал се формира радиосигналът с носеща честота f1, и тази на приемника,

осигуряващи отделянето на груповия сигнал от приетия радиосигнал с носеща

честота f2. Аналогична е структурата на крайната станция с тази разлика, че за нея

работната честота на предавателя е f2, а на приемника - f1.

За формиране на един дуплексен радиоствол на всяка междинна станция се

разполагат по два активни ретранслатора. Активният ретранслатор се състои от

10

приемен радиочестотен блок и предавателен блок, съдържащ честотен

преобразувател и усилвател. Приемният блок осигурява избор на сигналите по

честота и тяхното усилване, което може да се извърши както на висока, така и на

междинна честота. Във втория случай преди усилването на отделения с лентов

филтър сигнал честотата на неговото носещо трептение се преобразува в междинна.

Тъй като на по-ниски честоти се постига по-голямо усилване, схемата на приемния

блок с понижаващо честотно преобразуване и усилване на радиосигнала на междинна

честота е по - разпространена. В честотния преобразувател на предавателния блок

става преобразуване на честотата на носещото трептение на сигнала, след което

сигналът се усилва и излъчва по радиолинията. Приемните и предавателните блокове

на двойка активни ретранслатори на всяка междинна станция са свързани чрез

развързващи устройства към две антени, насочени в противоположни посоки, с което

се осигурява двупосочно предаване на сигналите.

В РРЛ, изградени по двучестотен план, е възможно попадане на сигнал от една

посока на предаване в приемник на сигналите от противоположна посока. Това

означава, например, в първата крайна станция да проникне сигналът, подаден от

третата междинната станция към втората междинна станция. Подобни нежелани

явления могат да се избегнат чрез използване на остро насочени антени, излъчване на

сигнала от двете посоки на предаване с различна поляризация на радиовълната или

разместване на ретранслаторите по трасето не по права линия, а зигзагообразно

(фиг.2.1).

фиг.2.1

Когато се използва различна поляризация на сигналите, например вертикална

за предаване и хоризонтална за приеманите сигнали, в качеството на развързващо

11

устройство вместо циркулатор се използва поляризационен селектор. Чрез него се

осъществява обединяване или разделяне на сигналите по поляризация, което прави

възможно използването на обща антена за тяхното предаване и приемане.

Болшинството от съвременните РРЛ са многостволни, т. е. във всяка от

станциите им са включени по няколко комплекта от вече описаните приемо-

предавателни апаратури, като сигналите от различните стволове имат различни

носещи честоти. По този начин може да се увеличи значително пропускателната

способност на РРЛ, без това да доведе до недопустимо високи разходи по нейното

изграждане, тъй като антените, мачтите за тяхното закрепване, захранващите

източници и др. се явяват общи за всички стволове. Тъй като във всяка станция

приемо-предавателната апаратура на всички стволове използва обща антена, се налага

при предаване да се извърши обединяване на стволовете в един широколентов ствол,

а при приемане — тяхното разделяне. Тези функции се изпълняват от канално-

разделителни устройства, наименованието на които се свързва с това, че в тях става

обединяване или разделяне на радиоканали. Канално разделителните устройства

(КРУ) съдържат лентови филтри, всеки от които пропуска сигналът само на един

еднопосочен ствол, и сумиращи (в режим на предаване) или разделящи (в режим на

приемане) сигналите от различните стволове устройства, например циркулатори. Чрез

използването на КРУ се постига достатъчно добра развръзка между включените към

тях предаватели или приемници.

Разделянето на носещите честоти на отделните стволове се прави така, че да се

осигури най-ефективно използване на работния честотен обхват на РРЛ при

минимални взаимни смущения между стволовете. За тази цел се съставят честотни

планове, в които се дават честотите на приемане и на предаване за всеки ствол и

използваната поляризация на радиовълната.

Избор на работен честотен обхват на РРС [2]:

Честотният диапазон е необходим при проектирането на антените на РРС и

изчисляване на РРЛ ( трасе ).РРЛ с пряка видимост работят в дециметровия и

сантиметровия обхвати. Съгласно регламента на Международния консултативен

комитет по радио ( МККР ), за тях са предвидени следните честотни ленти:(1,7 ÷ 2,3 ),

(3,8 ÷ 4,2), (5,9 ÷ 6,4), (7,3 ÷ 7,8), (10,7 ÷ 11,7) и (12,75 ÷ 13,25) GHz. Провеждат се

изследвания за усвояване на по-високочестотни обхвати, тъй като те позволяват да се

12

разшири информационната честотна лента, а от там и пропускателната способност на

системата. Едновременно с това трябва да се отчита обстоятелството, че в условия на

интензивни валежи при такива високи честоти нарастват съществено загубите на

сигнална мощност. Цифровите РРЛ използват по-високочестотните обхвати, което се

налага от по-голямата широчина на спектъра на цифровите сигнали в сравнение с

този на аналоговите. Тъй като РРЛ с пряка видимост работят с малка мощност на

предавателите ( няколко вата ), за осигуряване на надеждна радиовръзка в тях се

използват остро насочени антени ( с коефиценти на усилване 30 ÷ 40 dB ).

Изборът на честотен план зависи от желанието и възможностите на

потребителя.

За настоящият проект избирам честотния план, работещ в обхвата на 7 GHz (7,3

÷ 7,8 ), показан на фиг. 2.2.Този план дефинира предаване ( приемане ) на 1800

аналогови канала и цифрови данни със скорост до 155Mb/s.

Фиг. 2.2 Честотен план на РРЛ с осем дуплексни ствола, работеща в обхват

7,3 – 7,8 GHz

Честотите на носещите трептения на предаваните сигнали в отделните

стволове ƒ1, ƒ2,..., ƒ8 заемат нискочестотната област от работния честотен обхват на

РРЛ, а тези на приеманите сигнали (ƒ1’, ƒ2’,..., ƒ8’) – високочестотната област. На

13

фигурата с ƒ0 е означена средната честота на работния обхават, а с F – отстоянието

между носещите честоти на два съседни ствола, което се избира по-голямо от

широчината на честотната лента, заемана от предаваните (приеманите) радиосигнали.

Чрез групиране на носещите честоти на предаваните и приеманите сигнали във всяка

радиорелейна станция се постига разнасянето им на такъв честотен интервал, който

може да бъде осигурен лесно чрез филтриране. В разглеждания честотен план

разликата между най-високата честота от долния подобхват и най-ниската честота от

горния подобхват е 70 МHz. При такова честотно изместване могат да се изключат

напълно смущения на приеманите сигнали, предизвикани от проникване в приемния

тракт на предавани сигнали, с което се осигурява достатъчно добра развръзка на

приемниците от предавателите при работата им с обща антена. В предходната и

следващата станции на РРЛ местата на двете групи честоти се разменят.

За да се постигне ефективно използване на предоставената на РРЛ работна

честотна лента, носещите честоти на отделните стволове трябва да са разполовени

колкото се може по-близо една до друга. Минималното отстояние между тях се

избира с отчитане на широчината на честотната лента на модулирания сигнал, начина

на филтриране и степента на увствителност към смущения. Най-добри резултати в

това отношение се получават при редуване на поляризацията на сигналите по

показания на фигурата начин. За предаване на сигналите на нечетните стволове се

използва хоризонтална (Н) поляризация на радиовълната, а за сигналите на четните

стволове – вертикална (V). Поляризацията на приеманите сигнали е обратна:

хоризонтална за четните стволове и вертикална за нечетните. Тъй като носещите

честоти на стволовете, чиито сигнали се предават (приемат) с еднаква поляризация на

радиовълната, са изместени на интервал 56 МНz, се опростява значително

реализирането на филтрите в канално-разделителните устройства.

При работа на приемо-предавателната апаратура на радиорелейна станция с

една обща антена се използва тристепенна схема на обединяване и разделяне на

сигналите на дуплексните канали: по честота, по поляризация и по направление на

разпространение. Примерна реализация на антенно-фидерния тракт на станция на

РРЛ, чиято работа е организирана по вече описания честотен план, е показана на

фиг.2.3. В нея е използван поляризационен селектор (ПС) за обединяване и разделяне

на сигналите с различна поляризация; феритни циркулатори (ФЦ), осигуряващи

14

разделяне на приеманите от предаваните сигнали и канално-разделителни устройства

(КРУ), чрез които се постига честотна селекция на сигналите. Феритният циркулатор

насочва енергията на сигнала само в една посока (указана на фигурата със стрелка),

при което постъпващият в рамо 1 сигнал преминава изцяло в рамо 2 (рамо 3 е

развързано), сигналът от рамо 2 се отклонява към рамо 3 и т.н. Това свойство на

циркулатора осигурява преминаване на приетия широколетов сигнал с определена

поляризация, подаден към рамо 1, в рамо 2, към което е свързано КРУ,

осъществяващо честотното разделяне на сигналите на отделните стволове.

Широколентовият сигнал, получен след честотно уплътняване на предаваните

сигнали с еднаква поляризация, който постъпва на изхода на КРУ в рамо 3 на

циркулатора, се отклонява изцяло в рамо 1 и от там постъпва към антената.

Фиг.2.3 Разделяне на радиосигналитепо честота,поляризация и направление в радиорелейна станция

15

ГЛАВА 3.ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ЗА ПРОЕКТИРАНЕ МЕТОДИКА ЗА ПРОЕКТИРАНЕ

НА ЦИФРОВИ РАДИОРЕЛЕЙНИ ЛИНИИ,НА ЦИФРОВИ РАДИОРЕЛЕЙНИ ЛИНИИ,

ОСНОВНИ ЕНЕРГЕТИЧНИ СЪОТНОШЕНИЯОСНОВНИ ЕНЕРГЕТИЧНИ СЪОТНОШЕНИЯ

3.1. Разпространение на радиовълните в условията на свободното пространство [5]

Разпространението на радиовълните в условие на свободно пространство е

идеалния случай на разпространение, при който отсъства влиянието на земята и

тропосферата.

Енергичните съотношения получени, в условията на свободното пространство

са изходни при проектиране на РРЛ във всички честотни обхвати.

Мощност на сигнала на входа на приемника Por (W) при разпространение в

свободно пространство:

Роr = Рt.Gt.Lft.Gr.Lfr.2/16.2.d2 3.1.1

G (dBi)=10.lgG

D - Диаметър на параболичната антена.

Pt - Мощност на предавателя.

Gt - Коефициент на усилване на предавателната антена (по мощност) спрямо

изотропен излъчвател (dB).

Lft - Загуби в предавателния антенно фидерен тракт (dB).

Gr - Коефициент на усилване на приемната антена.

Lfr - Загуби в приемния антенно - фидерен тракт (dB).

- Дължина на вълната = с/f; с = 3.108 m/s - скорост на светлината във вакуум.

f - Честота на предавания сигнал, (Hz).

d - Разстояние между точките на предаване и приемане.

Във формула 3.1.1 стойностите на d и могат да бъдат във всякакви, но

еднакви мерни единици. По-удобно е Por да се изравнява в децибели по отношение на

1 mW, (dB).

При цифровите РРС мощността на предавателя е под 1 W.

16

Определяне на затихването на радиовълните в свободното пространство между ненасочени антени [1]

, (dB) 3.1.2

От тук за мощността на входа на приемника в (dB) имаме:

, (dB) 3.1.3

Загуби при предаване в свободното пространство:

, (dB) 3.1.4

Затихването при предаване на енергията в свободното пространство между

изхода на предавателя и входа на приемника определя наличния енергиен запас по

мощност (FM) на радиорелейния участък.

, (dB)

3.2. Разпространение на радиовълните в реални условия[1]Влиянието на повърхността на земята и тропосферата се отчитат чрез

коефициента на затихване на полето в свободното пространство V.

В най-общ вид мощността на входа на приемника може да се представи по

следния начин:

3.2.1

3.2.2

За удобство V може да се изрази в (dB):

, (dB) 3.2.3

Затихването при предаване на енергията в реални условия между изхода и

входа на предавателя и входа на приемника ще бъде:

Lg - Затихване в атмосферните газове, (dB).

Загубите при предаване в (dB) ще бъдат:

, (dB) 3.2.4

17

Затихване в атмосферните газове:

, (dB)

В честотните обхвати над 10 GHz поглъщането на радиовълните в

молекулярния кислород и водните пари в атмосферата бързо нараства и се определя

от следните зависимости:

yw - Коефициент на затихване във водните пари (dB / km).

y0 - Коефициент на затихване в кислорода (dB / km).

f - Честота (GHz)

d - Дължина на трасето (km)

3.2.6

3.2.7

- Концентрация на водните пари в атмосферата (g / m3).

Зависимостта е приложима с достатъчна точност при честоти f<57 GHz. Ако не

е известна точната стойност на за мястото на трасето се препоръчва да се използва

стойността = 12,5 (g / m3) усреднено за нашата страна за летните месеци, или

стандартната стойност = 7,5 (g / m3).

3.2.8

h0 - Височина на слоя с молекулярен кислород, (km).

h0 = 6 km за f<57 GHz

3.2.9

hw - Височина на слоя на водните пари, (km).

, km 3.2.10

При f<350 GHz:

18

3.2.11

3.2.12

H01, H02 - Надморските височини на приемния и предавателния пункт, (km).

h1, h2 - Височина на отделните мачти.

Ако h1, h2 не са известни, тогава се използват:

3.2.13

Коефициентът на затихване V зависи от дължината на трасето, дължината на

вълната, височината на мачтите, релефа на местността, метеорологичните параметри

на тропосферата. Стойността на V може да се определи теоретически или

експериментално, като се измери мощността на сигнала на входа на приемника.

Поради сложността и многообразието на реалните природни условия, практически е

невъзможно да се създадат строги методи за изчисляване на V. С удовлетворителна за

практическата сложност се използват приближени методи, отчитащи и влиянието на

рефракцията и релефа на местността.

Разпространението на радиовълните в реални условия е свързано със случайния

характер на параметрите на средата, което води до необходимостта да се анализират

ефектите при разпространение посредством статистически методи. Реалните условия

със задоволителна точност могат да се представят от статистически модели, които

описват вариациите в нивото на параметъра във времето и пространството с

използване на известни вероятни разпределения.

Кумулативното разпределение дава вероятността променливата х да приема

стойности по-малки от зададената стойност. Кумулативната функция на

разпределение F(x) е:

3.2.14

където "с" е най-малката гранична стойност, която променливата х може да се

приеме.

Функцията на плътността на вероятността р(х) на променливата х, т. е.

19

вероятността тя да вземе стойност в интервала от х до x+dx е:

3.2.15

Най-често използваното разпределение при прогнозиране на ефектите при

разпространение на радиовълните е логаритмично нормално разпределение, което

най-добре отразява случайния и мултипликативен характер на природните явления.

Логаритмичното нормално разпределение е разпределение на положителна

величина, чийто логаритъм има нормално Гаусово разпределение.

Плътността на вероятността ще бъде:

3.2.16

и кумулативното логаритмично разпределение на променливата х:

3.2.17

В горните зависимости m и са средната стойност и стандартната девиация на

логаритъма на променливата х.

Най-вероятната стойност на х за около 60% от времето се определя от:

3.2.18

Средната стойност на х за около 70% от времето се определя от:

3.2.19

При логаритмичното нормално разпределение средната стойност се различава

от медианата стойност на х, която се определя от:

3.2.20

Средноквадратичната стойност (r.m.s.) е:

3.2.21

Стандартната девиация ст се получава от:

20

3.2.22

3.3. Анализ на влиянието на релефа и характера на повърхността при проектиране[1]

Отчитане на рефракцията на радиовълнитеРефракцията се нарича изкривяването на траекторията на радиовълната,

причинено от нееднородната структура на тропосферата. Коефициентът на

пречупване в тропосферата е:

3.3.1

- Относителна диелектрична проницаемост на въздуха.

3.3.2

Т - Температура на въздуха: Т = 273°С + t°C

Р - Налягане на въздуха и водните пари, (m bar).

и е по стойност са близки до 1, затова често се използва коефициент на пречупване,

изразен в "N''-единици:

3.3.3

Основно влияние върху рефракцията оказват вертикалните нееднородности на

, които се характеризират от вертикалния градиент на диелектричната проницаемост

g:

3.3.4

или от вертикалния градиент на коефициента на пречупване gn:

3.3.5

h - Височина над земната повърхност.

В практиката се използват стойностите на g. Прието е, че g остава отрицателно,

намалява с височината и положително при нарастване на с височината.

21

Хоризонталните нееднородности са значително по-малки от вертикалните и се

проявяват преди всичко в граничните области между сушата и морето.

При повече РР трасета разпространението на радиовълните става в приземния

тропосферен слой с дебелина от десетки до стотици метри, където метеорологичните

параметри, а следователно и g са подложени на особено силни временни и

пространствени изменения в следствие на резките скокове на температурата и

влажността, предизвикани от влиянието на близостта на земната повърхност.

Еквивалентен радиус на ЗемятаЕквивалентния радиус на Земята се въвежда за да се отчете влиянието на

рефракцията, което е вярно при линейно изменение на е с височината. В

действителност при средни условия е намалява с височината по експоненциален

закон. Но за сравнително тънки слоеве, какъвто може да се счита приземния слой,

участващ в пренасянето на енергията на РР участък, е допустимо да се приеме

линейно изменение на . Еквивалентния радиус на Земята е тази стойност при която

траекторията на радиовълните може да се счита за праволинейна.

3.3.6

а = 6370 km е геометричния радиус на Земята.

При g = 0, aекв = a - няма рефракция.

Използва се понятието "коефициент на рефракция к":

3.3.7

Видове рефракцияВ зависимост от стойностите на g и aekв. се различават следните видове

рефракция на радиовълните в тропосферата:

Отрицателна рефракция (субрефракция) - при g > 0, aekв <a, k> 1

Субрефракцията възниква при нарастване на влажността на въздуха с

височината, най-често есенно или пролетно време на сутрешните приземни мъгли.

Субрефракцията често има местен характер и се забелязва на РР участъци, където има

низини и се застоява хладен въздух.

22

Положителна рефракция - g< 0, aekв. > а, k > 1

Различават се следните частни случаи на положителна рефракция:

1. Стандартна рефракция: g = -8.10-8 (1/m), aekв = 8500 km, k = 4/3

Това е най разпространения случай на рефракция, обусловен от средното

състояние на тропосферата. Близка до стандартната рефракция се наблюдава най-

често в дневните часове.

2. Повишена рефракция: g < -8.10-8 (1/m), aekв > 8500 km

Наблюдава се през вечерните, нощните и сутрешните часове на летните месеци.

3. Критична рефракция: g = -31,4.10-8 (1/m), аеkв =

Траекторията на радиовълните е концентрична на земната повърхност.

4. Свръх рефракция: g < -31,4.10-8 (1/m), аеkв приема отрицателни стойности.

Получава се вълноводно разпространение. Предизвиква се от резки изменения във

вертикалния профил на диелектричната проницаемост на въздуха.

Ефективен вертикален градиент на диелектричната проницаемост на въздуха

За да се отчете нелинейното изменения на с височина и измененията на по

дължината на трасето, се въвежда понятието “ефективен вертикален градиент на

диелектричната проницаемост на въздуха gef. Под gef се разбира такава стойност на

вертикалния градиент на , при която напрегнатостта на полето в приемния пункт ще

бъде същата както реално изменение на по трасето. gеf характеризира сравнително

плавните изменения на .

От изследванията е установено, че за повечето климатични райони gef се

подчинява на нормалния закон на разпределение със средно значение gef cp. и

стандартно отклонение .

Дисперсията на значенията на gef е съществено по-голяма през летните месеци.

Стойностите на gef и за различните райони са определени на базата на

експериментални изследвания при дължина на трасетата 50-60 km. Като се променя

дължината на трасето се променя и дисперсията - незначително в областта на

повишена рефракция и по - съществено в областта на субрефракция g>0.

При къси трасета е възможно значително повишаване на , тъй като

23

субрефракцията има по-изразен локален характер. За опростяване на изчисленията с

приближение можем да считаме, че закона за разпределението на gef е нормален, като

се ръководим от следното:

1) Средния градиент gef cp. е постоянен за всички дължини d.

2) При d < 50 km, в областта на повишена рефракция (d) а във областта на

субрефракция (d) може да се определи от формулата:

3.3.8

където у = k(d)/k.

k(d) - Коефициент на рефракция, съответстващ на gef (d). При d = 50 km, k(d) = k(gef =g)

При d5 km, у 0,68.

Ако не са известни gef и g, се препоръчва да се използува g = -8.10-8 (1/m), като

стойност на g за средните условия наблюдавани в дневните часове 10-14 часа,

субрефракцията се отчита с к=2/3, като се осигури H(g) = Н0 и интерференционните

минимуми.

3.4. Отчитане на релефа на местността. Профил на трасето[5]Профилът на трасето представлява вертикалното сечение на местността между

две съседни РРС с отбелязване на височините, постройките, горите и т. н. Посочват се

водните местности: реки, блата, язовири. Профилът се построява с помощта на

топографски карти след предварително определяне на трасето. По-точно отчитане на

критичните точки, места на РРС и т. н., се прави с по-едър мащаб (1:25000 или

1:10000).

При построяване на профила се използва параболичен мащаб. Линията,

изобразяваща нулевото ниво, от което се отчитат височините, има вид на парабола.

3.4.1

k = di / d - Относителна координата на точка от трасето.

Профилите се строят за геометричния радиус на Земята а =6370 km в следния

ред:

1. На топографска карта се съединяват с права линия пунктовете на съседните

24

РР станции.

2. Определя се дължината на интервала d по картата, максималната разлика на

височините h от релефа на местността по трасето и се избира мащаб за построяване

на профила.

Препоръчват се следните мащаби за височините и разстоянията:

D,km Мащаб на

разстоянията

h не повече от:

(m)

Мащаб на

височините

3 1:10000 100

250

1:500

1:1000

75 1:200000

50

150

450

1100

1:500

1:1000

1:2000

1:4000

3. Нанася се линията, изобразяваща нулевото ниво по формула (3.4.1).

4. С помощта на географските карти се нанасят височините на характерните

точки от трасето по отношение на условното нулево ниво и се съединяват с прави

линии.

5. Върху профила се нанасят местни обекти (постройки, гора и т.н.).

6. При зададени височини на предаващата и приемната антени h1 и h2. Те се

свързват с права линия АВ.

Просветът Н се нарича разстоянието между линията АВ и профила на трасето.

Просвета е положителен, когато линията АВ минава над най-високата точка и трасето

е открито, а отрицателен - когато тя пресича профила (закрито трасе). Ако най-

високата точка от профила на трасето е залесена, Н се определя по отношение на

върховете на дърветата, както следва:

- за храсти и нискостеблени дървета - от 5 до 10 m.

- за букови гори- от 15 до 20 m.

- за борови гори-от 20 до 30 m.

- за населени места до 50 m в зависимост от височината на сградите.

Ниво на полето в приемния пункт при свободно пространство Е0:

, km 3.4.2

25

Определя се от пространство представляващо елипсоид с фокуси в точките на

предаване и приемане. За да се получи полето Е0 е необходимо освен геометрична

видимост, да се осигури и свободна от засенчване зона, с радиус равен на

минималната Френелова зона Н0:

3.4.3

При Н > H0 полето в приемния пункт Епр има осцилиращ характер

(интерференционен характер), наблюдават се максимуми и минимуми на

напрегнатостта на полето. Ако първата Френелова зона с радиус H1mах = H0. е

свободна от засенчване обезпечава до 6 dB над нивото на . Тя и следващите

нечетни зони обезпечават максимуми на напрегнатостта на полето в приемния пункт,

а четните зони минимумите.

От начертания профил се определят евентуалните критични точки. Определя се

относителната координата и и и височините на

крайните точки от трасето h1 и h2, и височината на критичната точка над терена hmi.

Височината hi над земната кривина до посоката на лъча се определя от:

3.4.4

Разликата Hi = hi - ti дава просвета на терена в критичната точка i. Проверява се

дали той осигурява свободна цяла първа Френелова зона или 60% от нея. Радиусът на

първа Френелова зона е:

3.4.5

При проектиране на трасетата стремежа е да се осигури свободна първа

Френелова зона при стандартна рефракция к=4/3 и свободна минимална зона

Но=0,6H1 при субрефракция к=2/3.

3.5. Влияние на рефракцията върху параметрите на трасето[5]Влиянието на рефракцията е еквивалентно на трансформацията на профила на

трасето и впоследствие - изменение на просвета.

26

Изменението на просвета и изменението на рефракцията се отчита по следния

начин:

H(g)=H+H(g) 3.5.1

Н - Просвета без отчитане на рефракцията.

3.5.2

При g < 0, H(g) > 0, т. е. просвета нараства.

Когато няма статистически данни за g се препоръчва да се обезпечи минимален

просвет Н=Но при к=2/3, свободна първа Френелова зона H1 при стандартна

рефракция к=4/3 и да се отчете интерференционната картина до критическа

рефракция g = -31,4.10-8 (1/m).

За нашите териториални условия за местата с пресечен терен може да се очаква

средна стойност на g = -31,4.10-8, l/m и стандартно отклонение g =7,5.10-8, 1/m.

Отрицателна рефракция (над к=2/3; g = 16.10-8 (1/m)) може да се очаква в по-

малко от 0,02% от времето.

Условия на повишена рефракция на стандартната - около 70% от времето.

Условия на свръх рефракция над критичната g = -31,4.10-8 (1/m) в по-малко от

0,01% от времето.

3.6. Определяне на коефициента на затихване V за открити трасета[1]

Интерференционни формулиПри открити трасета V има интерференционен характер, тъй като в приемния

пункт освен директната вълна се приемат една или няколко отразени от земната

повърхност вълни. Точката на отражение се определя по метода на огледалния образ:

1. Прекарва се предполагаемата отразяваща плоскост (ДМ), успоредна на

посоката на лъча.

2. Определя се положението на мнимия източник на отразената вълна в т. К при

равенство на АД и ДК.

3. Прекарва се правата KB и пресечената точка с ДМ определя точката на

отражение С и СВ представлява траекторията на отразената вълна.

При радиорелейни участъци с насечен терен геометричната точка на отражение

27

е почти винаги закрита от неравностите на релефа. Възможно е в приемния пулт да

пристигне част от енергията на отразената вълна от критичните, най-високи коти от

терена, в резултат на дифузно разсейване и то когато повърхността на тези участъци

може да се смята за гладка, т. е. неравностите по нея hi да удовлетворяват критерия на

Релей:

3.6.1

- Ъгъл на падане на вълната.

3.6.2

H(g) - Просвета на трасето с отчитане на рефракцията.

N - Номер на интерференционния минимум.

3.6.3

Минималната зона, която определя влиянието на повърхността върху

амплитудата на отразената вълна, е ограничена от елипса, представляваща сечението

на повърхността на Земята с минималния елипсоид, построен за линията KB (от фиг.

3.1).

фиг.3.1.

Осите на елипсата в частния случай к=0,5, когато точка на отражение е около

средата на трасето, което е вярно при неголяма разлика във височините на приемния

28

и предавателния пункт, се определят от:

По дължина на трасето:

3.6.4

Напречно на трасето:

3.6.5

Тези формули с достатъчна за практиката точност са приложими при k = 0,3

0,7.

Приблизителната дължина на минималната зона на отразяване при k около 0,5

за съответните интерференционни минимуми е:

Таблица 3.6.1

№ 1 2 3 4 5 6

0,38.d 0,28.d 0,23.d 0,2.d 0,18.d 0,17.d

При 0,7<k и k<0,3.

3.6.6

При отразяване на плосък участък стойността на коефициента на отражение n

може да се приеме за единица, ако условието на Релей от (3.6.1) е изпълнено в

границите на минималната зона, определена от горните зависимости.

Земната повърхност никога не е идеално гладка. При интерференционната

структура на полето на отразената вълна, върху условията на разпространение оказват

влияние неравностите, разпределени в границите на съществената зона на отражение.

Ако неравностите разпределени равномерно, то такава повърхност при изпълнение на

условието hi > hmax е разсейваща, грапава повърхност.

В този случай се използва ефективния коефициент на отражение Фeff, определен

за различни видове повърхности в резултат на статистическа обработка на

експериментални данни.

При изменение на метрологичните условия се изменя просвета на линията,

29

което води до флуктоации в напрегнатостта на полето в приемния пункт.

Таблица 3.6.2

Вид на повърхността λ,см

18-15 8-7 5 3-1,5

Водна повърхност 0,99-0,9 0,95-0,8 0,85-0,65 0,45-0,2

Равнинна солена почва 0,99-0,8 0,95-0,6 0,85-0,65 0,45-0,2

Равнинна гориста местност 0,8-0,6 0,6-0,4 0,5-0,3 0,3-0,1

Средно пресечена местност 0,5-0,3 0,3-0,2 0 0

Модулът на коефициента на затихване се изчислява по интерференционните

формули:

3.6.7

При една отразена вълна, който случай е най-критичен (наличието на дифузна

компонента намалява ефекта от отразената огледална вълна):

3.6.8

3.6.9

r - Разликата в пътищата на директната и отразена вълна.

- Фазата на коефициента на отражение.

3.6.10

При по малки ъгли на отражение от (3.6.2), което се среща най-често в

реалните РР трасета, :

3.6.11

p(g) - Относителния просвет на трасето при дадения градиент на диелектрична

проницаемост g.

30

3.6.12

При p(g)=1, което съответствува на H(g) = H0 и , V=1, ако 0<<1.

При p(g) > 1 се наблюдава интерференционна картина на полето.

Интерференционни минимуми се появяват при:

3.6.13

m = 1, 2, 3,... - Номер на максимума. В този случай просвета H(g) съответства на

радиуса на нечетните зони на Френел. Модулът на коефициента на затихване в m-тия

интерференционен минимум е:

3.6.14

Фm - модул на коефициента на отражение за m-тия максимум.

Интерференционни минимуми се наблюдават при:

3.6.15

n = 1, 2, 3,... - Номер на минимума.

В този случай просвета H(g) съответства на радиуса на четните зони на Френел.

Стойността на коефициента на затихване в n-тия минимум е:

3.6.16

Фн - Модул на коефициента на отражение за n-тия минимум. Стойността на Vn рязко

зависи от Фн, особено при Фн 1.

Ако отразената вълна се екранира от неравностите на релефа, при всички

значения на g до критичния gкp = -31,4.10-8 (1-m), то Ф може да се приеме за равен на

0. В този случай H(g) и Н0 се определят за координатата на върха на екраниращото

препятствие и се преизчислява по (3.4.3) и (3.5.1).

Ако ъглите на предаване са на 1 градус затихването на

отразената вълна е обусловено и от диаграмата на насоченост, което е еквивалентно

на намаляване на коефициента на отражение:

3.6.17

където 20.log G = F() (dB) - сумарно затихване поради насочеността на антените;

31

3.6.18

Стойностите на Ft() и Fr() се определят от диаграмите на насоченост на

антенните-предавателни и приемни.

В случай, че в мястото на отражение, в границите на минималната зона на

отражение, повърхността е гладка според критерия на Релей (3.6.1) и може да се

апроксимира със сферична (характерно за хълмист релеф) то коефициентът на

отражение Ф е равен на коефициента на разсейване при отразяване от сферична

повърхност D(Ф = D).

3.6.19

и в интерференционните минимуми:

3.6.20

; 3.6.21

r и y са хордата и височината на сегмента на апроксимиращата сфера за

сантиметрови вълни у H0 и r 2.min.

На практика коефициентът на затихване се определя за интерференционните

минимуми в целия диапазон на изменение на рефракцията - от субрефракция до

критическа рефракция.

3.7. Честотна селективност[1]Интерференционния фадинг, дължащ се на наличието в приемния пункт на

отразена от земната повърхност вълна, е обусловен от увеличаване на просвета на

трасето при повишена рефракция g < -8.10-8, 1/m и попадане на приемната антена в

интерференционните минимуми, проявяващи се в резултат на взаимодействието на

пряка и отразена вълна.

Интерференционният фадинг е бърз, със средна продължителност на ниво 35-

25dB от секунди до десети секунди. Освен това, те са честотно селективни. Дълбоки

затихвания се наблюдават в различно време в различните високочестотни стволове на

32

РРС.

Изменението на коефициента на затихване по трасето на РР участък,

обусловено от интерференционните явления има селективен характер, изразяващ се в

неравномерно затихване на амплитудите на различните компоненти на спектъра.

Амплитудната дисперсия в лентата на сигнала е причина за достигане на допустимата

честота на грешките при ЦРРЛ далече над нивото на топлинните шумове. По този

начин се намалява ефективния запас по мощност на системата.

Ако амплитудата на носещата честота f при попадане в n-ти минимум затихва в

сравнение с амплитудата на съставящата от спектъра с честота f +/- f, x-пъти.

3.7.1

където

; 3.7.2

y - Фазова разлика между пряката и отразена вълна, поради разликата в пътищата им

r и в честотите f:

3.7.3

- Закъснението във времето на отразената вълна за носещата честота f.

с = 3.108, (m/s) - Скорост на светлината във вакуум.

Амплитудната дисперсия се определя приблизително от:

3.7.4

където: ; .

Избирателният характер на коефициента на отражение е изразен толкова по-

силно, колкото са по-големи: коефициентът на отражение, номерът

интерференционния минимум (по-голям просвет) и ширината на честотната лента.

При равни други условия, селективността е по-силно изразена за по-късите вълни, но

при тях затихването на отразената вълна е по-голямо и дълбочината на фазата се

намалява.

33

3.8. Характеристика на затихванията[5]При разпространение на УКВ и СВЧ в близост до земната повърхност и

тропосферата върху тях действуват много постоянни и непостоянни фактори, които в

крайна сметка водят до това, че полето в приемната антена не само отслабва, но и

варира, като в някои случаи вариациите са значителни. Те зависят както от

параметрите на трасето, така и от атмосферните условия и от дължината на вълната.

При постоянна дължина на вълната и на трасето вариациите на полето имат случаен

характер и се дължат главно на тропосферни изменения.

Големината на допълнителното затихване V = -V, dB, създавано от тези

вариации, се определя като изменение на коефициента на предаване в свободното

пространство по отношение на коефициента на предаване в реални условия, най-

често изразен в dB, във функция на процента от време %, през което затихването е

равно или по-малко от зададена стойност. Характерът на вариациите V е различен.

Например вариациите които се дължат на изменението на градиента на пречупване g

= d / dz в атмосферата са най-бавни. По експериментален път е установено, че

субрефракцията във вертикална посока може да достигне до ±1,2 на километър

дължина на трасето и антената може да се окаже в дълбока "радиосянка". Тези

вариации практически са честотно независими. Скоростта на изменението им е от

няколко десетки минути до няколко часа (фиг. 3.8.1).

Фиг. 3.8.1. Запис на нивото на сигнала на реално трасе (бавни изменения

на затихването вследствие изменение на d/dz)

Увеличаването на рефракцията води до увеличаването на просвета и оттам - до

попадане на приемната антена в интерфенчните минимуми, дължащи се на отражение

от Земята. Увеличаването на затихването е честотно зависимо и може да достигне до

34

25-30 dB с период от няколко секунди (фиг. 3.8.2).

Фиг. 3.8.2. Краткотрайни бързи изменения на затихването поради

отражение от земната повърхност

Интерференционните затихвания за сметка на отражения от слоеста

нееднородност на тропосферата (отражение отгоре) вследствие на рязко изменение на

диелектричната проницаемост и многолъчево разпространение в тропосферен

вълновод са най-бързи. Тяхната продължителност е части от секундата до няколко

секунди, а големината им достига до 25-30 dB. Те са най - силно изразени при морски

и приморски трасета (фиг. 3.8.3)

Фиг. 3.8.3. Характер на затихванията, причинени от нееднородности във

слоевете на въздуха във вертикална посока (бавни изменения) и наслоени върху

тях бързи изменения поради отражения.

Затихванията в следствие на екраниращото действие на слоести

нееднородности на тропосферата във вертикална посока могат да достигнат 15-30dB

и продължителност няколко часа. Понякога те се съпровождат от бързи изменения

спрямо средното ниво поради пристигане на вълни от допълнително отражение. При

35

това бавните изменения на затихването имат твърде висока честотна корелация, а

бързите са честотно селективни.

Големината на бавните затихвания се увеличава с увеличаване на дължината на

трасето и ъгъла на трасето и ъгъла на наклона на директния лъч спрямо хоризонта и с

намаляване дължината на вълната. Тези затихвания са характерни за морски райони и

дълги трасета в планински райони (фиг. 3.8.4).

Фиг. 3.8.4. Характер на затихванията при дълги планински трасета и

морски райони.

Допълнителните затихвания, причинени от хидрометеорологични фактори

(дъжд, мъгла, град, сняг), са характерни само за дължини на вълните, по-малки от 3-4

cm и се дължат както на частично поглъщане на електромагнитната енергия, така и на

частично разсейване. Те са локални и са корелирани с валежите.

Допълнително затихване може да се получи и от отклонение на максимума на

диаграмата на излъчване на антени с много тясна диаграма на излъчване. Това

отклонение може да се дължи на механична нестабилност на антената, особено при

антени, поставени на високи мачти, където люлеенето на мачтата поради ветрово

натоварване е значително, или на отражения от допълнителните листа на излъчване

от случайни обекти.

В планински райони при наличие на голяма разлика във височините на

антените и поради хидрометеорологичните влияния при дълги трасета, за което

планинските райони дават възможност, се наблюдават специфични затихвания. Освен

това вероятността за поява на значителни затихвания при тези трасета е голяма.

Опитът показва, че за открити високопланински трасета и на морски трасета с голяма

36

дължина се получават големи затихвания даже когато няма отразен лъч от Земята.

Причина за това е очевидно екраниращото действие на слоестите нееднородности в

тропосферата с голямо изменение на градиента на диелектричната проницаемост

d/dz и интерференцията с вълните, преизлъчени от нееднородностите. Характерно за

тези затихвания е това, че отслабва средното ниво на сигнала, докато при

затихванията, дължащи се на отражение от Земята, средното ниво на сигнала е даже

малко по-високо от това при разпространение в свободно пространство.

По експериментален път е установено, че на открити планински трасета с

дължина от 50 до 250 км при липса на отражение от Земята, за =7-30 см и V<1

статистическото разпределение на затихването се описва с логаритмичен закон.

Медианата стойност VM на V, е свързана с дължината на трасето d km и дължината на

вълната , см, със следната зависимост получена емпирично:

, dB 3.8.1

Коефициентът С е също емпиричен и зависи от ъгъла ф на лъча спрямо

хоризонта:

3.8.2

Най-голямо затихване се получава при =1,2°, което е толкова по-голямо

колкото е по-къса вълната. Стандартното отклонение по опитни данни не зависи от

и , а само от дължината на трасето d по закономерността:

, dB 3.8.3

Продължителността на тези затихвания се движи около десетки секунди до

няколко десетки минути.

Комплексното влияние на всички фактори върху дадено реално трасе

обикновено не се проявява в едно и също време, а още по-малко по всички трасета на

линията. В различните часове на денонощието и при различни метеорологични

условия затихването на трасето е различно.

От многобройните изследвания, извършени досега, могат да се направят

следните изводи:

- затихванията на къси трасета са по-малки, отколкото на дълги.

37

- на трасета със свободна първа френелова зона затихванията са по-малки,

отколкото при трасета с не напълно открита френелова зона.

- затихванията са по-чести и по-големи при спокойно време.

- сигналът в изхода на приемника е по-стабилен при интензивно разместване на

атмосферните пластове, т. е. при вятър, дъжд, буря.

- вълноводен канал се образува главно при температурна инверсия.

- зимно време затихванията са по-малки, отколкото през лятото.

- затихванията почти не зависят от вида на поляризацията.

- като правило големите допълнителни затихвания възникват главно след

полунощ до изгрев слънце и особено често през летните месеци.

- най-малки затихвания се наблюдават на трасетата, минаващи над

вълнообразна и пресечена местност и терени, покрити с гора, достатъчно е само да

бъде осигурен нужния просвет.

3.9. Енергийно оразмеряване. Ниводиаграма[5]При енергийното проектиране на РРЛ всеки участък трябва да се изчислява

така, че допустимата мощност на шумовете в него да не надхвърля лимитната

стойност за този участък. Ако нивото на сигнала в нито един участък не се получи

под минималната допустима стойност, може с увереност да се каже, че линията ще

работи устойчиво и качествено, а нормите за параметрите на каналите ще бъдат

спазени.

38

Фиг. 3.9. Пълна диаграма на нивото на един участък от РРЛ

Като се изхожда от мощността на предавателя Ps и чувствителността на

приемника, трябва да се провери дали при дадената дължина на трасето и неговото

затихване може да се осигури необходимото отношение сигнал/шум на изхода на

приемника. За тази цел е необходимо да се сумират всички усилвания от входа на

предавателя до изхода на приемника и от тях да се извадят всички затихвания.

Усилванията са в предавателя и приемника и техните антени, а затихванията - по

трасето и във фидерите.

На фигура 3.9 е показана диаграма на ниво на един участък от РРЛ с

гореизброените усилвания и затихвания. Сигнала на изхода на приемника е

постоянен. При увеличаване на затихването на трасето нивото на шумовете ще се

покачва и при правилно изчислена линия те няма да надвишават зададената норма,

връзката няма да се наруши, обаче качеството и ще се влоши. Това ще продължава

дотогава, докато нивото на входа на приемника спадне до някаква прагова стойност

РЕпр, под която апаратурата загубва своята работоспособност и връзката се прекъсва.

39

Това дава възможност да се прецени нивото на сигнала на входа на приемника и с

това да се оцени качеството на трасето. За оценка на СВЧ потенциал на линията може

да послужи резервът от мощност Рзап на СВЧ сигнал над тази прагова стойност.

Поради самата същност на линията е явно, че по нея ще се получат участъци, в

които сигналът ще отслабва, и участъци, в които той ще се усилва. В участъците,

където сигналът отслабва, съгласно казаното no-горе той не трябва да спада под

праговото ниво. Това най добре се вижда от диаграмата на фигурата. Ходът на

диаграмата е следния:

АВ - усилването на сигнала в предавателя, dB.

ВС - затихването на сигнала във фидера, като е затихването на един

метър дължина, a ls е дължината на фидера в m.

CD - усилването в предавателната антена Gs, dB.

DE - затихването в свободното пространство, dB.

Е'Е - затихване от коефициента на отслабване, dB.

EF - усилването в приемната антена, dB.

FG - затихването в приемния фидер , dB, където lЕ е дължината на фидера в

метри, а - затихването на един метър дължина;

GH - Усилването в приемника по мощност.

Нивото на шума трябва да остава винаги по-ниско от най-ниското ниво на

сигнала. В противен случай връзката ще се влоши или прекъсне.

3.10. Методика за проектиране на огледално-параболични

антени[6],[3]

Образуващата на огледално-параболичните антени ( парабола ) е геометрично

място на точки, равноотдалечени от точка (фокус) и от права (директриса).

Дължините на всички лъчи, прекарани от фокуса до параболичното огледало и след

това от огледалото до равнината на апертурата, са постоянни. От това следва, че при

облъчвател, разположен във фокуса, полето в равнината на апертурата ще бъде

синфазно.( фиг. 3.10.) Това е валидно както за ротационен параболоид с точков

облъчвател, така и за параболичен цилиндър с линеен синфазен облъчвател.

40

Фиг.3.10.

За проектирането на антената се задават следните изходни данни:

1. Работен честотен обхват f1 ÷ f2 , MHz ;

2. Ширина на главния лист в хоризонталната равнина 2θ0,5x ;

3. Ширина на главния лист във вертикалната равнина 2θ0,5b ;

4. Вид на облъчвателя;

Ред на изчисление:

1.Определя се диаметърът на огледалото. Обикновено 2θ0,5x = 2θ0,5b = 2θ0,5 , [rad];

, [m]; 3.10.1.

λ=300/f , [m]; f- честота [MHz];

2.Приема се апроксимация на амплитудното разпределние в отвора на антената и

стойността на апроксимиращия коефицент “р”. Той се избира от таблица 3.10.1

имайки в предвид нивото на странични излъчвания.

Таблица 3.10.1.

р ниво на страничните излъчвания

1 -24,6dB

2 -30,6dB

3 -38,2dB

41

Функцията на амплитудно разпределение е:

, x1=2x/D ;

3. Избира се фокусно разстояние и ъгъл на отвора :

f ≈ 0,5D ; 3.10.2.

f се закръглява до n(λ/2), където n e цяло число;

4.Попълва се следната таблица на амплитудното разпределение.

(табл.3.10.2.).Обикновено за p се приема p=2.

Таблица 3.10.2.

x, [m] Задават се 10 точки равномерно от x=0 до x=D/2

x1

x12

f(x)

Строи се графиката ;

5.Строи се амплитудното разпределение от ъгъла ψ на излъчването от облъчвателя:

f- фокусно разстояние; 3.10.3.

Резултатите се дават в табличен вид ( табл. 3.10.3. ).

Таблица 3.10.3.

x, [m] Взема се от таблица 3.10.2.

Ψ, [deg]

f(ψ)=f(x) Взема се от таблица 3.10.2.

6.Определя се показателят n на функцията cosn ψ , апроксимираща диаграмата на

насочено действие (ДНД) на облъчвателя ( табл.3.10.4.).

Таблица 3.10.4.

42

Ψ, [deg]

f(ψ) Стойностите се вземат от таблица 3.10.3.

cos2ψ

cos3ψ

cosnψ

От максималното съвпадение на двете разпределения се избира n .

7. От определените в т.3 и т.6 ψ0 и n ,чрез графики в [6] , се намира коефицента на

използване на площта на отвора υ.

8. Определя се коефицента на насочено действие на антената за трите честоти f1 , f2 и

f0 .

, където ; ; 3.10.4.

9.Изчислява се ДНД на антената. За избраният апроксимиращ коефицент p,

диаграмата на излъчване се изчислява от израза:

,където аргументът ; 3.10.5.

е ламбда функцията,която за u < 10 се взема от таблица в [6].

За стойности на u > 10 се използва апроксимацията:

; 3.10.6.

Изчислението се извършва за θ = 0 ÷ 900 . В рамките на главният лист се

пресмята за 5 – 6 точки,за първия страничен лист през 20 ,а до 900 –през 50 .

Резултатите за ДНД се представят в табличен и графичен вид. За по-голяма

яснота може да се използва логаритмичен мащаб.

10.Изчисляване на облъчвателя:

За диаграмата на излъчване на облъчвателя се приема избраната функция

. От нея се определя ширината на главния лист на ниво 0,707-ψ0,7 .

43

А) Ако облъчвателят е рупорна антена:

Приема се пирамидален рупор. Размерите на рупора се определят от изразите:

; 3.10.7.

; 3.10.8.

където ψ0,7 се замества в радиани.

Дълбочината на рупора е равна на :

; 3.10.9.

като се замества по-голямата стойност на D.

Коефицентът на насочено действие на рупора е равен на :

3.10.10.

Gp[dB] = 10lgG;

Избира се стандартен вълновод за зададения честотен обхват.

Б) Ако облъчвателят е симетричен вибратор с рефлектор :

Дължината на вибратора се скъсява за премахване на реактивната компонента:

, където 3.10.11

, 3.10.12

W е еквивалентното вълново съпротивление на вибратора.

Обикновено радиусът на вибратора r се избира в границите 1 ÷ 3 mm.Ако

диаметърът на рефлектора е D´=0,815λ0 и разстоянието между него и вибратора е

B=0,25λ0 ,то Rвх=80Ω .

Изчислява се съгласуващия трансформатор:

; 3.10.13.

където Wф е характеристичното съпротивление на използвания коаксиален кабел-

избира се от таблица в [6].

Коефицентът на насочено действие на облъчвателя е равен на:

44

, където R∑ ≈ RВХ.; 3.10.14.

Gb[dB] = 10lgG ;

11.Изчислява се коефицентът на отражение( КО ) във фидера и коефицентът на

бягаща вълна ( КБВ ) за трите честоти f1 , f2 и f0 .

КО е равен на: , където f- фокусно разстояние; 3.10.15.

КБВ е равен на: ; 3.10.16.

12.Определят се допуските при изготвянето на антената.Изчислението се извършва за

най-високата честота.

Допуск при изготвяне на огледалото:

; 3.10.17

Допуск при отместване на облъчвателя в осева посока:

; 3.10.18.

Допуск при отместване на облъчвателя в перпендикулярна посока:

; 3.10.19.

13.Начертава се конструктивен чертеж на антената и се посочват размерите.

45

ГЛАВА 4. ИЗЧИСЛИТЕЛНА ЧАСТГЛАВА 4. ИЗЧИСЛИТЕЛНА ЧАСТ

4.1. Изчисление на антената:

Изходни данни:

1. Тип антена: параболично-огледална антена.

2. Честотен обхват: от 7300MHz до 7800MHz.

3. Ширина на главния лист в хоризонталната равнина:2θ0,5x= 2°.

4. Ширина на главния лист в вертикалната равнина:2θ0,5b= 2°.

Определяне диаметъра на огледалото:

;

f1=7300MHz ; —> 1=c/f1=0,041m;

f2=7800MHz ; —> 2=c/f2=0,038m;

f0=(f1+f2)/2=7550MHz;

f0=7550MHz ; —> 0=c/f0=0,0395m;

; R=0,865m;

От таблица 3.10.1. избирам апроксимиращ коефицент p = 2, при който нивото

на странични излъчвания е: - 30,6 dB.

Функцията на амплитудно разпределение е:

, където ;

Фокусно разстояние: ;

Ъгъл на отвора: ;

Ψ0 = 2.26,350 = 52,70 ;

Таблица на амплитудното разпределение:

46

;

Таблица 4.1.1.

x,m 0 0,0

96

0,1

92

0,2

88

0,3

84

0,4

8

0,5

76

0,6

72

0,7

68

0,8

65

x1 0 0,1

1

0,2

2

0,3

3

0,4

4

0,5

5

0,6

7

0,7

8

0,8

9

1

x12 0 0,0

12

0,0

48

0,1

09

0,1

94

0,3

02

0,4

49

0,6

08

0,7

92

1

f(x) 1 0,9

76

0,9

06

0,7

94

0,6

5

0,4

87

0,3

04

0,1

34

0,0

43

0

Построяване на амплитудното разпределение от ъгъл ψ на излъчването на

облъчвателя: ;

Таблица 4.1.2.

x,m 0 0,09

6

0,19

2

0,28

8

0,38

4

0,48 0,57

6

0,67

2

0,76

8

0,86

5

0 6,27 12,4 18,2

6

23,7

4

28,8 33,4

2

37,5

9

41,3

4

44,7

4

f() 1 0,97

6

0,90

6

0,79

4

0,65 0,48

7

0,30

4

0,13

4

0,04

3

0

Определяне на показателя “n“ на функцията cosn ψ , апроксимираща ДНД на

облъчвателя:

Таблица 4.1.3.

0 6,2

7

12,

4

18,

26

23,

74

28,

8

33,

42

37,

59

41,

34

44,

74

f() 1 0,9

76

0,9

06

0,7

94

0,6

5

0,4

87

0,3

04

0,1

34

0,0

43

0

cos2 1 0,9

88

0,9

54

0,9

02

0,8

38

0,7

68

0,6

97

0,6

28

0,5

64

0,5

04

cos3 1 0,9

82

0,9

32

0,8

56

0,7

67

0,6

73

0,5

81

0,4

97

0,4

23

0,3

58

47

cos4 1 0,9

76

0,9

1

0,8

13

0,7

02

0,5

9

0,4

85

0,3

94

0,3

18

0,2

55

Избирам n = 4.

Определя се коефициента на използване на площа на отвора на антената, за

така определеното n = 4, 0 = 52,70 :

υ=0,82 [6];

Определяне коефициента на насочено действие ( КНД ) на антената за трите

честоти f1, f2, и f0:

; ;

;

;

;

Изчисляване на ДНД на антената за θ = 0 ÷ 900. Резултатите са представени в

табличен вид и графично.

, където е ламбда функция, която се взема от таблица в [6] за

стойности на u < 10. За u > 10 се използва апроксимацията:

;

;

В таблица 4.1.4. θ е ъглов размер на отвора ( от посоката на максималното

излъчване на антената , към точката, в която се определя полето ).

FH( θ ) e нормираната ДНД .

;

48

θ0 U Fн() log Fн()90 137.59 0.002 -2.6107285 137.07 0.003 -2.5684780 135.50 0.003 -2.5178175 132.91 0.003 -2.4598170 129.30 0.004 -2.3961865 124.70 0.005 -2.3288860 119.16 0.005 -2.2599255 112.71 0.006 -2.1911550 105.40 0.008 -2.1241945 97.29 0.009 -2.0603840 88.44 0.010 -2.0008535 78.92 0.011 -1.9465230 68.80 0.013 -1.8981225 58.15 0.014 -1.8562620 47.06 0.015 -1.821415 35.61 0.016 -1.7939210 23.89 0.017 -1.77415 11.99 0.017 -1.762134 9.60 0 -3 7.20 0.08 -1.096912 4.80 0.25 -0.602061 2.40 0.73 -0.13668

0.8 1.92 0.8 -0.096910.6 1.44 0.86 -0.06550.4 0.96 0.94 -0.026870.2 0.48 0.98 -0.008770 0 1 0

Таблица 4.1.4.

49

F()

θ

50

Фиг.4.1.1.

Диаграма на насочено действие в dB (10.lg(F())

-30

-25

-20

-15

-10

-5

090

85 80 7570

65605550

45

40

35

30

25

20

15

10

5

4

32

10,8

0,60,40,20-0,2-0,4-0,6

-0,8-1

-2-3

-4

-5

-10

-15

-20

-25

-30

-35

-40

-45

-50

-55-60-65

-70-75

-80-85-90

Фиг.4.1.2.

51

Изчисляване на облъчвателя:

; ; ;

;

[6]Най-масово приложение имат различните варианти рупорни облъчватели, с

които лесно се реализира желан тип разпределение на облъчващото поле в отвора на

параболичното огледало. Най-съвършени са рупорните облъчватели с гофрирана

вътрешна повърхност (Фиг. 4.1.3 а). Такъв рупор създава условия за синфазно

облъчване на параболичното огледало в широка честотна лента . Подобно е

действието на облъчвател, съставен от кръгъл вълновод и радиална забавяща система

(Фиг. 4.1.3 б).

Фиг. 4.1.3 а) Рупорен облъчвател с гофрирана вътрешна повърхност б) Кръгъл

вълновод с радиална забавяща система

Избирам пирамидален рупор със следните размери:

;

;

Дълбочина на рупора:

;

52

КНД на рупора:

;

;

;

От [7] избирам вълновод тип EW90S за честотен обхват 6,57 ÷ 9,99 GHz.

Изчисляване на КО във фидера и КБВ за честоти f1 , f2 и f0 :

;

;

;

;

;

;

Определяне на допуските при изготвянето на антената. Изчисленията се

извършват за най-високата честота f2=7800MHz

Допуск при изготвяне на огледалото:

;

Допуск при отместване на облъчвателя в осева посока:

;

Допуск при отместване на облъчвателя в перпендикулярна посока:

;

53

Конструктивен чертеж на антената:

Фиг.4.1.4.

54

873

1730

0

50

100

150

200

250

300

350

0 37,5 9 10

11,7 13

14,5 16

17,8 20

22,525,3 28 30

L [km]

H [

m]

4. 2.Изчисление на радиорелейното трасе:

Изходни данни :

Таблица 4.2.1.

Обща дължина на трасето 30 kmРаботна честота 7,8 GHzИзходна мощност на предавателя 3 WКоефициент на насочено действие 42 dB10Е-3 BER праг -74,5 dBmЗатихване на вълновод EW90S 10,15dB/100 m

Профил на трасето

След снемане профила на трасето ( табл.4.2.2. ) се вижда, че между двата

крайни пункта има пряка видимост което не налага построяването на междинна

станция.(фиг.4.2.1. ).

Таблица 4.2.2.

L[km] 0 3 7,5 9 10 11,7 13 14,5 16 17,8 20 22,5 25,3 28 30H[m] 304 242 147 182,5 205 125 185 221 180 122,5 167,5 201 107,5 165 200

Фиг.4.2.1.

55

Вижда се, че трасето има две критични точки.

h1 = 304 m;

h2 = 200 m;

d = 30 km;

;

hk1 = 221 m;

d1 = 14,5 km;

d2 = 15,5 km;

q1 = d1 . d2 . 0,0588 = 14,5 . 15,5 . 0,0588 = 13,2153 m ;

;

k (1 - k) = 0,249;

hk2 = 201 m;

d1 = 22,5 km;

d2 = 7,5 km;

q2 = d1 . d2 . 0,0588 = 22,5 . 7,5 . 0,0588 = 9,9225 m ;

;

k (1 - k) = 0,187;

Радиус на минималната Френелова зона и първа Френелова зона :

;

;

;

;

Действителен просвет над критичните точки :

56

;

, m – радиус на минималната Френелова зона;

, m – радиус на първа Френелова зона;

hn , m – височина на точките от трасето;

, m – действителен просвет над критичните точки;

От направените изчисления се вижда, че действителният просвет е по-голям от

радиуса на първа Френелова зона за сътоветните точки. Това важи и за минималната

Френелова зона.

За да се осигури оптимално приемане,при проектиране на трасетата,трябва да

се види дали просвета над терена в критичните точки осигурява свбодна цяла първа

Френелова зона или 60% от нея.

Съгласно казаното по-горе необходимият просвет за критичните точки трябва

да бъде:

;

;

Понеже HnD е по- голям от HnDнеобх. трасето ще бъде напълно открито.

Антените могат да се поставят на мачти или на покрива на високи сгради (това

е икономически по- изгодно, понеже се намалява дължината на

фидерите).Височината на мачтите или сградите трябва да се подбере така,че да се

осигури нужния просвет.

Избирам височина на поставяне на антените 10 m.

h2 = 200 + 10 = 210 m;

h1 = 304 + 10 = 314 m;

Действителен просвет над критичните точки с отчитане на височините на

антените :

;

57

;

Над двете критични точки действителният просвет е по-голям от първа

Френелова зона за съответното място.

Влияние на рефракцията върху параметрите на трасето:

Изменение на просвета при изменение на рефракцията :

При средна стойност на , 1/m;

;

;

;

;

Просветът при стандартна рефракция над критичните точки е :

;

;

;

При отрицателна рефракция , 1/m;

;

;

Просветът над критичните точки при отрицателна рефракция е :

;

;

58

Разпространение на радиовълните в условия на свободно пространство:

Мощност на сигнала на входа на приемника:

;

;

;

; ;

G = 42 dB;

За загубите във фидерния тракт на двете антени имаме:

Lf = 10,15dB / 100 m = 0,1015 dB / m;

Дължината на фидерната линия е 10 m. Следователно:

Lft = 10.(-0,1015) = -1,015 dB = 0,7915 W;

Lfr = 10.(-0,1015) = -1,015 dB = 0,7915 W;

;

В комуникационната техника, по-удобно и често срещано е, нивата на

сигналите да се изчисляват и дават в логаритмичен мащаб [ dB ]. Следователно за

мощността на входа на приемника се получава:

;

;

;

Определяне на наличния енергиен запас при предаване ( приемане ) на

електромагнитни вълни в свободното пространство (FM):

59

;

;

Разпространение на радиовълните в реални условия

Определяне на затихването в атмосферните газове Lg:

;

Определяне на затихването в кислорода за честота = 7,8 GHz :

;

;

Oпределяне на затихването във водните пари:

; ;

;

;

;

, където

;

;

;

Височина на слоя на водните пари :

;

;

60

;

;

;

Определяне на коефициента на затихване V :

Критерий на Релей за гладкост на терена:

;

;

;

;

Определяне на минималната зона, която определя влиянието на повърхността

върху амплитудата на отразената вълна :

;

Напречно на трасето :

2bmin = 2.H0 = 2.9,8 = 19,6 m ;

Ъгълът е малък, V се определя от (3.6.11). Oт таблица 3.6.2 определяме

;

;

61

;

;

Затихване при предаване на енергия в реални уловия :

;

;

Ниво на сигнала на входа на приемника :

;

Запас от мощност за достигане на ниво BER 10E-3 :

;

62

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Една цифрова радиорелейна линия ( ЦРРЛ ) е в състояние да пренася голямо

количество информация.Тя замества напълно, а в много отношения е и с предимство

пред медните съобщителни кабели за многоканална връзка и коаксиалните кабели.

Използването на СВЧ обхват за радиовръзка дава редица предимства. Преди

всичко налице е много широка честотна лента – около 30 000 MHz , в която могат да

се разположат голям брой радиостанции. Освен това на една и съща честота могат да

работят много предаватели, даже в една и съща РРЛ, поради използването на

остронасочени антени и обстоятелството, че зад хоризонта няма приемане и същата

честота може да се използва отново. ЦРРЛ дават възможност за пренасяне на широк

честотен спектър ( 500 MHz ) почти без изкривявания, поради използването на по-

шумоустойчиви модулации, които изискват по-широк спектър.Голямата насоченост

на антените дава възможност рязко да се повиши ефективната излъчена мощност и да

се понижи мощността на предавателя. Общо габаритите на цифровите радиорелейни

съоръжения са малки, тъй като се използват електромагнитни вълни с много малка

дължина и мощността на предавателите е малка.

Недостатък на СВЧ радиовръзките е необходимостта от много междинни

станции, за да се осъществи връзка между две точки, които се намират на големи

разстояния зад хоризонта.

Освен в техническо отношение, ЦРРЛ имат и много икономически, тактически

и стратегически предимства. Така например до 20 км. разстояние, стойността на един

каналокилометър РРЛ е равна на стойността на един каналокилометър кабелна линия.

Над тази дължина, с увеличаване броя на каналите и скоростта на предаване на

цифрова информация, стойността на радиорелейния канал рязко намалява.Освен това,

РРЛ могат да бъдат построени лесно и бързо в трудно достъпни райони ( планински

терени, непроходими области и горски райони, блатисти места, водни пространства и

т.н. ), където в повечето случаи полагането на кабелна линия може да се окаже

невъзможно или извънредно бавно и трудоемко. При нужда РРЛ може лесно и бързо

да се пренесе от едно трасе на друго, докато при проводниковите линии това е

невъзможно или изисква много средства и труд ( равни на ново капиталовложение ).

Освен това капацитетът на РРЛ може да се увеличи лесно, чрез поставяне на

63

допълнителни интерфейсни платки ( модули ).

Благодарение насвоите високи технико-икономически показатели, както и на

голямата им рентабилност и гъвкъвост, ЦРРЛ серазвиват непрекъснато, като се

подобряват техническите им параметри и се усвояват нови по-високочестотни

обхвати.

Внастоящата дипломна работа е разгледано проектирането на ЦРРЛ с пряка

видимост, защото такива линии намират най-широко приложение в България.Не е

отделено място за проектиране на приемо-предавателната апаратура, а само на

антенната система. Причината за това е, че у нас има пуснати в експлоатация и

продажба достатъчно много и разнообразни РРС за всички обхвати и за различни

цели. След изчисление на параметрите на трасето, с помощта на приложените

методики, може да се направи най-добрия избор на апаратна част, като избора зависи

и от възможностите на поребителя.

Дипломният проект има голямо практическо значение, тъй като в него са

разгледани основните въпроси, които се налага най-често да бъдат решавани в

практиката. Това са снемане на радиорелейното трасе и определяне на просвета,

изчисление на коефициентите на затихване при разпространение на ЕМВ в

свободното пространство, енергийно оразмеряване на линията.

От профила на трасето се вижда, че не е необходимо построяването на

междинна станция, защото има пряка видимост между станциите.

По трасето има две критични точки. От направените за тях изчисления се

вижда, че е осигурена не само необходимата пряка видимост, но и първа Френелова

зона е свободна от засенчване и има осигурен запас над необходимото ниво при

стандартна и отрицателна рефракция.

Нивото на сигнала на входа на приемника на втората РРС е Pr= - 55,4895dB ,

което осигурява необходимия запас от мощност за достигане на ниво BER -74,5dB.

Пресмятането на този параметър е важно, тъй като чувствителността на приемното

устройство, при избора му, трябва да бъде съобразена с него.

64

Използвана литература

1. Александрова,Е. Методика за проектиране на цифрови радиорелейни линии.

София, 1990 г.

2. Добрев,Д., Л.Йорданова. Радиокомуникации,част I. София,Сиела,2001 г.

3. Добрев,Д., Л. Йорданова. Радиокомуникации,част II. София,Сиела,2000 г.

4. Добрев,Д. Цифрови радиорелейни станции. София, Техника,1987г.

5. Додов,Н. Проектиране и експлоатация на радиорелейни линии. София,

Техника,1982 г.

6. Додов,Н. Антени и СВЧ устройства. София, Техника, 1989 г.

7. Kraus,John. Antennas. McGraw-Hill, 1988.

65

Използвани съкращения

ВС → възлова станция;

ДНД → диаграма на насочено действие;

ЕМВ → електромагнитна вълна;

КРУ → канално-разделително устройство;

КС → крайна станция;

МККР → Международен консултативен комитет по радио;

МС → междинна станция;

ПС → поляризационен селектор;

РКС → радиокомуникационни системи;

РРЛ → радиорелейна линия;

РРС → радиорелейна станция;

СВЧ → свръхвисока честота;

УКВ → ултракъси вълни;

ФЦ → феритен циркулатор;

ЦРРЛ → цифрова радиорелейна линия;

66

Съдържание

Увод.........................................................................................................................................1

Глава 1.Обзор върху микровълновите системи за връзка.................................................2

Глава 2.Радиорелейни линии с пряка видимост................................................................8

Глава 3.Методика за проектиране на цифрови радиорелейни линии,основни енергитични съотношения..................................................................................................16

3.1. Разпространение на радиовълните в условията на свободното пространство.........................................................................................................................16

3.2. Разпространение на радиовълните в реални условия.....................................17

3.3. Анализ на влиянието на релефа и характера на местността при проектиране..........................................................................................................................21

3.4. Отчитане релефа на местността.Профил на трасето......................................24

3.5. Влияние на рефракцията върху параметрите на трасето...............................27

3.6. Определяне на коефициента на затихване V за открити трасета..................28

3.7. Честотна селективност.......................................................................................33

3.8. Характеристика на затихванията......................................................................34

3.9. Енергийно оразмерявяне.Ниводиаграма..........................................................39

3.10. Методика за проектиране на огледално-параболични антени.....................41

Глава 4. Изчислителна част................................................................................................47

4.1. Изчисление на антената.....................................................................................47

4.2. Изчисление на радиорелейното трасе..............................................................56

Глава 5.Заключение, изводи и приложимост на дипломната работа.............................64

Използвана литература........................................................................................................66

Използвани съкращения......................................................................................................67

67