Проектирование радиорелейной линии “Владивосток-бухта Перевозная” (500 руб.)
Введение
Целью проекта является расчет радиорелейной линии между населенными пунктами: морской порт в городе Владивосток – пристань Перевозная.
Требуется обеспечить устойчивую телефонную связь и передачу данных для:
120 абонентов (поток Е1) и 3-х потоков Е2 для передачи данных.
Использование кабельных и оптоволоконных линий связи в целом обеспечивают большой запас пропускной способности линии связи между населенными пунктами: «город Владивосток» – «пристань Перевозная».
Однако, в данный район не проведены оптоволоконные линии, кроме того, интенсивное ведение строительных работ приводит к частым авариям линий связи из-за несанкционированных порывом.
С другой стороны внедряемые технологии радиосвязи в радиорелейные цифровые станции нового поколения позволяют существенно повысить пропускную способность радиорелейных линий при гораздо меньших капитальных и эксплуатационных затратах. Это делает актуальным применения в труднодоступных или на нецелесообразных участках трассы использовать радиорелейные линии. Их можно использовать в качестве резервной или основной линии связи.
Для обеспечения требуемого потока информации между узлами связи целесообразно использовать современные скоростные цифровые радиорелейные станции связи «МИК-РЛ8», которые позволяют одним стволом ретранслировать цифровой поток до 34 Мбит/с.
Автономность работы станции «МИК-РЛ8» и ее высокая надежность позволит обеспечивать устойчивую ретрансляцию больших потоков информации, практически автономно, что дополнительно снижает эксплуатационные затраты на обеспечение связи.
1. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АТМОСФЕРЫ И ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ УЛЬТРАКОРОТКИХ ВОЛН
1.1. Рефракционные свойства тропосферы
Влияние тропосферы на условия распространения земных волн теснейшим образом связано с явлением тропосферной рефракции, известным еще с глубокой древности. Суть этого явления заключается в том, что вследствие плавного убывания с высотой температуры, давления и влажности радиоволны (а, следовательно, и свет) распространяются в тропосфере не по прямолинейным траекториям, как в однородной среде, а в некоторой степени искривленным.
В свободном однородном пространстве радиоволны по большой части являются плоскими (поперечными ) или сферическими. Их волновое число
k = k0 = 2π/λ = ω/c. Если среда характеризуется показателем преломления:
, (1.1)
то ее волновое число будет k = k0n, подставим в верхнее выражение:
(1.2)
Плоская волна распространяется прямолинейно, например, вдоль оси z прямоугольной системы координат (x, y, z) с неизменной амплитудой, подчиняющейся зависимости exp. Каждый луч сферической волны вдоль радиуса r также распространяется по прямой, но с уменьшенной амплитудой, подчиняющейся зависимости exp.
В неоднородных средах ЭМВ утрачивают свойство прямолинейности своего распространения, их путь определяется по принципу Ферма. Наряду с явлениями интерференции и дифракции при РРВ большое значение имеет явление рефракции радиоволн при их распространении в тропосфере и ионосфере.
Под влиянием рефракции ЭМВ понимается изменение направления распространения волны (луча) при изменении показателя преломления n среды, через которую эта волна проходит. Для воздуха n2 = ε׳ и у поверхности Земли n = 1,0003 (в среднем). Преломляющие свойства воздушной среды принято оценивать индексом преломления:
(1.3)
Зависимость индекса преломления N от высоты h называется градиентом индексом преломления:
. (1.4)
Для «стандартной» атмосферы g = – 4,3*10-2 м-1.
Изменение ε и n с высотой зависит от метеорологических условий. Обычно при увеличении высоты ε и n уменьшается, а фазовая скорость Vф растет. Это приводит к искривлению (рефракции) радиолучей.
Если в тропосфере под углом к горизонту распространяется волна, фронт которой совпадает с прямой ab, то вследствие того что в верхних слоях тропосферы волна движется с большой скоростью, чем в нижних, верхняя часть фронта волны обгоняет нижнюю и фронт волны a׳b׳ поворачивается (луч искривляется). Поскольку n(r) с высотой убывает, то радиолучи отклоняются к Земле. Это явление, называемое нормальной тропосферной рефракцией, способствует РРВ за пределы прямой видимости. Благодаря рефракции волны могут огибать препятствия на поверхности Земли. Однако на практике этот эффект имеет значение только для УКВ, поскольку более длинные волны огибают препятствия в основном в результате дифракции. Метеорологические условия могут ослабить или усиливать рефракцию по сравнению с нормальной.
Степень искривления лучей (лучевых трубок) принято характеризовать радиусом кривизны луча ρ = – 1/(dn/dh) = – 108/g .
Этот радиус может быть как положительным, так и отрицательным. Когда градиент индекса преломления g < 0 и, следовательно, ρ > 0, фазовая скорость Vф = c/n c увеличением высоты возрастает (убывание n), поэтому луч отклоняется в сторону Земли, т.е. наблюдается положительная нормальная рефракция. В противном случае имеет место отрицательная нормальная рефракция.
1.2. Отражение радиоволн от неоднородностей тропосферы
При распространении радиоволн в неоднородной земной атмосфере, помимо процесса преломления радиоволн, происходит процесс переизлучения электромагнитной энергии, т.е. энергия распространяется не только в направлении основной волны.
Процесс переизлучения электромагнитной энергии в сферической-слоистой неоднородной атмосфере сводится к генерации отраженной волны при распространении проходящей волны через толщу атмосферы.
Так как радиус сферичности земной атмосферы очень велик, а расстояние от границы раздела до источника и точки приема всегда значительно больше длины волны, возможно применение приближенной модели с плоской волной (рис. 1.1).
Рис. 1.1. К пояснению процесса отражения радиоволн в атмосфере
В этом случае применимы френелевские формулы коэффициентов отражения плоской волны от границы раздела двух неоднородных сред. Если первая среда имеет диэлектрическую проницаемость 
, а вторая – значение и из первой среды падает плоская волна (см. рис. 1.1), вектор напряженности электрического поля которой 
параллелен плоскости раздела (горизонтальная поляризация), то коэффициент отражения 
, будет равен:
, (1.5)
где: 
– угол скольжения, т.е. угол между плоскостью раздела и направлением падающей волны (см. рис. 1.1). При вертикальной поляризации, когда вектор лежит в плоскости, перпендикулярной плоскости раздела, коэффициент отражения определяется выражением:
. (1.6)
В земной атмосфере перепады диэлектрической проницаемости очень малы 
, поэтому формулы (1.5) и (1.6) приводятся к одинаковому приближенному выражению:
, (1.7)
т.е. при 
коэффициент отражения не зависит от вида поляризации волны.
В случае, если величина 
отрицательна и удовлетворяет неравенству:
(1.8)
то , т.е. имеет место полное отражение, а фаза коэффициента отражения при этом равна:
. (1.9)
В случае, когда любого знака, но при выполнении неравенства:
, (1.10)
коэффициент отражения согласно формуле (1.6) приближенно равен:
. (1.11)
Если в данном случае , то , а при .
1.3. Затухание УКВ радиоволн в атмосфере
Большая протяженность радиолиний Земля – ИСЗ, оцениваемая десятками тысяч километров, является основной причиной уменьшения сигнала, или потеря передачи.
Потеря передачи L называют отношением мощности, подводимой к предающей антенне P’1, к мощности на выходе приемной антенны P’2:
, (1.12)
где: P1 – мощность на выходе передатчика;
ηф1 – КПД фидера передающей антенны;
P2 – мощность на выходе приемника;
ηф2 – КПД фидера приемной антенны.
На любой радиолинии мощность на выходе преемника P2 связана с плотностью мощности в месте приема П2 соотношением:
, (1.13)
где: Sg – действующая площадь приемной антенны.
Плотность мощности в условиях свободного пространства в месте приема будет:
, (1.14)
где: PΣ – мощность излучения;
4pr2 – площадь сферы радиуса r;
P1 – мощность, подводимая к передающей антенне;
ηA1 – КПД передающей антенны;
D1 – коэффициент направленного действия передающей антенны.
Согласно теории антенн действующая площадь приемной антенны определяется как та часть площади плоского фронта волны, на которой приемная антенна извлекает энергию поля. В общем случае:
, (1.15)
где ηA2 – КПД приемной антенны,
D2 – коэффициент направленного действия приемной антенны.
Подставляя выражения (1.13), (1.14) и (1.15) в (1.12), получим потери передачи на радиолинии Земля – ИСЗ протяженностью r:
, (1.16)
Произведение ηАD называют коэффициентом усиления антенны G, поэтому можно записать:
(1.17)
В выражении (1.17) выделим L0, которая характеризует потери, обусловленные сферической расходимостью фронта волны при G1=G2=1. Составляющая L0 называется основными потерями передачи в условиях свободного пространства:
. (1.18)
При энергетическом расчете космических радиолиний потери передачи определяют для максимального расстояния rmax между ИСЗ и наземным пунктом при минимально допустимом угле возвышения ∆min.
Для реальных условий распространения, т.е. с учетом ослабления радиоволн в тропосфере и ионосфере, наличия поляризационных потерь из-за эффекта Фарадея, деполяризации радиоволн в тропосфере и т.д., потери передачи выражают через множитель ослабления F, который и характеризует потери, обусловленные свойствами реального околоземного пространства. Соотношение между L и F имеет вид:
, (1.19)
или в децибелах:
, (1.20)
где (-20lgF) = Lдоп – дополнительные потери передачи, обусловленные потерями в среде.
Как правило, коэффициенты усиления передающей и приемной антенны G1 и G2 задаются в децибелах, дополнительные потери Lдоп определяются по графикам тоже в децибелах.
1.4. Затухания в гидрометеорах
Замирания за счет гидрометеоров происходят при попадания зоны дождей на протяжении трассы между станциями. Для оценки этого события следует рассмотреть модель пространственного распределения интенсивности дождя.
Известно, что интенсивность дождя 
в горизонтальной плоскости неравномерна, наибольшее значение которой находиться в центре ливня, а при удалении от центра происходит ее ослабление. В современной инженерной практике пользуются гауссовской моделью распределения интенсивности дождя, наиболее адекватно отражающей реальное распределение интенсивности в пространстве (рис. 1.2):
Внимание!
К сожалению, данной работы нет в готовом виде.=(
Но Вы можете посмотреть аналогичную работу ЗДЕСЬ.
Если Вы хотите заказать выполнение учебной работы жмите здесь