Методика расчета максимальной дальности связи (радиуса зоны покрытия) поверхностной волной

По найденной с помощью формул (1.1) или (1.11) величине напряженности поля E_c может быть определено значение э.д.с. сигнала ε_c, наводимого на приемную антенну

(1.12)

где l_д – действующая высота приемной антенны.

Величина l_д для любой вибраторной антенны может быть определена согласно [84] из формулы

(1.13)

,

где D_max - максимальное значение к.н.д. антенны; R_Σ - сопротивление излучения антенны.

Мощность сигнала на входе приемника P_{с пр}, при согласовании антенны и приемника и с учетом потерь в фидере, может быть определена из формулы

(1.14)

где R_{вх пр} - входное сопротивление приемника; Е_с - напряженность поля сиг-нала в точке приема; η_{ф пр} - к.п.д. фидера приемной антенны; G_a2 - коэффициент усиления приемной антенны.

Подставляя в формулу (1.14) значение из формулы (1.1) получаем выражение для мощности сигнала на входе приемника

(1.15)

Если значение Е_с определяется с помощью кривых МККР (в соответствии с формулой (1.11)), то выражение для мощности на входе приемника имеет вид

(1.16)

.

На приемную антенную систему помимо сигнала от передающей радиостанции воздействуют помехи и шумы искусственного и естественного происхождения (индустриальные помехи, атмосферные и галактические шумы).

Для определения отношения сигнал/помеха на входе приемника необходимо также определить мощность шумов на входе приемника.

Дисперсия э.д.с. шума, порождаемого сопротивлением потерь антенны в эквивалентной полосе Δf_экв , равна [34]

(1.17)

,

где k = 1,38·10^-23 Дж/град – постоянная Больцмана;

T – абсолютная температура антенны, К.

Поскольку сопротивление потерь антенны R_п можно представить в виде

(1.18)

где R_a - полное сопротивление антенны; η_a - к.п.д. антенны;

то, подставляя выражение (1.18) в выражение (1.17) получаем:

(1.19)

.

Дисперсия э.д.с. антенны от внешних источников шума, равна

(1.20)

,

где T_{вн ш} - температура, характеризующая уровень внешних шумов;

R_Σ - сопротивление излучения,

Таким образом, дисперсия шумов, создаваемых антенной равна

(1.21)

.

Мощность выделяемая на согласованной нагрузке (на входе приемника) определяется из формулы [84]

(1.22)

(1.23)

Учитывая, что T_{вн ш} = Т₀∙ F_{вн ш} и Т _п ≈ Т₀, получаем

Мощность собственного шума приемника, приведённая к его входу равна

(1.24)

,

где F_пр - коэффициент шумов приемника.

Мощность всех шумов на входе приемника

(1.25)

Коэффициенты шума атмосферных помех зависят от географической точки расположения приемника, сезона, времени суток и могут быть определены из соответствующих графиков отчета МККР № 322 [62]. Коэффициенты шума индустриальных помех могут быть рассчитаны в соответствии с графиками и таблицами рекомендации [122]. Коэффициент шума приемника может быть взят из ТУ на конкретный приемник.

Зависимость уровня индустриальных помех от частоты имеет вид:

(1.26)

где параметры c и d – константы, определяемые экспериментально.

Значения констант для разных типов местности приведены в табл. 1.5. Таким образом, коэффициенты шума индустриальных помех легко рассчитываются и однозначно определяются значением частоты и заданным типом местности. Уровни атмосферных шумов практически всегда ниже индустриальных городских шумов (кривые А и В), а в отдельных случаях могут быть ниже уровня индустриальных шумов удаленной сельской местности (кривая D). При необходимости заданное значение коэффициента шума можно рассматривать как характеристику совокупности двух или более типов шумов (методика расчета коэффициента шума двух или более видов шумов представлена в рекомендациях [122]).

 

 

Таблица 1.5. Значения констант c и d для уровня индустриальных помех

Тип местности	с	d
Город, промышленные районы.	76,8	27,7
Город, жилые районы	72,5	27,7
Сельская местность	67,2	27,7
Сельская местность (удаленная)	53,6	28,6

 

По описанным выше методикам определяется отношение сигнал/помеха и сравнивается с минимально допустимым для обеспечения связи. В табл. 1.6 представлены коэффициенты защиты неизменного по уровню сигнала соответствующие различным уровням достоверности приема.

Таблица 1.6. Коэффициенты защиты неизменного по уровню сигнала соответствующие различным уровням достоверности приема.

Качественная оценка приема и разборчивость несвязанных слов	К, дБ
АМ	ОМ ДМ	ЧМ
mt =1	mt =3	mt=5
Минимально удовлетворительно 80% слов
Удовлетворительно, 90% слов
Хорошо, 95% слов
Отлично, 98% слов

 

Представленная методика позволяет рассчитать дальность связи, обеспечиваемую системой радиосвязи диапазона частот 10 МГц и ниже, работающей поверхностной волной. Расчет напряженности поля в точке приема обеспечивается с использованием формул Шулейкина – Ван-дер-Поля для расстояний прямой видимости и методики Фока – для зоны полутени и тени, либо с использованием таблиц рекомендации МККР № 368 [69]. При этом, задаваемыми параметрами являются частоты работы системы радиосвязи и величина проводимости подстилающей поверхности. Мощность сигнала на входе приемника рассчитывается с учетом характеристик передающей и приемной антенн. Мощность шума на входе приемника определяется в виде суммы мощностей независимых источников шума (индустриальных помех, атмосферных и галактических шумов, а также собственных шумов антенно-фидерного и приемного устройств). Для этого по таблицам и графикам отчета 322 МККР [62] определяют коэффициенты атмосферного шума для всех используемых частот, а также с учетом времени суток, времени года и координат точки приема. Коэффициенты индустриальных и галактических шумов определяют в соответствии с рекомендациями ITU-R P.372-9 [122]. Коэффициенты собственных шумов антенно-фидерного и приемного устройств определяют либо из ТУ на конкретные устройства, либо из требований соответствующих стандартов на указанные устройства. Далее определяют отношение мощности сигнала к мощности шума в полосе сигнала на различных дальностях от передатчика и сравнивают с некоторым минимально допустимым (пороговым) отношением сигнал/помеха, обеспечивающим для заданного вида сигнала (сигнально-кодовой конструкции) возможность ведения связи. Указанные пороговые отношения сигнал/помеха для различных видов сигналов могут быть найдены из справочников, либо определены расчетным или экспериментальным путем. Расстояние до передатчика, на котором рассчитанное отношение сигнал/помеха оказывается равным пороговому, является максимальной дальностью связи.