Распространение радиоволн в реальных условиях

Расчет параметров радиоканала

Уфа, 2009
Расчет параметров радиоканала

Распространение радиоволн в условиях свободного пространства

Распространением радиоволн в свободном (или открытом) пространстве называют такой идеальный случай распространения, когда отсутствует влияние земли и тропо­сферы. Условия, близкие к свободному пространству, наблюдаются, например, на космических линиях связи, в отдельные периоды времени на интервалах РРЛ.

Энергетические соотношения, полученные в условиях свободного пространст­ва, являются исходными для расчета радиолиний во всех диапазонах частот.

Мощность сигнала на входе приемника в ваттах

P _{0 прм} = P _прд G _прд η _прд η _прм G _прм λ ² / (16 π ² R ₀²), (1)

или

P _{0 прм} = P _прд S _прд S _прм η _прд η _прм / (λ ² R ₀²), (2)

т.к. G = 4 π S / λ ²,

где P _прд — мощность передатчика; Вт; G _прд — коэффициент усиления передаю­щей антенны (по мощности) относительно ненаправленной антенны; η _прд — ко­эффициент полезного действия передающего антенно-фидерного тракта; G _прм — коэффициент усиления (по мощности) приемной антенны по отношению к не­направленному излучателю; η _прм — коэффициент полезного действия (КПД) при­емного антенно-фидерного тракта; λ — длина волны; S _прд, S _прм — действующие площади (площади раскрыва, апертуры) антенн; R ₀— расстояние между точками передачи и приема.

В формулы (1)—(2) значения R ₀, λ и S подставляются в любых, но одинаковых единицах. Величину P _{0 прм} удобно выражать в децибелах относитель­но ватта, беря 10 lg от обеих частей формулы 1:

P _{0 прм} = P _прд + G _прд + η _прд + η _прм + G _прм + W ₀, (3)

где P _прд выражена в децибелах относительно ватта, а остальные величины — в децибелах; W ₀ — ослабление в свободном пространстве между ненаправленны­ми антеннами — может быть найдено по формуле

W ₀ = 20 lg (λ / (4 π R ₀)). (4)

Иногда в литературе вместо W₀ применяется величина L_{b 0}, называемая «ос­новными потерями передачи в свободном пространстве»:

L_{b 0} = 20 lg (4 π R ₀ / λ) =– W ₀. (5)

Ослабление при передаче энергии в свободном пространстве (между выхо­дом передатчика и входом приемника)

(P _{0 прм} / P _прд) = G _прд + η _прд + η _прм + G _прм + W ₀ . (6)

Здесь все величины даны в децибелах. Близкое понятие — «потери передачи в свободном пространстве»:

L ₀ = L_{b 0} – G _прд – G _прм – η _прд – η _прм. (7)

Распространение радиоволн в реальных условиях

Влияние поверхности земли и тропосферы учитывается так называемым множителем ослабления поля свободного пространства V (сокращенно — множи­телем ослабления).

В общем случае формула для расчета мощности сигнала на входе прием­ника имеет вид

P _прм = P _{0 прм} V², (8)

где P _{0 прм} определяется формулами (1), (2). На практике величину V удобно выражать в децибелах:

V _дБ = 20 lg V =10 lg (P _прм / P _{0 прм}). (9)

Ослабление при передаче энергии в реальных условиях (между выходом пе­редатчика и входом приемника)

(P _прм / P _прд) = G _прд + η _прд + η _прм + G _прм + W ₀ + V. (10)

где W ₀ определяется по формуле (4), а все величины даны в децибелах. «По­тери передачи» (в децибелах)

L ₀ = L_{b 0} – V – G _прд – G _прм – η _прд – η _прм. (11)

Множитель ослабления V зависит от протяженности трассы, длины волны, высот антенн, рельефа местности, метеорологических параметров тропосферы. Значение V можно определить как теоретически, так и экспериментально путем измерения мощности сигнала на входе приемника P _прм. Из-за слож­ности и многообразия реальных природных условий практически невозможно соз­дать строгие методы расчета V. С удовлетворительной для практики точностью пользуются приближенными методами, учитывающими влияние рефракции и рельефа местности.