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.
Рисунок 1. Прямая видимость на радиолинии
Ориентировочно, с учетом рефракции радиоволн в УКВ диапазоне, дальность прямой видимости в километрах L определяется как:
, (1)
При высоте подъема антенны базовой станции и ретранслятора 70 м, дальность связи не может превышать 70 км:
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.
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:
, (2)
где Pпрм — мощность сигнала на входе радиоприемника;
Pпрд — мощность сигнала на выходе радиопередатчика;
- 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.
, (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:
, (4)
Выразим из нее мощность, требуемую от передатчика при работе в свободном пространстве. Для
, (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.
Рисунок 3. Определение зоны Френеля
Для любой точки радиолинии радиус первой зоны Френеля (R0) можно найти по формуле:
, (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:
, (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:
, (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.
, (9)
, (10)
, (11)
, (12)
