Дипломная работа: Радиолокационные установки
Если на пути между излучателем и приемником имеется несколько препятствий, то все они аппроксимируются одним эквивалентным препятствием (рис.1.9).
Рис.1.9 Эквивалентное клиновидное препятствие в задаче связи с двумя препятствиями
Эта модель хорошо работает для двух препятствий, для нескольких - возникают определенные математические трудности.
1.4 Рассеяние радиоволн
Потери от рассеяния радиоволн на препятствиях обычно много меньше потерь отражения и дифракции. Это объясняется тем, что рассеяние волн происходит во всех направлениях (на таких объектах, как мачты, лампы, деревья и т.д.).
Плоские поверхности с размерами много больше длины волны могут моделироваться как отражающие поверхности. Однако наличие неровностей изменяет отражение. Неровность поверхности определяется критерием Релея, который определяет критическую высоту hc неровностей при падении волны под углом qi :
. (1.34)
Поверхность считается гладкой, если разброс минимальных и максимальных высот меньше hc . Для неровных поверхностей коэффициент отражения r умножается на коэффициент потерь рассеяния ps .
Полагая, что высота неровностей h распределена случайным образом с гауссовым законом распределения, коэффициент потерь рассеяния
, (1.35)
где sh - стандартная девиация высоты поверхности вокруг среднего значения высоты. После некоторых уточнений коэффициент потерь рассеяния с хорошим совпадением с практикой определяется выражением
, (1.36)
где I0 - функция Бесселя первого рода нулевого порядка. Коэффициент отражения электромагнитного поля для неровностей h>hc определяется выражением
. (1.37)
Степень рассеяния радиоволн от препятствий больших размеров, например, крупных домов, может характеризоваться поперечником рассеяния. Поперечник рассеяния объекта (RCS) определяется как отношение плотности потока мощности рассеянного поля в направлении приемника к плотности потока мощности, падающей на рассеивающий объект, и имеет размерность м2 . Анализ основан на геометрической теории дифракции и физической оптике и может быть использован для задач расчета поля, рассеянного большими зданиями. Для городских условий используется бистатическое уравнение излучения, описывающее распространение волны в свободном пространстве и поле, рассеянное между объектами и затем переизлученное в направлении приемника.
, (1.38)
где dt иdr - расстояние от рассеивающего объекта до излучателя и приемника. Это уравнение корректно для дальней зоны излучателя и приемника.
2. Практические модели, используемые для расчета ослабления сигнала в радиоканалах
Большинство моделей, используемых при решении задач распространения радиоволн, учитывают одновременно аналитические и экспериментальные данные. Экспериментальный подход основан на использовании графиков и аналитических выражений, описывающих данные предварительных измерений.
Преимущество этого подхода состоит в учете большинства факторов, влияющих на распространение радиоволн. Иногда в задачах мобильной связи используются классические модели радиолиний, которые позволяют моделировать в крупном масштабе линии связи. Например, двухлучевая модель позволила предсказать работоспособность сотовых систем до их появления. Ниже представлены некоторые модели радиолиний.
2.1 Потери передачи в удаленных линиях
Как теоретические, так и экспериментальные исследования подтвердили, что принимаемая мощность изменяется по логарифмическому закону.
Этот закон выполняется как для радиолиний вне зданий, так и внутри их.
Средние крупномасштабные потери при произвольном расстоянии излучатель - приемник описываются выражением
(2.1)
или в логарифмическом масштабе
, дБ, (2.2)
где n - показатель степени, который показывает, с какой скоростью возрастают потери передачи от расстояния; d0 - расстояние от излучателя до границы отсчета, d - расстояние между излучателем и приемником. Черта в (2.1), (2.2) означает среднее из возможных значений потерь для данного расстояния d. На диаграмме в логарифмическом масштабе график ослабления описывается наклонной прямой с коэффициентом наклона 10. n дБ на декаду. Показатель n зависит от конкретных параметров среды распространения.
Таблица. Показатель n ослабления поля для различных условий распространения радиоволн
Среда | Показатель n |
Свободное пространство | 2 |
Сотовая связь в городе | 2.7 - 3.5 |
Сотовая связь в городе в тени | 3 - 5 |
В зданиях при прямой видимости | 1.6 - 1.8 |
Препятствия, загромождения в зданиях | 4 - 6 |
Важно правильно выбрать подходящее расстояние d0 для исследования условий распространения. В сотовой связи с большими зонами действия обычно используется расстояние 1 км, в микросотовых системах много меньше - 100 м. Это расстояние должно соответствовать дальней зоне антенны для исключения эффектов ближнего поля. Эталонное значение ослабления рассчитывается с помощью формулы распространения в свободном пространстве или через поля, измеренные на расстоянии d0 .