Расчет линии радиосвязи между Моршанском и Рязанью

Особенности распространения радиоволн, основной источник помех. Определение вида радиотрассы Моршанск-Рязань. Методика расчета напряженности поля в точке приема при высоко или низко расположенных антеннах. Выбор и расчет параметров радиостанции.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 30.04.2016
Размер файла 5,3 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Содержание

Введение

1. Особенности распространения радиоволн

2. Определение вида радиотрассы

3. Алгоритм расчета напряженности поля в точке приема

3.1 Методика расчета напряженности поля в точке приема при высоко расположенных антеннах

3.2 Методика расчета напряженности поля в точке приема при низко расположенных антеннах

4. Выбор и расчет параметров радиостанции

Заключение

Список используемых источников

Введение

В системах ?ередачи информации с помощью радиотехнических и радиоэлектронных приборов различают три звена: ?ередающее устройство, среда, в которой распространяются радиоволны, и приемное устройство.

Понятно, что если радиоэлектронная система включает в свой состав тракт распространения, то безупречная и надежная работа системы в целом в значительной мере определяется также условиями распространения радиоволн на участке, разделяющем ?ередающую и приемную антенны.

В процессе распространения волны подвергаются ослаблению и искажению. Кроме того, на приемную антенну воздействуют разного рода помехи как естественного, так и искусственного происхождения. Для обес??чения надежной ?ередачи информации необходимо, чтобы поле сигнала, во-?ервых, в определенное число раз превышало уровень помех (в зависимости от условий работы канала связи и требований к надежности). Во-вторых, сигналы не должны подвергаться чрезмерным искажениям, неизбежно возникающим в процессе распространения. Искажения должны находиться в пределах допустимых норм. Передача информации может нарушиться либо при значительном снижении уровня сигнала (который при этом уже не будет выделяться на фоне помех), либо при сильном искажении формы сигнала (его растягивании, дроблении и т. д.).

Свободно распространяющиеся радиоволны находят в современной технике обширные и многообразные применения, а именно: в системах связи, в радиолокационных устройствах, телеметрии, системах управления, в радионавигации и во многих других случаях. Их основное преимущество заключается в том, что когда связь устанавливается между фиксированными (наземными) пунктами, то нет необходимости сооружать между ними, соединительную или направляющую систему. Радиоволны являются единственным и естественным средством осуществления связи с ?ередвигающимися объектами (автомобилями, кораблями, самолетами, космическими кораблями).

1. Особенности распространения радиоволн

Поверхностная волна обладает ярко выраженной способностью к дифракции и обеспечивает устойчивую надежную радиосвязь на больших расстояниях при использовании сложных и дорогих антенно-мачтовых сооружений. На расстоянии до 400 км распространение происходит только с помощью поверхностной волны, до 3000 км - с помощью поверхностной и пространственной волн, свыше 3000 км - только с помощью пространственной волны. Используются для радиовещания и радионавигации. Основной источник помех -атмосферные разряды. Диапазон мириаметровых волн используется, как правило, для радиосвязи под водой. Гектометровые волны. Диапазон частот от 300 кГц до 3 МГц - средние частоты (СЧ). Способность поверхностной волны к дифракции выражена слабее, чем на километровых волнах. В дневное время гектометровые волны распространяются только в виде поверхностной волны на расстояние до 300 ... 500 км над сушей и до 800 ... 1000 км над морем, а ночью-с виде поверхностных и пространственных волн на расстояние до 4000 км. Используются для служебной и любительской связи, а также для радиовещания. Декаметровые (короткие) волны. Диапазон частот от 3 до 30 МГц -высокие частоты (ВЧ). Основной диапазон, используемый для любительской и профессиональной радиосвязи на расстояния в несколько тысяч и десятков тысяч километров. Радиосвязь на декаметровых волнах проводится только с помощью пространственных волн, так как поверхностные волны в этом диапазоне имеют слабую способность к дифракции и кривизну земного шара практически не огибают. Обычно в дневное время для связи применяют «дневные» волны (от 10 до 20 м), а ночью, когда ионизация становится более слабой, - «ночные» волны (от 35 до 70 м). При связи на декаметровых волнах возможно появление «зоны молчания» в виде кольцевой области, которая заключена между радиусом действия поверхностной волны и расстоянием, на котором появляется отраженная от ионосферы пространственная волна. Качество дальней связи на верхнем уровне диапазона частот может ухудшаться также из-за того, что в точку приема кроме основного сигнала приходит с большим временным сдвигом (до 0,1 с) второй сигнал, прошедший более длинный путь по дуге большого круга. Микроволновые диапазоны. Включают в себя метровые волны (очень высокие частоты, ОВЧ, 30 ... 300 МГц), дециметровые волны (ультравысокие частоты, УВЧ, 300 ... 3000 МГц), сантиметровые волны (сверхвысокие частоты, СВЧ, 3 ... 30 ГГц), миллиметровые волны (крайне высокие частоты, КВЧ, 30 ... 300 ГГц), децимиллиметровые волны (300 ... 3000 ГГц). Радиоволны микроволновых диапазонов распространяются только с помощью поверхностной волны, так как в этих диапазонах пространственные волны от ионосферы не отражаются. Поскольку дифракция поверхностной волны в этих диапазонах почти не проявляется, распространение радиоволн происходит только в пределах прямой видимости. На метровых волнах благодаря незначительной дифракции дальность приема может быть несколько больше, чем дальность прямой видимости, однако в зоне дифракции (зона полутени и тени) напряженность поля убывает очень быстро, прием телевизионных передач становится нестабильным и неустойчивым. На метровых волнах наблюдаются отдельные случаи дальнего и сверхдальнего приема телевизионных передач вследствие рассеяния радиоволн на неоднородностях атмосферы и отражения радиоволн от областей ионосферы с повышенной ионизацией. На дециметровых волнах дифракция практически отсутствует, и дальность приема не превышает дальности прямой видимости. Случаи дальнего и сверхдальнего приема телевизионных передач на дециметровых волнах связывают с образованием атмосферных волноводов над тропическими морями при аномальном состоянии атмосферы (суперрефракция). Дальность распространения метровых и дециметровых волн практически не зависит от метеоусловий. Сантиметровые и миллиметровые волны также распространяются в пределах прямой видимости, однако дальность их распространения существенно зависит от метеоусловий. Поглощение сантиметровых волн во влажном воздухе составляет 0,01 дБ/км, на частоте 24 ГГц наблюдается резонансное поглощение в водяном паре (0,2 дБ/км), на частоте 60 ГГц в кислороде (13 дБ/км). Поглощение и рассеяние происходит во время дождя от 0,1 до 10 дБ/км в зависимости от интенсивности дождя. Микроволновые диапазоны используются для профессиональной и любительской связи, радиолокации, передачи телевизионных программ и УКВ-ЧМ вещания. В этих диапазонах работают спутниковые системы связи и радиорелейные линии [4, с.247].

Рисунок 1 - Распространение радиоволн

2. Определение вида радиотрассы

Радиотрасса -- это кратчайшее расстояние между двумя антеннами, приёмной и передающей.

Исходные данные:

1) Высота передающей антенны h1=5м;

2) Высота приёмной антенны h2=5м;

3) Длинна волны л = 60м;

4) Чувствительность приёмника Uприём.=3мкВ;

5) Начальный пункт радиолинии -- Моршанск;

6) Конечный пункт радиолинии -- Рязань.

На основании рисунка 2, радиотрасса между городами Моршанск - Рязань протяженностью 190км имеет 3 участка с различной проводимостью, а именно:

- участок 1-2, луг(степь), ровная местность с сухой почвой, равный 97 км;

- участок 2-3, лесной покров с относительной ровной местностью, равный 38 км;

- участок 3-4, луг(степь), ровная местность с сухой почвой, равный 55 км.

Рисунок 2 ? Радиотрасса Моршанск-Рязань

Существует два механизма прохождения волн сквозь лесную среду. Первый механизм - это прямое прохождение волн сквозь всю толщу леса. Второй механизм - это механизм боковой волны, траектория которой определяется линией наименьшего ослабления радиоизлучения.

Свободное пространство можно рассматривать как однородную не поглощающую среду с е =1. В действительности таких сред не существует, однако выражения, описывающие условия распространения радиоволн в этом простейшем случае, являются фундаментальными. Распространение радиоволн в более сложных случаях характеризуется теми же выражениями с внесением в них множителей, учитывающих влияние конкретных условий распространения [3, с.34].

Таблица 1 Электрические свойства различных типов Земной поверхности

Вид земной поверхности

Длина волны л, м

Относительная диэлектрическая проницаемость е

Удельная электрическая проводимость г, См/м

Морская вода

>1

0,1

0,03

0,003

78

70

40

10

5

5

20

20

Пресная вода

>1

0,1

0,03

0,003

90

80

40

10

0,02

5

20

5

Влажная почва

>1

0,1

0,03

0,003

15…30

15…30

10…15

10…15

0,02

0,2

2

-

Сухая почва

>1

0,1

0,03

0,003

3…6

3…6

3…6

3…6

0,003

0,006

0,02

-

Лед

>1

0,1

0,03

0,003

4,5

3,5

3,2

3

0,001

0,005

0,005

-

Снег

>1

0,1

0,03

0,003

1,2

1,2

1,2

1,2

10-6

10-6

10-6

-

Мерзлая почва

>1

3,7

0,005

Лес

>10

0,1…5

1,004

1,4 … 1,04

10-5

10-4

3. Алгоритм расчета напряженности поля в точке приема

3.1 Методика расчета напряженности поля в точке приема при высоко расположенных антеннах

1) Определяют характер радиотрассы:

трасса с высоко расположенными антеннами [2, с.20]

, , (1)

где - высоты расположения передающей и приемной антенн.

2) Определяют расстояние прямой видимости на Земле [2, с.20]

, км. (2)

3) Проверка выполнения соотношений определяющих влияние сферичности Земли и дальнейший алгоритм выполнения вычислений [2, с.20]

, , . (3)

4) Выполняется соотношение - Землю считают плоской, ее влияние не учитывается:

а) Проверяют условие применимости формулы Б.А.Введенского

. (4)

б) если условие (2) выполняется, то расчет напряженности поля ведут по формуле Б.А.Введенского [2, с.20]

, (5)

где РПРД - мощность передатчика,

D0 - коэффициент направленного действия антенны.

В противном случае расчет напряженности поля ведут по интерференционной формуле [2, с.21]

. (6)

В зависимости от вида поляризации, угла падения на земную поверхность по графикам рисунок 3 определяют модуль и фазу коэффициента отражения Френеля в метровом диапазоне волн.

Рисунок 3 ? Зависимость модуля и фазы Ф от вида поляризации

Угол падения приближенно равен [2, с.21]

, рад. (7)

5) Выполняется соотношение - необходимо учитывать влияние сферичности Земли, для чего в формулы (3) или (4) вместо подставляют так называемые приведенные высоты . Произведение определяется по графику рис. 2 в зависимости от параметра (- радиус Земли, равный 6370 км) и отношения высот или ) [2, с.21].

Напряженность электрического поля в точке приема при учете сферичности земли оказывается меньше, чем в случае плоской земной поверхности.

Рисунок 4 ? Нахождение параметра q

6) Выполняется соотношение - напряженность электрического поля в точке приема определяется с учетом дифракции радиоволн, то напряженность электрического поля в точке приема определяется с учетом дифракции радиоволн по формуле Фока [2, с.22]

. (8)

где - множитель ослабления, учитывающий затенение области, существенной при распространении радиоволн выпуклостью Земли [2, с.22]

. (9)

В формулу (5) множитель ослабления необходимо подставлять не в децибелах, а в разах [2, с.22]:

(10)

Параметры , , определяются как [2, с.22]

; ; .(11)

Зависимости приведены на рисунке 5

ЭДС на входе приемника [2, с.23]

е/ ПРМ= hд Em, (12)

где Em - напряженность электрического поля в точке приема;

hд - действующая длина антенны

hд = / (13)

3.2 Методика расчета напряженности поля в точке приема при низко расположенных антеннах

1) Определяют характер радиотрассы:

трасса с низко расположенными антеннами [2, с.27]

(, . (16)

Таблица 2 ? Условие плоской земной поверхности

, м

rдоп, км

10...50

10

50...200

50...100

200...20000

300...400

3) Анализ однородности радиотрассы:

а) При однородной радиотрассе напряженность электрического поля в точке приема определяется по формуле М.В. Шулейкина [2, с.27].

,(17)

где - множитель ослабления.

Он определяется как функция безразмерного параметра , который называется численным расстоянием [2, с.27].

. (18)

Приближенно множитель ослабления W можно рассчитать по формуле [2, с.28]

. (19)

при множитель ослабления примерно равен

. (20)

б) Трасса неоднородна по рельефу. Если трасса при низко расположенных антеннах неоднородна по рельефу местности, то учет влияния рельефа местности проводится с помощью формулы (1). При этом, если трасса не контрастна по рельефу местности (в основном равнина), то в формуле (2) вместо проводимости среды используют эффективную проводимость [2, с.28]

, (21)

Для холмистой местности

. (22)

в) Трасса неоднородная по электрическим свойствам. Имеет место резкое изменение электрических свойств [2, с.28].

Если трасса является диэлектриком 160, то

. (23)

Если трасса является проводником 260, то

. (24)

Расчет напряженности электрического поля производится по формуле (1), в которой множитель ослабления является функцией численных расстояний и , вычисленных для отрезков трассы и соответственно (например, - "суша" с параметрами и , - "море" с параметрами и ) [2, с.28].

Если , , то

. (25)

При переходе радиолинии с суши на море используется формула

, (26)

где - численное расстояние суши при длине трассы r1 + r2,

r1 - длина трассы суши,

r2 - длина трассы моря.

Для радиолинии, состоящей из трех однородных участков, при тех же условиях, множитель ослабления находят по формуле [2, с.28]

. (27)

4) Условие плоской земной поверхности не выполняется (таблица 1)

Расчет напряженности поля в точке приема ведут с учетом дифракции [2, с.28]:

, (28)

, (29)

, (30)

. (31)

- радиус Земли, равный 6370 км.

определяется по графику рисунку 6.

Рисунок 6 ? Зависимость U(x)

ЭДС на входе приемника

е/ПРМ= hд Em, (32)

где Em - напряженность электрического поля в точке приема,

hд - действующая длина антенны [2, с.29],

hд = /. (33)

4. Выбор и расчет параметров радиостанции

В соответствии с условием и исходными данными, имеем радиотрассу с низко расположенными антеннами.

(; .

(34)

При проверке условия плоскости земной поверхности воспользуемся таблицей 2. В соответствии с ней при длине волны л=60м и расстоянии

r = 193000м условие плоской земной поверхности 193000 10000 не выполняется.

По формуле (33) найдем

hд = /;

(35)

Напряженность электрического поля в точке приема найдем из формулы (32):

е/ПРМ= hд Em;

(36)

По формуле (31) находим:

.(37)

По графику, рисунок 6 определяем:

дБ. (38)

В соответствии с формулой (29)

дБ. (39)

Тогда в соответствии с (38)

(40)

У элементарного симметричного диполя КНД=1,5

Найдем мощность передатчика из формулы (28)

Заключение

В данной курсовой работе были рассмотрены особенности распространения радиоволн. Изучены алгоритмы расчета напряженности поля для случаев с высоко и низко расположенными антеннами.

При анализе карты местности и определении вида радиотрассы, мною были выделены 2 участка изменения относительной диэлектрической проницаемости е и удельной электрической проводимости г в зависимости от вида земной поверхности и длины волны - лес и сухая почва.

На основании исходных данных были рассчитаны и выбраны такие параметры: передающей радиостанции - мощность передатчика ; приемной радиостанции: заданная напряженность электрического поля в точке приема , действующая длина антенны равна 5 м. Таким образом, для обеспечения радиосвязи между Моршанском и Рязанью, необходимо установить в Моршанске передатчик мощностью , а в Рязани необходимо иметь приемник, чувствительностью . КНД приемной и передающей антенн составляет 1,5.

радиосвязь радиоволна прием антенна

Список использованной литературы

1 Панасюк, Ю.Н. Электродинамика и распространение радиоволн[текст]: Методические указания по проведению лабораторных работ/ Ю.Н. Панасюк. ? Тамбов: ТГТУ, 2015. ? 25 c.

2 Панасюк, Ю.Н. Электродинамика и распространение радиоволн[текст]: Методические указания по проведению практических занятий/ Ю.Н. Панасюк. ? Тамбов: ТГТУ, 2015. - 43 с.

3 Нефедов, Е.И. Техническая электродинамика[текст]: учебное пособие для вузов / Е. И. Нефедов. ? М.: Академия, 2008. ? 416 с.

4 Долуханов, М.П. Распространение радиоволн[текст]: учебник для вузов/ М.П. Долуханов. ? 4-е изд. ? М.: Связь, 1972. ? 336 с.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Расчет напряженности поля земной радиоволны вертикальной поляризации для заданной дальности радиосвязи на двух типах однородной земной поверхности. Расчет напряженности поля на линии связи ионосферной волной. Уровень сигнала на спутниковой радиолинии.

    курсовая работа [1,8 M], добавлен 15.04.2014

  • Методика расчета дальности связи с подвижными объектами в гектометровом диапазоне при использовании направляющих линий. Базовые кривые распространения радиоволн. Коэффициенты, учитывающие флуктуации сигнала. Расчет дальности связи между локомотивами.

    методичка [595,7 K], добавлен 14.10.2009

  • Основные понятия и классификация приборов для измерения напряженности электромагнитного поля и помех. Измерение напряженности электромагнитного поля. Метод эталонной антенны. Метод сравнения. Измерительные приемники и измерители напряженности поля.

    реферат [31,8 K], добавлен 23.01.2009

  • Выбор и обоснование модели для прогнозирования уровня радиосигнала. Расчет уровня радиосигнала в точке приема на основе выбранной модели. Определение параметров шумов: тепловых, индустриальных, излучения. Построение частотно-территориального плана.

    курсовая работа [874,5 K], добавлен 21.01.2013

  • Разработка канала радиосвязи метрового диапазона, его передающей и приемной части. Предварительный расчет параметров передающей и приемной частей каналов. Функциональная схема радиоприемной его части, расчет наземного затухания напряженности поля.

    контрольная работа [121,2 K], добавлен 03.03.2014

  • Основные способы распространения радиоволн. Практические модели, используемые для расчета ослабления сигнала в радиоканалах. Программа расчета напряженности электромагнитного поля с учетом затенения зданиями. Безопасность и экологичность проекта.

    дипломная работа [1,7 M], добавлен 14.10.2010

  • Расчет числа каналов между городами, параметров оптического кабеля, длины участка регенерации. Выбор системы передачи и кабеля. Выбор и характеристика трассы волоконно-оптической линии передачи (ВОЛП). Смета проекта ВОЛП. Расчет надежности ВОЛП.

    курсовая работа [221,0 K], добавлен 19.05.2013

  • Общая классификация радиоволн по диапазонам и областям применения. Диапазоны радиочастот и радиоволн, установленные международным регламентом радиосвязи. Механизмы и зоны распространения. Особенности распространения устройства декаметрового диапазона.

    контрольная работа [29,1 K], добавлен 02.04.2014

  • Обоснование структурной схемы системы радиосвязи. Предварительные расчеты основных параметров передающей и приемной частей радиоканала. Расчет наземного затухания напряженности поля радиоволны. Оценка дальности прямой видимости при заданных параметрах.

    курсовая работа [632,6 K], добавлен 21.02.2014

  • Техническое обоснование и расчет линейной структурной схемы УКВ приемника радиостанции. Расчет полосы пропускания приёмника и выбор числа преобразований частоты. Избирательность каналов приемника и расчет реальной чувствительности. Источник питания.

    курсовая работа [163,7 K], добавлен 04.03.2011

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.