Дата последнего обновления файла 07.01.2012

Выходная мощность сигнала передатчика

Основным параметром радиопередающего устройства является мощность сигнала, излучаемого в эфир. Следует отметить, что требования к мощности сигнала в УКВ диапазоне диктуются особенностями распространения радиоволн в этом диапазоне частот.

Первой особенностью УКВ диапазона является прямолинейное распространение радиоволн в пределах прямой видимости. Рисунок 1 иллюстрирует эту особенность распространения радиоволн в данном диапазоне.

Прямая видимость на радиолинии
Рисунок 1. Прямая видимость на радиолинии

Ориентировочно, с учетом рефракции радиоволн в УКВ диапазоне, дальность прямой видимости в километрах L определяется как:

Формула определения дальности прямой видимости,     (1)

При высоте подъема антенны базовой станции и ретранслятора 70 м, дальность связи не может превышать 70 км:

Формула определения дальности прямой видимости для h=70м

При высоте подъема антенны базовой станции и ретранслятора 70 м, дальность связи не может превышать 70 км. Ориентировочные дальности прямой видимости в УКВ диапазоне приведены на рисунке 2.

Приблизительная дальность радиолинии в УКВ диапазоне
Рисунок 2. Приблизительная дальность радиолинии в УКВ диапазоне

Рассчитаем требуемую для заданного расстояния выходную мощность сигнала передатчика. Для этого воспользуемся известной формулой определения мощности сигнала на входе радиоприемного устройства:

Формула дальности связи в свободном пространстве,     (2)
где Pпрм — мощность сигнала на входе радиоприемника;
    Pпрд — мощность сигнала на выходе радиопередатчика;
    лямбда- длина волны радиосигнала;
    r — расстояние между приемником и передатчиком;
    Gпрд — коэффициент усиления антенны радиопередатчика (в разах);
    Gпрм — коэффициент усиления антенны радиоприемника (в разах);

Следует отметить, что в системах подвижной связи мощность сигнала измеряется в дБм. Это отношение абсолютного значения мощности сигнала, выраженного в ваттах, к мощности сигнала 1 мВт.

Формула мощности сигнала, выраженная в дБм,     (3)

Например, мощность сигнала, равная 2 Вт, соответствует значению 33 дБм, а мощность сигнала, равная 10 Вт, соответствует 40 дБм. Подобный подход позволяет заменить операции деления и умножения на вычитание и суммирование соответственно. При этом формула определения мощности сигнала на входе радиоприемного устройства (2), выраженная в децибелах, примет следующий вид:

Формула дальности связи в свободном пространстве в дБм,     (4)

Выразим из нее мощность, требуемую от передатчика при работе в свободном пространстве. Для 160-мегагерцового диапазона и всенаправленных антеннах, эта мощность будет равна:

Формула определения мощности передатчика в дБм,     (5)

При отношении сигнал/шум на входе демодулятора, равным 6 дБ, можно ограничить мощность передатчика значением 1 мВт.

С другой стороны при распространении радиоволны вдоль поверхности земли, она испытывает дополнительное поглощение. Для объяснения явления огибания радиоволнами различных препятствий, их проникновения в области тени и полутени используется принцип Гюйгенса-Френеля. В соответствии с моделью Френеля область распространения радиоволн между передающим и приемным устройствами ограничивается эллипсоидом вращения вокруг линии, их соединяющей. Этот эллипсоид многослойный и может включать в себя бесконечно много зон.

Ближайшая к линии, соединяющей передатчик с приемником, зона называется первой зоной Френеля. Принято считать, что при распространении радиоволн наиболее существенной является первая зона Френеля. В ней сосредоточена примерно половина передаваемой энергии. На рисунке 3 представлено продольное сечение первой зоны Френеля.

Определение зоны Френеля
Рисунок 3. Определение зоны Френеля

Для любой точки радиолинии радиус первой зоны Френеля (R0) можно найти по формуле:

Формула определения радиуса первой зоны Френеля,     (6)

При учете влияния поверхности Земли важен наибольший радиус первой зоны Френеля. При одинаковой высоте антенн этот радиус будет в середине радиолинии. В этом случае формула (6) преобразуется к следующему виду:

Формула определения наибольшего радиуса первой зоны Френеля,     (7)

При дальности радиолинии более 5 км необходимо дополнительно как препятствие учитывать кривизну Земли. Этот эффект иллюстрируется рисунком 3. Для учета повышения уровня земной поверхности в середине радиолинии за счет ее кривизны можно воспользоваться следующей формулой:

Формула определения наибольшего радиуса первой зоны Френеля,     (8)
где hмакс — максимальная высота препятствия, создаваемая за счет кривизны Земли (м),
    L — расстояние между передатчиком и приемником (км).

Значения высоты препятствия, создаваемого за счет кривизны Земли, для относительных расстояний rтек/L приведены в таблице 1.

Таблица 1

L Относительное расстояние на радиоинтервале
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
5 км 0,02 м 0,08 м 0,18 м 0,31 м 0,5 м 0,31 м 0,18 м 0,08 м 0,02 м
10 км 0,7 м 1,3 м 1,7 м 1,9 м 2 м 1,9 м 1,7 м 1,3 м 0,7 м
15 км 1,5 м 2,7 м 3,6 м 4 м 4,25 м 4 м 3,6 м 2,7 м 1,5 м

Теперь рассчитаем дополнительное поглощение сигнала за счет его затенения поверхностью Земли. Для этого рассчитаем высоту hmax в центре радиотрассы:

Формула определения высоты затенения радиосигнала поверхностью Земли,     (9)

Относительный просвет радиолинии при этом будет равен

Формула относительного просвета радиолинии,     (10)

Теперь по графику зависимости ослабления сигнала относительно просвета препятствия, приведенному на рисунке 4, определим дополнительное ослабление сигнала.

Зависимость ослабления сигнала относительно просвета препятствия
Рисунок 4. Зависимость ослабления сигнала относительно просвета препятствия

Для относительного просвета радиолинии, равного –0,37, дополнительное ослабление сигнала составит 50 дБ. В результате требуемая мощность передатчика с –6 дБм возрастает до значения +44 дБм. Эта мощность соответствует мощности передатчика 20 Вт.

В данном случае мы рассмотрели ситуацию, где на одном месте расположен одиночный радиопередатчик. Однако мест, удобных для размещения ретрансляторов базовых станций не так много. Поэтому обычно в одном месте сосредотачивается большое количество радиопередатчиков радиосистем различного назначения. Для того, чтобы они не мешали друг другу, на выходе передатчика приходится ставить различные развязывающие устройства, такие как фильтры, циркуляторы, комбайнеры. Каждое из них ослабляет мощность радиосигнала. Кроме того сигнал может ослабляться антенно-фидерным трактом. Общее значение ослабления сигнала может достигать 12 дБ. Это приводит к тому, что если даже мощность на выходе передатчика будет равна 100 Вт, то до антенны дойдет всего 6 Вт:

Формула вычисления мощности в антенне,     (11)

Для иллюстрации преобразуем это значение в ватты:

Формула преобразования мощности из дБм в ватты,     (12)

выводы

  • Для работы в УКВ диапазоне с учетом влияния кривизны поверхности земли и препятствий требуется мощность передатчика не менее 2 Вт
  • Для стационарных радиостанций требуемая мощность возрастает до 50 ... 100 Вт за счет потерь в фидерах и комбайнерах

Литература:

  1. Долуханов М.П. Распространение радиоволн. - М.:Связь, 1972. -336 с.
  2. Фальковский О.И. Техническая электродинамика. Учебник для вузов связи. - М.:Связь , 1978. - 432 с.
  3. Как рассчитать радиолинию. Юрий ПИСАРЕВ, Павел СОЛОВЬЕВ
  4. Оценка пригодности радиолиний вне помещений. М.С.Елькин
  5. Зона Френеля. Евгений Рудченко
  6. Зоны Френеля.

Другие параметры радиопередающих устройств:

Диапазон излучаемых частот в передатчиках устройств мобильной связи Очень важной характеристикой радиопередающего устройства является диапазон излучаемых частот. Для организации подвижной радиосвязи в УКВ диапазоне...
http://digteh.ru/UGFSvSPS/DiapPrdFr/

Побочные излучения электромагнитных волн При формировании радиосигнала очень важно, чтобы весь спектр излучаемого сигнала был сосредоточен в пределах полосы частот, выделенных для данного радиоканала...
http://digteh.ru/UGFSvSPS/maska/


Автор Микушин А. В. All rights reserved. 2001 ... 2015

Предыдущие версии сайта:
http://neic.nsk.su/~mavr
http://digital.sibsutis.ru/

пЕИРХМЦ@Mail.ru


Rambler's Top100