Краткие рекомендации по выбору рабочих частот
Таблица 3
| Последние две цифры номера зач. книжки | F, ГГц | б, град | Dа, м | mf, ед | aзс, ед. |
| 01, 21, 41, 61, 81 | 11.9 | 5.5 | 1.0 | 1.7 | |
| 02, 22, 42, 62, 82 | 11.8 | 6.0 | 1.1 | 1.6 | |
| 03, 23, 43, 63, 83 | 12.8 | 4.0 | 0.9 | 1.9 | |
| 04, 24, 44, 64, 84 | 12.0 | 3.5 | 1.3 | 1.8 | |
| 05, 25, 45, 65, 85 | 12.1 | 3.0 | 1.3 | 1.6 | |
| 06, 26, 46, 66, 86 | 12.2 | 4.0 | 1.4 | 1.7 | |
| 07, 27, 47, 67, 87 | 12.3 | 4.5 | 1.5 | 1.0 | |
| 08, 28, 48, 68, 88 | 12.4 | 5.0 | 1.6 | 1.2 | |
| 09, 29, 49, 69, 89 | 12.5 | 5.5 | 1.8 | 1.3 | |
| 10, 30, 50, 70, 90 | 12.6 | 6.0 | 1.9 | 1.7 | |
| 11, 31, 51, 71, 91 | 11.7 | 3.0 | 1.4 | 1.5 | |
| 12, 32, 52, 72, 92 | 12.3 | 3.5 | 1.2 | 1.6 | |
| 13, 33, 53, 73, 93 | 11.6 | 4.0 | 1.1 | 1.8 | |
| 14, 34, 54, 74, 94 | 11.5 | 4.5 | 1.4 | 1.6 | |
| 15, 35, 55, 75, 95 | 11.7 | 5.0 | 1.5 | 1.7 | |
| 16, 36, 56, 76, 96 | 11.8 | 5.5 | 1.3 | 1.5 | |
| 17, 37, 57, 77, 97 | 11.9 | 6.0 | 0.9 | 1.6 | |
| 18, 38, 58, 78, 98 | 12.0 | 5.5 | 1.0 | 1.7 | |
| 19, 39, 59, 79, 99 | 12.1 | 5.0 | 1.3 | 1.8 | |
| 20, 40, 60, 80, 00 | 12.2 | 4.5 | 1.6 | 1.9 | |
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 1. Расчет параметров аналоговых радиорелейных линий с частотным разделением каналов.
Задание
1. Определить граничные частоты многоканального сигнала для заданного N при ЧРК, нарисовать линейный спектр сигнала и рассчитать среднюю мощность многоканального сигнала.
2. Из таблицы параметров аналоговой радиорелейной аппаратуры выбрать аппаратуру, подходящую по числу передаваемых каналов.
3. Рассчитать полосу частот, занимаемую частотно-модулированным сигналом, и ширину полосы частот ВЧ тракта.
4. По заданным протяженности интервала и высотам подвеса антенн рассчитать уровень сигнала на входе приемника (Рпр 0).
5. Рассчитать мощность тепловых шумов на выходе телефонного канала.
6. Определить минимально допустимый множитель ослабления и соответствующий ему уровень сигнала на входе приемника.
Выберите вариант задания, соответствующий последним двум цифрам номера вашей зачетной книжки из табл.1.
1. Для заданного числа каналов определите граничные частоты группового спектра (F1 и F2) из прил.5. Зарисуйте вид соответствующего группового спектра.
Затем, рассчитайте уровень средней мощности многоканального сигнала, учитывая следующие положения:
· при N > 240
Pср = pk + 10lgN, дБм0, (1)
где:
для отечественных данных
pk = -13 дБм (50 мкВт),
для данных МСЭ-Т
pk = -15 дБм (32 мкВт),
· при N £ 240
Pср » -1 + 4 lgN, дБм0. (2)
Рассчитайте среднюю мощность многоканального сигнала:
, мВт. (3)
2. Их таблицы (прил.7) выберите (по числу каналов и рабочей длине волны) подходящую аппаратуру связи и запишите ее основные параметры.
3. Для расчета полосы частот, занимаемой ЧМ сигналом воспользуйтесь следующей методикой:
· определите значение эффективной девиации частоты
, кГц, (4)
где Dfk - девиация частоты на один канал,
· определите пиковую девиацию частоты
при N > 240
Dfпик = 3.33 Dfэфф, (5)
при N = 60
Dfпик = 4.1 Dfэфф, (6)
при N = 120
Dfпик= 3.7 Dfэфф. (7)
· рассчитайте индекс частотной модуляции
, 
(8)
· определите полосу частот, занимаемую частотно-модулированным сигналом
, (9)
Необходимую полосу пропускания ВЧ тракта РРЛ можно принять, численно равной удвоенной полосе П.
4. Очевидно, что качество работы линии связи, определяется уровнем сигнала на входе приемника Pпр и возможными отклонениями этого уровня при замираниях.
В этом пункте работы нужно определить уровень сигнала на входе приемника (Pпр0) при работе в свободном пространстве
, Вт. (10)
Для расчета выберите коэффициенты усиления передающей и приемной антенн (G1 и G2) из таблицы параметров антенн (прил. 8) и рассчитайте КПД фидерных линий (h1 и h2) по заданным высотам подвеса антенн
h = 10 -0.1 аф lф, (11)
где аф - погонное затухание в фидерной линии (0.04-0.09 дБ/м),
lф = h + lгор, м - длина фидерной линии,
h - высота h1 или h2,
lгор - длина горизонтальной части фидерной линии (10 - 20 м).
5. Мощность теплового шума на выходе верхнего по частоте ТЛФ канала при распространении сигнала в свободном пространстве определяется по формуле:
, пВт, 12)
где nш - коэффициент шума приемника, ед.,
DFк - ширина полосы частот одного канала (3100 Гц);
k - постоянная Больцмана (1.38 10-23, Вт/Гц град),
T - абсолютная температура (290 К),
kп - псофометрический коэффициент (0.75);
Рпр0 - мощность сигнала на входе приемника ( ф. 10 ), Вт;
bпр - коэффициент, учитывающий изменение девиации частоты при введении предыскажений (0.4).
6. В этом пункте контрольной работы необходимо определить примерное значение минимально допустимого множителя ослабления (Vмин доп).
Vмин доп - такое ослабление сигнала на интервале РРЛ, при котором мощность шума на выходе ТЛФ канала равна 47500 пВт. Этот параметр является основой для расчета устойчивости связи и, в большинстве случаев, составляет величину 30 - 50 дБ.
Расчет можно провести по следующей формуле:
, (13)
где Ршт макс доп = 47500 - Рш пост, (14)
Рш пост - мощность шумов линии связи, величина которых не зависит от величины замираний сигнала на интервале РРЛ. В контрольной работе принять эту величину в пределах 3000 - 7000 пВт.
Полученное значение Vмин доп необходимо перевести в дБ по формуле:
Vмин доп, дБ = 20 lg(Vмин доп). (15)
Если значение Vмин доп получится меньше 30 дБ, то нужно улучшить энергетические показатели на интервале РРЛ. Для этого следует выбрать:
· антенны с большим коэффициентом усиления,
· аппаратуру с большей мощностью передатчика,
· аппаратуру с меньшим коэффициентом шума приемника,
· фидерные линии с меньшим погонным затуханием.
Если значение Vмин доп получится неоправданно большим (больше 50 дБ), то нужно, наоборот, ухудшить энергетические показатели на интервале РРЛ.
В заключение определите мощность сигнала на входе приемника при V = Vмин доп:
Рпр = Рпр0 (Vмин доп)2. (16)
Результаты расчета записать в таблицу.
| N | .............. |
| F2, кГц | .............. |
| Pср, мВт (Pср, дБм0) | .............. |
| Dfэфф / Dfпик, МГц | .............. |
| mf | .............. |
| П, МГц | .............. |
| Рштi, пВт | .............. |
| Рпр0 Вт / Рпр0 , дБм | .............. |
| Vмин доп , раз / Vмин доп , дБ | .............. |
| Рпр , Вт / Рпр , дБм | .............. |
Назад
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 2. Расчет некоторых параметров цифровых РРЛ.
Задание
1. Выбрать диапазон рабочих частот и тип оборудования цифровой РРЛ.
2. Выбрать диаметры антенн и рассчитать их коэффициенты усиления.
3. Определить ослабление сигнала в свободном пространстве.
4. Определить потери радиосигнала в газах атмосферы.
5. Рассчитать уровень сигнала на входе приемника без замираний.
6. Определить запас на замирания.
7. Построить диаграмму уровней на интервале ЦРРЛ.
На рис. 1 показаны структурная схема одного интервала линии связи и диаграмма уровней, характеризующая значения сигнала в относительных единицах, в основных точках структурной схемы.
Из диаграммы уровней видно, что сигнал излучается передатчиком с уровнем Рпд, проходит через разделительный фильтр (РФ), за счет потерь в котором сигнал уменьшится, и поступает через фидер в передающую антенну. За счет потерь в фидере Lф1 уровень сигнала еще уменьшится, а в передающей антенне увеличится на величину G1. При распространении сигнала по интервалу РРЛ (протяженностью R0, на рабочей частоте f) уровень сигнала уменьшится за счет ослабления свободного пространства, потерь в газах атмосферы и некоторых дополнительных факторов. Общее ослабление сигнала за счет этих причин может достигнуть 130 - 140 дБ и больше. В приемной антенне уровень сигнала увеличится на величину G2, затем уменьшится в приемной фидерной линии, в разделительном фильтре и поступит на вход приемника с уровнем Рпр. Это значение получается в отсутствии замираний сигнала на пролете РРЛ. Запас на замирания М является разницей между значениями уровня сигнала на входе приемника Рпр и пороговым значением Рпр пор, которое определяется из параметров конкретной аппаратуры цифровых РРЛ.
Рис. 1
В контрольной работе необходимо по заданным величинам выбрать диапазон рабочих частот, тип аппаратуры и параметры антенн таким образом, чтобы запас на замирания М составил величину порядка 40 дБ.
Для выполнения работы выберите вариант задания из табл. 2.
1. Из прил.1 выберите 3 - 4 типа оборудования ЦРРЛ, удовлетворяющих заданной скорости цифрового потока и работающих в разных диапазонах частот.
2. Выберите диаметры антенн (типовые значения 0.3, 0.5, 0.9 и 1.2 м) и рассчитайте их коэффициенты усиления:
G = 20 lg(D) + 20 lg(f) +17.5, дБ, (17)
где D - диаметр антенны, м;
f - рабочая частота, ГГц.
При выборе антенн необходимо учитывать, что на практике не применяются антенны с коэффициентами усиления большими, чем 45 дБ.
3. Определите ослабление сигнала в свободном пространстве для разных диапазонов частот по формуле:
L0 = 20 lg (4.189 104 R0 f), дБ, (18)
где R0 - протяженность интервала РРЛ, км,
4. Определите погонные потери радиосигнала в атомах кислорода lo и в водяных парахlн для разных частот по графику (прил. 2) и рассчитайте полные потери в газах атмосферы:
Lг = (go +gн) R0, дБ. (19)
5. Рассчитайте уровень сигнала на входе приемника при от-сутствии замираний:
Рпр = Рпд + G1 + G2 - L0 - Lф1 - Lф2 - Lг - Lрф - Lдоп, (20)
где Рпд - уровень мощности передатчика, дБм;
Lф1, Lф2- ослабление сигнала в фидерных линиях, дБ. Так как в современной аппаратуре фидерные линии практически отсутствуют (приемопередатчики и антенны объединены в один блок), потери в Lф1 и Lф2 можно принять равными по 0.5 дБ;
Lрф - ослабление сигнала в разделительных фильтрах (для контрольной работы примите равным 0 дБ);
Lдоп - дополнительные потери, складывающие из потерь в антенных обтекателях Lао и потерь от перепада высот приемной и передающей антенн Lпв. (Lдоп = 1 дБ).
6. Определите запасы на замирания для разных диапазонов рабочих частот, антенн и аппаратуры.
М = Pпр - Рпр пор(10-3), (21)
где Рпр пор(10-3) - пороговый уровень сигнала на входе приемника при коэффициенте ошибок koш = 10-3 (определяется из параметров аппаратуры).
Из рассчитанных вариантов выберите наиболее подходящий для данного интервала и сделайте заключение.
7. На последнем этапе работы постройте диаграмму уровней на интервале ЦРРЛ по аналогии с рис. 1 .
Результаты работы по пп. 1 - 5 необходимо оформить в виде таблиц, содержащих данные по нескольким диапазонам частот.
Назад
КРАТКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ РАБОЧИХ ЧАСТОТ
В настоящее время освоен весьма широкий диапазон рабочих частот для целей микроволновой радиосвязи, начиная с диапазона 2 ГГц.
Диапазон 2 ГГц (1.7-2.1 ГГц)
Этот диапазон характеризуется возможностью распространения сигналов на достаточно протяженных пролетах (до 50-80 км). Устойчивость распространения радиоволн в сильной степени зависит от экранирующего действия препятствий на интервалах РРЛ при атмосферной рефракции. В этом диапазоне волн антенны обладают весьма большими габаритами, и поэтому коэффициенты усиления не превышают 35-38 дБ при диаметрах параболических антенн до 5 м. С уменьшением размеров антенн эффективность системы связи резко падает. Диапазон подвержен влиянию помех от других радиотехнических средств.
Диапазон 4 ГГц (3.4-3.9 ГГц)
Наиболее освоенный и загруженный РРЛ диапазон частот. В этом диапазоне работают многие магистральные системы связи. Характеризуется возможностью получать довольно протяженные пролеты (40-55 км) при хороших качественных показателях. Остронаправленные антенны (с коэффициентами усиления порядка 40 дБ) обладают значительными габаритами и весом (прил.2) и, следовательно, требуют весьма дорогостоящих антенных опор.
На распространение сигналов оказывает существенное воздействие атмосферная рефракция, приводящая к экранированию сигнала препятствиями на пролетах, и интерференция прямых и отраженных волн.
Диапазон сложен с точки зрения электромагнитной совместимости, так как в нем работает множество радиотехнических средств.
Диапазон 6 ГГц (5.6-6.2 ГГц)
Популярный в последние десятилетия диапазон частот, предназначенный для магистральных систем связи. Позволяет получить достаточно эффективные системы РРЛ, передающие большие объемы информации. Средняя протяженность пролета достигает 40-45 км. Размеры антенн не слишком велики (например, антенна с коэффициентом усиления 43 дБ имеет диаметр 3.5 м).
На распространение сигналов оказывает существенное воздействие атмосферная рефракция, приводящая к экранированию сигнала препятствиями на пролетах, и интерференция прямых и отраженных волн.
Диапазон 8 ГГц (7.9-8.4 ГГц)
Диапазон 8 ГГц освоен в настоящее время достаточно хорошо. В нем работает большое количество радиорелейных систем средней емкости (порядка 300-700 ТЛФ каналов в стволе для аналоговых систем и до 55 Мбит/с - для цифровых). Существует и аппаратура большой емкости, предназначенная для передачи потоков STM-1.
В этом диапазоне на распространение сигнала начинают оказывать влияние гидрометеоры (дождь, снег, туман и пр.). Кроме того, влияет атмосферная рефракция, приводящая к закрытию трассы или к интерференции волн.
Средняя протяженность пролета РРЛ составляет 30-40 км. Антенны имеют высокий коэффициент усиления при диаметрах порядка 1.5 - 2.5 м.
Число радиосредств в России, использующих этот диапазон, пока относительно невелико, и, следовательно, электромагнитная обстановка благополучна. Однако необходимо учитывать помехи от соседних радиорелейных линий, работающих в данном диапазоне частот.
В настоящее время диапазон применяется для организации зоновых линий связи и различных ответвлений от магистраль-ных систем. Отечественные и зарубежные фирмы хорошо освоили производство аппаратуры и предлагают на рынке широкий спектр аналоговых и цифровых систем как средней, так и большой емкости.