Fresnelove Zone - Seminarski Rad

Sveučilište u Zagrebu Fakultet prometnih znanosti, Zagreb 2013.

SVEUČILIŠTE U ZAGREBUFAKULTET PROMETNIH ZNANOSTI

Ak. god. 2012./2013.

SEMINARSKI RAD

Fresnelova zona u funkciji kriterija za optičku vidljivost u okviru projektiranja radiorelejne veze

Kolegij: Radiokomunikacijski sustavi Student:

Nastavnik: Broj indeksa:


Zagreb, kolovoz 2013.

SADRŽAJ

Stranica:

1. UVOD.................................................................................................................................12. RADIORELEJNI (LINKOVSKI) SUSTAVI.....................................................................22.1. Propagacija radio valova.....................................................................................................43. FRESNELOVA ZONA.......................................................................................................63.1. Ogib i oštrica noža u Fresnelovim zonama.....................................................................74. RAZLIKA IZMEĐU LOS I NLOS SUSTAVA.................................................................1



1. UVOD

Svaka bežična veza tako i radiorelejna (linkovska) veza se sastoji od većeg broja promjenjivih faktora koji imaju utjecaj na kvalitetu signala koji će se obraditi u ovom seminarskom radu. Prilikom povezivanja prijemne i predajne strane osim što je osnovni uvjet optička vidljivost, Fresnelova zona predstavlja prostor u kojemu signal nema prepreka ili one nemaju presudni utjecaj na njegovu kvalitetu.

U drugom dijelu seminarskog rada ukratko su objašnjeni radio relejni sustavi sa svojim komponentama ( predajnik, prijemnik, antene…).

1


2. RADIORELEJNI (LINKOVSKI) SUSTAVI

Linkovska veza je najčešće usmjerena radio veza za distribuciju signala do određene lokacije ili služi za dvosmjerni prijenos podataka na određenom prostoru. Prijenos radio valova se vrši između predajne i prijemne strane. Glavni elementi projektiranja radio relejne veze su: izbor frekvencije, izbor trase, proračun kvalitete veze , gušenje slobodnog prostora, gušenje mikrovalnih komponenata, dobitak antena, gušenje između predajnika i prijemnika, izlazna snaga prijemnika.

Predajnik

Predajnik je uređaj koji električne signale pretvara u elektromagnetske tako da ih može poslati bežičnom vezom. Kod opreme za bežično umrežavanje, sve karakteristike su standardizirane a najvažnija karakteristika za proračun kvalitete veze je snaga predajnika izražena u decibelima (db). Kako predajnik predstavlja izvor signala on ima pozitivan utjecaj na njegovu jačinu.

Prijemnik

Prijemnik je uređaj koji radio signale pretvara u električne. Njegova najvažnija karakteristika je osjetljivost. Što je prijemnik osjetljiviji ima sposobnost prijema i slabijih signala tj. može primati signale sa većih udaljenosti. Osjetljivost prijemnika se izražava u decibelima i prijemnik praktično pozitivno utječe na jačinu prijemnog signala, osjetljivost se izražava kao negativni iznos. Ta konstatacija proizlazi iz praktičnih razloga jer on predstavlja potrošač. Što manji broj u decibelima, to je veća osjetljivost prijemnika. Prijemnik ima još jednu važniju karakteristiku, odnos signal/šum (signal/noise radio, S/N). Ona predstavlja minimalni odnos između korisnog signala i šuma koji dolazi u prijemnik. Samo ako je signal od šuma jači za navedenu vrijednost ili više od toga, prijemnik će taj signal razlikovati od šuma. U praksi se uzima da koristan signal treba da bude 20 dB jači od nivoa šuma. Ako je nivo šuma nepoznat (nije izmjeren), uzima se da je isti kao i osjetljivost prijemnika.To znači da ako prijemnik ima osjetljivost prijemnika -89 dBm, onda koristan signal koji ulazi u prijemnik mora biti najmanje -69 dBm.

Antena

Antena ima najveći utjecaj na kvalitetu veze i njenim se poboljšanjem dobije najviše. Najvažnija karakteristika antene je njena dobit, odnosno pojačanje. Antena ima funkciju i kod predaje i kod prijema signala tako da ona ima funkciju poboljšavanja u oba smjera. Antena je pasivni element, te funkciju pojačanja vrši koncentriranjem elektromagnetske energije jer je usmjerava u uzak prostor. Kada govorimo o pojačanju antene mi u stvari mislimo na efekt dobiven fokusiranjem signala, a ne da antena stvarno vrši pojačanje.Upravo zbog ovakvog ponašanja antena ima najznačajniju ulogu - ne samo što pojačava signal u prijemu i predaji u zoni usmjerenja, nego istovremeno oslabljuje signal izvan ove zone, tako da u stvari smanjuje smetnje koje dolaze sa strane.Kod prijenosa signala u linkovskim vezama, koriste se usmjerene antene. One za razliku od omni antena koje imaju zračenje u svim smjerovima , imaju usmjereno zračenje.

2


Usmjerene antene:

dijagram zračenja pokazuje jakost polja antene na konstantnoj udaljenosti u slobodnom prostoru

pokazuje jačinu zračenja odašiljačke antene, ali isto tako i jačinu signala koji dobivamo u tom pravcu na prijamnoj anteni

Slika 1.: Dijagram zračenja usmjerene antene

Slika 2.:

3


Slika 3.: Prikaz linkovske antene

Prostor

Najviše signala se izgubi na putu kroz slobodan prostor - zrak. Karakteristika slabljenja signala u zraku je promjenjiva i zavisi od doba dana, vlažnosti, atmosferskih prilika, zagađenosti i slično. Radi proračuna uzima se neka standardna karakteristika zraka. Ipak u proračun uvijek treba uvrstiti i rezervu zbog navedene promjenljivosti karakteristika zraka.

2.1. Propagacija radio valova

4


Elektromagnetski valovi nastaju elektromagnetskim zračenjem, tj. energijom u obliku električnih i magnetskih polja koja se međusobno stimuliraju i omogućuju širenje u obliku valova. Elektromagnetske valove čini cijeli spektar: gama zrake, rendgenske zrake, ultraljubičaste zrake, vidljiva svjetlost, infracrveno zračenje i radio valovi.

Svaki elektromagnetski (radio) val ima svoje karakteristike: frekvenciju i valnu duljinu. Valna duljina je udaljenost između dvije iste točke vala, koji ima sinusoidni oblik. Izražava se u milimetrima, centrimetrima i metrima. Frekvencija je broj valova u jednoj sekundi, i mjeri se u hertzima (Hz).

Slika 4.: Prikaz valne duljine

Fizikalni utjecaji kod propagacije radio valova:

Refleksija- Na granici dva medija s elektrodinamičkim svojstvima dio vala se reflektira, a

drugi dio prolazi u drugo sredstvo (refrakcija)- Kut refleksije je pri tome jednak upadnom kutu, a upadni i reflektirani val leže

u istoj ravnini s okomicom na granici između dva medija- Radio valovi se reflektiraju od slojeva ionosfere i toposfere, površine Zemlje,

objekata (zgrada, automobila)

Difrakcija- Na preprekama dolazi do difrakcije ili ogiba vala, što omogućava prijem i iza

prepreke- Val je pri tome prigušen, a veličina gušenja ovisi o veličini i obliku prepreke te

valnoj duljini vala

Refrakcija - Promjena smjera EMV-a zbog promjene elektrodinamičkih svojstava medija

Disperzija - Nastaje kod istovremene pojave refrakcije, difrakcije i refleksije (obično na

nepravilnim objektima, na hrapavim površinama i sl.)

Apsorpcija - Gubici energije EMV-a zbog pretvaranja u drugi oblik (npr. toplina) pri

prolasku kroz tvari

5


Interferencija- Nastaje kada dva ili više valova iste frekvencije i polarizacije šire istovremeno

kroz neki medij- Na prijemnoj anteni, polja tih valova se superponiraju- Ako interferiraju dva vala iste frekvencije, ali iz različitih izvora, smetajući

signal može ugroziti komunikaciju korisnom signalu.

3. FRESNELOVA ZONA

Fresnelova zona predstavlja prostor između dvije usmjerene antene koji mora biti slobodan (bez prepreka). Na području ove zone ne bi trebalo biti nikakvih prepreka (građevinski objektu, drveće).

Slika 5.:

6


D – udaljenost između predajnika i prijemnikar – radijus u prvoj Fresnel zonid1, d2 udaljenosti prepreka ud predajnika i prijemnika

Ako je signal neometan, radiovalovi će se emitirati u ravnoj liniji od predajnika do prijemnika. Ukoliko postoje prepreke u blizini staze, radio valovi se odbijaju od objekta te mogu stići izvan faze od signala koji putuju izravno i smanjiti snagu primljenog signala. S druge strane, odraz može poboljšati snagu primljenog signala ako odraz i izravni signal dolaze u istoj fazi.

Ukoliko u području 60 % prve Fresnelove zone nema prepreka možemo pretpostaviti da će gušenje signala biti jednako kao i u slučaju kada nema prepreka uopće. Prva Fresnelova zona obuhvaća onaj prostor unutar kojeg se putanje dijelova radio vala ne razlikuju za više od /2 u odnosu na direktnu zraku.

3.1. Ogib i oštrica noža u Fresnelovim zonama

Ogib dolazi kada elektromagnetski val dolazi do prepreke. Val se svija oko prepreke i nastavlja širiti. Bez prepreke, elektromagnetski val se širi po ravnoj crti od odašiljača do prijemnika. Ako postoji prepreka u blizini te crte, ona će utjecati na val smanjenjem snage na prijemu ili faznim izobličenjima. Fresnelove zone su elipsoide u kojima prepreke mogu stvarati signale koji su izvan faze.

Prva Fresnelova zona stvara signale koji su od 00 do 900 izvan faze, druga zona stvara signale koji su od 900 do 2700 izvan faze, a treća zona stvara signale koji su od 2700 do 4500 izvan faze…

Parne zone su konstruktivne jer pojačavaju signal dok su neparne destruktivne jer uništavaju signal. Prepreke u prvoj zoni su potencijalno najopasnije.

Slika 6.: Prikaz Fresnelovih zona

7


Slika 7.:

Slika 8.:

8


4. RAZLIKA IZMEĐU LOS I NLOS SUSTAVA

1

Documents

Fresnelove Zone - Seminarski Rad