Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Мощность, высота и дальность приема






Когда мы говорим о дальности приема, мы, собственно, имеем в виду дальность уверенного приема станции или максимальное расстояние от передающей антенны, на котором слушатели большую часть времени принимают достаточно чистый сигнал. Поскольку дальность зависит не только от мощности передатчика, но и от уровня радиопомех, рельефа местности, конструкции антенны и приемников, и т. д., ее трудно прогнозировать с высокой точностью для каждого конкретного случая. Тем не менее, мы приводим несколько существующих способов прогнозирования.

Для ЧМ-станций МККР рекомендует напряженность поля по крайней мере 0, 05 мВ/м (34 дБм) для моновещания и по крайней мере 0, 25 мВ/м (48 дБм) для стерео, " при отсутствии помех от промышленного и бытового оборудования". Однако, распространению радиоволн препятствуют возвышенности, постройки и деревья, а радиошум от телеприемников, промышленных объектов и других вещателей требует увеличения минимума напряженности, необходимого для качественного приема. Поэтому МККР рекомендует для моноприема ЧМ-вещания следующие минимальные значения напряженности поля: 0, 25 мВ/м (48 дБм) в сельской местности; 1, 0 мВ/м (60 дБм) в городской местности, и 3, 0 мВ/м (70 дБм) в больших городах. Для стерео ЧМ-вещания минимальные значения составляют 0, 5 мВ/м, 2, 0 мВ/м и 5, 0 мВ/м (соответственно, 54 дБм, 66 дБм и 74 дБм).

Поскольку радиосигнал, как правило, затухает пропорционально удалению от передатчика, данные минимальные значения должны наблюдаться у границ вашей зоны вещания. Тогда (при отсутствии зон молчания) слушатели, находящиеся ближе к передатчику, будут принимать удовлетворительный сигнал. Измерьте расстояние от каждого возможного места установки антенны до самой дальней точки на границе вашей зоны вещания и выясните, сможете ли вы получить там необходимую напряженность поля?

Существуют разные способы рассчитывать мощность, необходимую для получения соответствующих значений напряженности на данном расстоянии от передатчика. К сожалению, эти методы основаны на разных предпосылках и дают разные результаты. Так происходит потому, что невозможно построить абстрактную модель, учитывающую все возможные переменные, которая не требовала бы при этом чересчур сложных расчетов и измерений. 3

Для того, чтобы помочь ЧМ-вещателям без труда прогнозировать дальность, которая достигается в результате различных сочетаний мощности и высоты антенны, Федеральная комиссия связи США (ФКС) провела в 1950-х годах серию испытаний и свела результаты наблюдений в таблицы. Радиоприемники с тех пор стали чувствительнее, поэтому таблицы, скорее всего, недооценивают дальность приема, доступную для современного оборудования. Но поскольку у большинства радиослушателей в бывших соцстранах пока нет в распоряжении новейшей и наилучшей аппаратуры, для них графики ФКС все еще могут быть актуальны. На следующей странице приводится в упрощенном виде наиболее полезный из этих графиков, который мы доработали, чтобы включить в него антенны ниже разрешенной в США высоты.

Горизонтальная шкала вдоль нижнего края графика показывает высоту антенны относительно рельефа местности на расстоянии 3 - 16 км. (Недостаточно измерить высоту антенны над почвой у ее основания. Если вам повезло, ваша антенна будет установлена на одной из возвышенностей в зоне вещания. Главное - это высота относительно того, где находятся ваши слушатели. Чтобы рассчитать эту высоту, возьмите геодезическую карту вашего региона. Проведите окружность с центром в точке установки антенны, а затем восемь радиусов на равном угловом расстоянии друг от друга. Измерьте среднее значение высоты рельефа земной поверхности вдоль этих радиусов на расстоянии от 3 до 16 км от антенны. Если вам негде взять такую карту, проведите геодезическую съемку сами, наилучшим доступным вам образом.)

Вертикальная шкала вдоль левого края графика показывает напряженность поля, которая в течение более половины времени вещания возникает в более чем 50% радиоприемников, находящихся на высоте 9 м над поверхностью земли. (Приемники, расположенные ниже этого уровня, будут принимать более слабый сигнал, а расположенные выше - более сильный.)

Кривые на графике показывают расстояния (в км), на которых возникают данные значения напряженности, если антенна данной высоты имеет ЭМИ 100 ватт. Расстояния, представленные кривыми, обозначены вдоль правого края графика.

Запутались? Как только начнете пользоваться графиком, все прояснится. Скажем, вы вещаете в моно, разрешенная вам мощность - 100 Вт ЭМИ, ваш регион вещания - небольшой город, и вы хотите, чтобы вас было слышно на расстоянии 20 км. Какой высоты вам потребуется антенна? Минимальная напряженность, рекомендованная МККР для ЧМ-моносигнала, - это 60 дБм. Найдите значение 60 дБм на левой стороне графика. Отметьте точку пересечения идущей от него горизонтали с кривой расстояния 20 км. Опустите из точки пересечения перпендикуляр к горизонтальной шкале вдоль нижнего края графика, и вы получите высоту антенны, равную примерно 350 м. Итак, для того, чтобы городские слушатели уверенно принимали моно ЧМ-радиосигнал за 20 км от передатчика, антенна должна иметь высоту 350 м над средним уровнем поверхности земли при мощности излучения передатчика 100 Вт.

Это очень высокая антенна. Что, если ее сделать ниже, скажем, 50 м над уровнем зоны вещания? Сейчас увидим. Начните с отметки 50 м на горизонтальной шкале вдоль нижнего края графика. Найдите точку пересечения перпендикуляра, восставленного из этой отметки, с горизонтальной линией, идущей от отметки 60 дБм напряженности поля. Точка пересечения окажется на полпути между кривыми, соответствующими расстояниям 5 и 10 км. Итак, моно ЧМ-станция мощностью в 100 Вт с антенной высотой 50 м над городом средней величины, по всей вероятности, сможет вести удовлетворительную передачу на расстояние 7-8 км.

А если станция удвоит свою мощность? При ЭМИ 200 Вт насколько увеличится дальность приема?

При подобных расчетах градуировка шкалы напряженности в децибелах особенно удобна: она позволяет нам модифицировать информацию, заложенную в графике, для других значений ЭМИ. Математический трюк здесь проще, чем может показаться. Когда вы его усвоите, вы сможете пользоваться таблицей для определения дальности приема при практически любой комбинации высоты антенны и мощности излучения. Это очень помогает при выборе места для установки антенны и при приобретении передатчика.

Как было сказано в примечании 5, дБ = 20 lg одной величины напряжения в вольтах, деленной на другую. При измерениях в ваттах эта формула меняется следующим образом: дБ = 10 lg одного уровня мощности, деленного на другой (хотите знать, почему - возьмите учебник по электронике). Возвращаясь к нашему примеру, 200 Вт: 100 Вт = 2. Логарифм 2 = 0, 301, что, будучи умножено на 10, дает 3, 01. Иными словами, удвоить мощность - это то же самое, что прибавить к ЭМИ 3 дБ. Увеличение мощности в четыре раза, со 100 до 400 Вт ЭМИ, эквивалентно прибавлению 6 дБ. Увеличение ЭМИ со 100 до 1000 Вт дает прибавление в 10 дБ. Перевести другие значения мощности в дБ, а дБ в ватты можно с помощью таблицы логарифмов.

Рис. 6.
Расширенный график ФКС, показывающий возможные значения напряженности поля ЧМ-вещания на различных расстояниях и высоту антенны при ЭМИ равной 100 Вт. (lr4)

Вместо того, чтобы заново чертить кривые расстояний на графике, передвигая их вверх, чтобы показать увеличение мощности, мы получаем тот же результат, передвигая вниз горизонтали, представляющие напряжение поля в приемнике. Вместо того, чтобы переделывать график, просто отнимите децибельный эквивалент любой мощности, превосходящей 100 ватт, от значений, указанных вдоль левого края графика. Для мощностей ниже 100 Вт нужно прибавлять их значения, выраженные в дБ, к значениям, указанным вдоль левого края графика.

Таким образом, удвоение ЭМИ станции эквивалентно уменьшению напряженности поля, необходимой для уверенного приема, на 3 дБ: в нашем примере - с 60 до 57 дБм. Горизонталь, представляющая 57 дБм, пересекает перпендикуляр, представляющий высоту антенны 50 м, ближе к кривой 10 км, но не намного. При данной высоте антенны удвоение мощности до 200 Вт увеличивает дальность с 7, 5 км до всего лишь 9 км. Если увеличить мощность до 1000 Вт (+10 дБ), мы должны вычесть 10 дБ из напряженности поля, необходимого на приемнике. Но это даст нам увеличение дальности только до 12-13 км.

Так какая же мощность необходима для удовлетворительного приема сигнала на расстоянии 20 км, при высоте антенны 50 м, в городских условиях? Ответ тоже можно найти на графике. Перпендикуляр, соответствующий высоте антенны 50 м, пересекает кривую, соответствующую дальности 20 км, в точке, соответствующей 42 дБм напряженности поля. Это на 18 дБ меньше, чем требуемые 60 дБ. 100 Вт + 18 дБ = 6309 Вт (18 дБ = 10 lg 63, 09).

Если высота антенны будет 100 м, кривая 20 км будет пересекаться в точке, соответствующей 48 дБм (12 дБ разницы). 100 Вт + 12 дБ = 1584 Вт ЭМИ. При антенне высотой 200 м, кривая 20 км пересекается в точке 55 дБм, при разнице в 5 дБ, эквивалентной 316 Вт ЭМИ.

Таким образом, мы видим, что высота антенны влияет на увеличение дальности приема гораздо сильнее, чем дополнительная мощность. В нашем примере семикратное увеличение высоты антенны расширило дальность приема на столько же, на сколько шестидесятитрехкратное увеличение мощности. Не забывайте об этом, когда будете выбирать место для своего передатчика!

Напряженность поля, равная 60 дБм, - это рекомендованная величина для качественного приема в городских условиях, но из этого не следует, что станцию не будет слышно за пределами прогнозируемой дальности. Из этого следует только, что за этими пределами, возможно, участки неуверенного приема покроют больше 50% территории. Помните, МККР обнаружила, что " при отсутствии помех..." приемники могут регистрировать даже такой слабый сигнал как 34 дБм. Согласно нашему графику, 100 Вт при высоте антенны 50 м и напряженности 34 дБм покроет расстояние в 30 км.

Разумеется, существуют условия, при которых прогнозы графика ФКС не будут соответствовать действительности. Самая существенная переменная - это конфигурация земной поверхности. Если на расстоянии 3 - 16 км от антенны местность имеет равнинный рельеф, дальность сигнала будет больше прогнозируемой. Если рельеф очень холмистый, дальность приема сократится.






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.