Расчет радиолинии с заданными параметрами
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
1.ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Дана радиолиния со следующими параметрами:
Рис.1 Исходная трасса.
- радиолиния состоит из передающей антенны на мачте высотой h1 на холме высотой H1 (рис.1), приёмной антенны, расположенной на высоте h2 и радиотрассы длиной R с нормальной тропосферной рефракцией;
- трасса расположена над сухой почвой (параметры сухой почвы: e = 4; sэ = 10-4);
- частота поля - f1=70 МГц;
- передающая антенна - решётка из N=3 вертикальных соосных симметричных четвертьволновых вибраторов с периодом 0,3l и амплитудами токов в центре 4 А (рис. 2);
Рис. 2 Передающая антенна
- приёмная антенна - несимметричный вибратор длиной l/4;
- поляризация поля плоскости падания - вертикальная;
- параметры радиолинии: R=15 км, h1=14 м, H1=33 м, h2=33 м; средний уровень крыш - 8 м.
Требуется рассчитать и построить зависимости:
- поля, ХН F(q)и ДН передающей антенны (решётки) в свободном пространстве;
- поля |E(p)| на трассе от усреднённого угла наблюдения и |q|90 и т длины трассы;
- ЭДС |Эпр| на входе приёмной антенны (несимметричного штыря) в зависимости от высоты её расположения h2; найти высоту первого максимума поля, допустимую высоту неровностей на трассе;
- поля от высоты, если имеется непрозрачное препятствие высотой H2=25 м на расстоянии R2 = 1400м от приёмной антенны;
- поля |E(p)| от усреднённого угла наблюдения, если трасса расположена над влажной почвой (параметры влажной почвы: e = 30; sэ = 10-2);
- поля |E(R)| при наличии на трассе участка T влажной почвы высотой H = 7 м, длиной Rт=7тАж10 км.
- поля при частоте f2=103 МГц.
. ПОЛЕ, ХН И ДН ИЗЛУЧАТЕЛЯ
Излучатель (рис.2) представляет собой решётку из трёх вибраторов (систему трёх вибраторов).
Определим характеристику направленности (ХН) данной системы по частям.
- Определим ХН одного симметричного четвертьволнового вибратора. Из [3, стр. 38] берём формулу ХН для симметричного вибратора длиной l:
.
Здесь угол q отсчитывается от направления, перпендикулярного вибратору. Скорректируем формулу таким образом, чтобы q отсчитывался от направления вибратора. Будем иметь:
Вышеприведённая формула примет вид:
(1)
- Итак, мы определили ХН одного симметричного вибратора длиной l/4. У нас 3 таких вибратора, расположенных так, как показано на рис.2. Однако в техническом задании не говорится, как они расположены: в плоскости падения или перпендикулярно ей. Там только говорится, что их центры находятся на одной оси.
В общем случае, мы имеем из [2, стр.243] теорему перемножения диаграмм направленности системы, которую и применим для нашего случая. Её запись в формульном виде будет такой:
(2)
где F1(q) - ХН одиночного излучателя в системе;
FS(q) - множитель системы, равный ХН одиночных излучателей, расположенных там, где находятся середины данных излучателей.
Там же [2, стр. 244] даётся формульное представление множителя направленности:
(3)
где Rn - расстояние центра n-го излучателя;
an - угол между направлением в точку наблюдения в дальней зоне и направлением в центр n-го излучателя.
- Введём прямоугольную систему координат таким образом, как показано на рис. 3.
Рис. 3 Решётка излучателей в ДСК
При этом множитель Rncos(an) определится следующим образом через расположения центров излучателей:
.(4)
Нам дана задача - определить ХН в плоскости падения, причём вибраторы расположены вертикально. Сказано, что вибраторы расположены соосно - это значит, что их оси совпадают, как видим на рис.3. При этом из (4) и рис.3 видим, что
Учтём также, что так как возбуждается во всех вибраторах одинаковый и синфазный ток в центре (по условию), то I1=I2=I3=4. Как видим, формула (3) приведётся к виду:
(5)
Диаграмма направленности (ДН) решётки вибраторов, построенная по формуле (5) с помощью программы MathCAD, показана на рис.4.
Рис.4. ДН передающей антенны
Поле передающей антенны в свободном пространстве определяется по следующей формуле:
(6)
(7)
. ЗАВИСИМОСТЬ ПОЛЯ ОТ УГЛА НАБЛЮДЕНИЯ
Чтобы построить зависимость поля от угла наблюдения при постоянном расстоянии между передающей и приёмной антеннами, воспользуемся геометрией радиолинии и выразим все нужные величины через q, учтя при этом, что Rpq (расстояние . между точками передачи и приёма) постоянно (см. рис.5).
Рис. 5 Геометрия радиолинии при переменном угле наблюдения
На рис.5 изображён передающий излучатель в т.q и фиктивный источник излучения в т.Q. Фиктивный источник создаёт в точке наблюдения p вторичное (отражённое от поверхности Земли) поле Eв, а истинный источник - первичное Eп. Сумма Eп+Eв будет равна искомому полю в точке наблюдения.
Обозначим Rqp - расстояние от истинного источника излучения до точки наблюдения, RQp - расстояние от фиктивного источника излучения до точки наблюдения, r - горизонтальное расстояние (длина трассы). Тогда по теореме Пифагора имеем:
(8)
Из [1] выпишем множитель влияния Земли:
(9)
Выразим q1 через q. Для этого воспользуемся геометрией радиолинии (рис. 5). Вначале найдём зависимости h2(q) и r(q).
Как ещё видим из рис.5,
.(10)
Выразим DR(q):
(11)
где, используя теорему косинусов (DqPQ), находим: