- •Анализ электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств
- •Оглавление
- •10. Описание антенных устройств в задачах эмс 198
- •11. Оценка потерь на трассах распространения 223
- •12. Критерии оценки эмс 261
- •13. Организационные методы обеспечения эмс 289
- •Список использованных сокращений
- •Введение
- •1. Проблема эмс и причины ее появления
- •Основные понятия и определения
- •Причины появления проблемы эмс
- •Последствия отсутствия эмс и особенности изучения проблемы эмс рэс
- •2. Источники и рецепторы электромагнитных помех (эмп)
- •Классификация эмп по связям с источником помехи и некоторые их характеристики
- •2.1.1. Естественные эмп.
- •Чувствительность некоторых полупроводниковых приборов к электростатическому разряду
- •2.1.2. Искусственные эмп
- •Рецепторы эмп. Внутрисистемная и межсистемная эмс
- •Пути проникновения помех. Виды помех в электрических цепях
- •3. Измерение параметров эмс технических средств
- •Измерение кондуктивных помех и восприимчивости к ним
- •Измерение помех излучения и восприимчивости к ним
- •4. Технические методы подавления и защиты от помех
- •Экранирование
- •Фильтрация
- •Заземление
- •5. Радиочастотный спектр и его использование
- •Радиочастотный спектр и диапазоны частот
- •Диапазоны частот электромагнитных колебаний
- •Основные понятия, связанные с использованием рчс
- •Регулирование использования рчс в Российской Федерации
- •Стандартизация и международная кооперация в области эмс
- •6. Общий подход к анализу и обеспечению эмс
- •Требования к методам анализа эмс
- •Анализ параметров эмс систем на стадии разработки
- •Анализ внутрисистемной и межсистемной эмс рэс
- •Основные направления по решению проблемы эмс
- •7. Описание излучений радиопередатчиков в задачах эмс
- •Виды излучений радиопередатчиков
- •Основное и внеполосное сигнальное излучения
- •7.2.1. Класс излучения
- •7.2.2. Параметры и модели основного и внеполосных излучений
- •Границы областей внеполосных излучений относительно центральной частоты основного излучения в зависимости от диапазона рабочих частот передатчика и необходимой ширины полосы частот
- •Точки излома спектральной маски для рис. 7.2
- •Точки излома масок спектров, представленных на рис. 7.3
- •Параметры модели (7.1)
- •Побочные излучения радиопередатчиков
- •Параметры модели (7.9)
- •Предельные значения мощности побочных излучений в контрольной полосе
- •Шумовые излучения передатчика
- •Параметры эмпирической модели, представленной выражением (7.10)
- •8. Описание радиоприемных устройств в задачах эмс
- •Общие характеристики радиоприемных устройств, определяющие их совместимость с окружением
- •Основной канал приема радиоприемника и его описание
- •Побочные каналы приема и их описание
- •Параметры модели (8.9)
- •Оценка коэффициента частотной коррекции
- •Результаты расчета относительной расстройки частоты Δp
- •9. Нелинейные эффекты в приемопередающей аппаратуре и их оценка в задачах эмс
- •Анализ нелинейных явлений в каскадах радиоаппаратуры
- •Компрессия сигнала в радиоприемнике. Параметры, определяющие динамический диапазон приемника по основному каналу приема
- •Эффект блокирования радиоприемного устройства. Основные параметры, характеристики и методы их измерения
- •Перенос шумов гетеродина
- •9.4.1. Фазовый шум генератора
- •9.4.2.Перенос шумов гетеродина
- •Интермодуляция
- •9.5.1. Порядок интермодуляции. Наиболее опасные порядки интермодуляции
- •9.5.2. Интермодуляция в радиоприемных устройствах. Параметры, связанные с эффектом интермодуляции
- •9.5.3. Интермодуляция в радиопередатчиках
- •9.5.4. Точка пересечения и расчет уровней интермодуляционных продуктов на нелинейном элементе
- •9.5.5. Измерение и расчет точек пересечения
- •9.5.6. Динамический диапазон приемника по интермодуляции и связь параметров нелинейности
- •9.5.7. Оценка мощности интермодуляционных продуктов с использованием точки пересечения
- •Перекрестные искажения
- •Оценка нелинейных явлений в задачах эмс рэс
- •9.7.1. Оценка эффекта блокирования рпу
- •Представление функции Pb(X) при оценке эффекта блокирования
- •Характеристики блокирования приемников некоторых цифровых систем связи
- •9.7.2.Оценка уровней интермодуляционных продуктов в радиопередатчиках
- •Параметры эмпирической модели (9.66)
- •9.7.3. Оценка интермодуляции в радиоприемниках
- •Границы частотных интервалов для анализа нелинейных эффектов в приемнике
- •Эмпирические модели для оценки эффекта интермодуляции в радиоприемниках
- •9.7.4. Оценка перекрестных искажений
- •10. Описание антенных устройств в задачах эмс
- •Некоторые общие сведения о характеристиках антенн
- •Особенности описания антенных устройств в задачах эмс
- •Детерминированное описание диаграмм направленности антенн
- •10.3.1. Дна в области рабочих частот.
- •10.3.2. Дна на нерабочих частотах
- •Параметры диаграмм направленности за пределами диапазона рабочих частот антенн.
- •Статистическое описание диаграмм направленности антенн
- •Параметры функции f(g) для области бокового усиления
- •Потери в антенно-фидерном тракте и потери рассогласования
- •Учет поляризационных характеристик антенн и сигналов
- •Ослабление мешающих сигналов при несовпадении поляризации с приемной антенной
- •Ближняя зона
- •11. Оценка потерь на трассах распространения
- •Общие положения
- •Модели для оценки потерь на трассах распространения и цифровые карты местности
- •Графические модели
- •Аналитические модели
- •Расчетные соотношения, используемые в классической модели Хата
- •Расчетные соотношения, используемые в модели cost 231 Хата
- •Расчетные соотношения, используемые в модифицированной модели Хата
- •Среднеквадратическое отклонение (ско) потерь на трассах распространения
- •Оценка потерь на дифракцию
- •11.5.1. Зоны Френеля.
- •11.5.2. Дифракция на клине
- •11.5.3. Дифракция на цилиндре
- •12. Критерии оценки эмс
- •Рабочие характеристики и оценка качества работы рэс
- •12.2. Виды рабочих характеристик рэс различного назначения
- •12.3. Критерии эмс
- •Защитные отношения для систем тв (625 строк), работающих в соседнем канале
- •Защитные отношения для аналоговых каналов звукового сопровождения тв
- •Защитные отношения для цифровых каналов звукового сопровождения тв, дБ
- •Защитные отношения по совмещенному каналу для некоторых современных систем связи, дБ
- •Защитные отношения для некоторых современных систем связи в зависимости от расстройки помехи, дБ
- •12.4. Моделирование процессов управления мощностью передатчиков в сетях сухопутной подвижной связи
- •13. Организационные методы обеспечения эмс
- •13.1. Частотно-территориальное планирование
- •13.2. Управление параметрами радиосигналов
- •13.3. Радиоконтроль и его роль в управлении использованием радиочастотного спектра и обеспечения эмс
- •Заключение
- •Список литературы
- •Анализ электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств
- •197376, С.- Петербург, ул. Проф. Попова, 5
Оценка потерь на дифракцию
Как отмечалось раннее, явление дифракции состоит в огибании радиоволнами препятствий, встречающихся на пути их распространения. При этом потери сигнала на трассе распространения возрастают. Обычно потери на дифракцию оценивают отдельно в децибелах относительно свободного пространства, как это сделано, например, в рассмотренной выше модели Уолфиша-Икегами. В той модели речь шла, в частности, о множественной дифракции в условиях города. Однако, достаточно часто встречаются ситуации, когда на трассе распространения электромагнитной волны встречается незначительное число препятствий, которые могут вызвать явление дифракции. В этом случае обычно ограничиваются оценкой потерь на дифракцию, вызванных одним или двумя препятствиями. На трассе выделяют одно или два наиболее значительных препятствия и аппроксимируют их геометрическими телами (клином или цилиндром), для которых на основе общей теории дифракции получены математические выражения, позволяющие оценить потери на дифракцию на телах соответствующей формы. Теперь, используя эти выражения, выполняют оценку потерь на дифракцию. Модели, определяющие потери на дифракцию, в этом случае являются детерминистскими. При оценке полных потерь на трассе распространения потери на дифракцию суммируют с другими видами потерь, полученных по другим моделям и для других факторов, влияющих на распространение радиоволн.
11.5.1. Зоны Френеля.
При распространении радиоволн над неровной поверхностью на величину потерь на трассе распространения влияют:
величина просвета между прямым лучом и неровностями поверхности или величина блокирования прямого луча препятствием;
положение выступающих частей или препятствий на трассе распространения;
степень остроты выступающих частей или препятствий.
Для оценки влияния первых двух из перечисленных факторов используется такое понятие, как зоны Френеля. Чтобы пояснить это понятие, обратимся к рис.11.8, на котором представлена радиолиния, проходящая между точками А и В. В точке А находится антенна радиопередатчика, а точке В – антенна радиоприемного устройства. Используя точки A и B в качестве фокусов, вокруг этих точек можно построить эллипсоиды, называемые эллипсоидами Френеля. Эллипсоид Френеля – это пространство внутри эллипсоида, в фокусах которого находятся антенны, расположенные на концах радиолинии, а поверхность составляют точки, обладающие тем свойством, что разность длин трасс, проходящих через антенны и точки на поверхности эллипсоида, и трассы, соединяющей антенны напрямую, составляет n/, где n – целое положительное число. Для рис.11.8 это означает, что представленный на нем эллипсоид (а точнее его эллиптическое сечение) представляет эллипсоид Френеля, если разность длин трасс
АСВ – АВ = nλ/2
Для первого эллипсоида Френеляn = 1 и разность длин трасс составляет /, для второго эллипсоида Френеля n = 2 и, соответственно, разность длин трасс будет и т. д.
Зона Френеля порядка n – это область, расположенная между эллипсоидами n-го и (n – 1)-го порядков. Первая зона Френеля – это пространство внутри первого эллипсоида Френеля.
Одной из важных характеристик трассы является просвет F (рис.11.8), который определяется из профиля трассы и представляет собой выраженный в метрах минимальный зазор между прямым лучом и поверхностью трассы. F 0, если поверхность трассы не перекрывает прямой луч, и F < 0 в противном случае.
Радиотрасса имеет свободной первую зону Френеля, если в нее не попадают объекты, способные вызвать значительную дифракцию. Рассмотрим случай, когда просвет на трассе равен первой зоне Френеля, т. е. объект касается поверхности эллипсоида, огранивающего пространство этой зоны, но не заходит в нее, и оценим уровень сигнала в точке расположения приемной антенны. Обратимся к ситуации, когда отражениями от препятствия можно пренебречь. В терминах спирали Корню верхняя часть спирали участвует в формировании результирующего сигнала в приемной антенне полностью. В тоже время в нижней части спирали в формировании сигнала участвуют только те векторы, фаза которых не превышает 180, поскольку граница первой зоны Френеля соответствует разности хода лучей /2, т. е. 180. Таким образом, последний вектор, участвующий в формировании сигнала в нижней части спирали Корню, является первым вектором, который находится в противофазе с вектором прямой трассы и соответствует первому изгибу спирали Корню в нижней ее части после прохождения минимума (см. рис.11.2). Результирующий вектор сигнала в точке приема при этом близок к сигналу в свободном пространстве.
Для количественной оценки потерь на дифракцию используют безразмерный параметр
, (11.12)
где d – разность длин трасс, одна из которых соединяет конечные точки радиолинии (т. е. точки расположения приемной и передающей антенн), а другая проходит от передающей антенны к приемной через вершину препятствия.
По соглашению, – положительное, если прямая трасса блокирована препятствием (препятствие имеет «положительную высоту») и – отрицательное, если трасса имеет просвет («отрицательная высота»). Если прямая трасса касается вершины препятствия, = 0.
Когда просвет равен первой зоне Френеля, d = /2 и из (11.12) = –1.4. На спирали Корню эта точка соответствует первому повороту вектора на 180. Уровень сигнала при этом будет даже несколько выше, чем в свободном пространстве. Точка = –1 соответствует d = /4 и последний вектор, участвующий в суммировании на спирали Корню, повернут на 90 по отношению к вектору прямой трассы и находится на самой нижней точке спирали. В этом случае также имеет место небольшое усиление (около 1.2 дБ) по сравнению со свободным пространством. Отметим, что можно оставить до 60% просвета в первой зоне Френеля ( = – 0.85) без существенных потерь по отношению к свободному пространству. Это видно также из графиков, изображенных на рис.11.9. На рис.11.9 представлена зависимость потерь на дифракцию относительно свободного пространства от размера просвета на трассе относительно первой зоны Френеля [52]. Параметром изображенных кривых является безразмерный индекс кривизны для вершины препятствия. Как видно из этих кривых, минимальные потери на дифракцию имеют место для препятствий в виде клина, максимальные – для гладкой сферы. Препятствия, имеющие промежуточный индекс кривизны, вносят потери на дифракцию, лежащие между этими значениями. Однако, вне зависимости от вида препятствия, если отношение просвета F к радиусу первой зоны Френеля F1 имеет значение 0.6, дополнительные потери на дифракцию отсутствуют.
Для того чтобы просвет составлял первую зону Френеля, расстояние от ближайшей точки препятствия до прямой трассы должно быть, по крайней мере
, (11.13)
где d1 и d2 расстояния от вершины препятствия до двух конечных точек радиолинии.
Эта формула является аппроксимацией и не справедлива в областях очень близких к конечным точкам радиотрассы.
Если = 0 (нулевой просвет) и вершина препятствия очень узкая (нет существенных отражений, например, узкое клиновидное препятствие), потери на дифракцию, как было показано в разделе 11.1 (см. также рис.11.9), составляют 6 дБ. Однако такая модель препятствия может не всегда соответствовать реальной ситуации. Вершина препятствия может быть скругленной или иметь большую плоскую поверхность (как, например, крыши зданий). В этих случаях при нулевом просвете потери могут быть значительно выше, и во многих случаях более достоверной оценкой служит значение 20 дБ. Поэтому на реальных трассах очень важно иметь свободной первую зону Френеля и уметь производить оценку потерь на дифракцию, если объекты на трассе перекрывают ее. Нужно иметь в виду, что зона Френеля трехмерная, и просвет должен быть обеспечен со всех сторон от прямой трассы.
Остановимся на некоторых подходах, используемых для оценки потерь на дифракцию.