4 ВПЛИВ РЕАЛЬНОГО СЕРЕДОВИЩА НА ВІДДАЛЬ ДІЇ РАДІОЕЛЕКТРОННОЇ СИСТЕМИ



Прийняті постулати розповсюдження електромагнітних хвиль дійсні тільки в вільному космосі.

В реальних умовах вплив земної поверхні веде до появи інтерференційної сітки, внаслідок чого спотворюється теоретична діаграма напрямленості антени. Якісно та кількісно цей ефект описується перерізом робочої зони системи вертикальною площиною (так званою діаграмою видимості для радіолокаційної системи), яка характеризується наявністю значної кількості пелюсток.

Окрім того вплив Землі та її атмосфери змінює розраховану віддаль дії радіоелектронних систем, а неоднорідності атмосфери викликають додаткові помилки при вимірюванні параметрів сигналів.

Приймач радіоелектронної системи передачі даних обладнано ненапрямленою косеканс-квадратною антеною. Розрахувати переріз робочої зони системи вертикальною площиною та визначити енергію випромінювання передавача системи для таких даних:

віддаль дії РЕС (Dmax) – 70 км;

висота польоту об’єкту (hо) – 8 км;

мінімальний кут місця – 10;

найбільший кут місця при заданій віддалі дії – 350;

висота розташування антени (hант) – 30 м;

довжина хвилі – 10 см;

потужність шумів на вході (Рш) – -65 дБмВт;

відношення сигнал/шум (q) – 15 дБ;

тривалість сигналу (Тс) – 1 мкс;

протяжність ділянки поглинання ( ) – 30 км;

коефіцієнт поглинання атмосфери () – 0.5 дБ/км.



4.1 Загальні відомості про вплив реальних умов на віддаль дії РЛС



Віддаль дії у вільному просторі радіоелектронних систем визначається відповідними рівняннями:

для радіолінії



для радіолокаційної системи



де – Рпрд потужність передавача, Рс.мін – мінімальна потужність прийнятого сигнала, при якому забезпечується потрібне значення якості системи, Gпрд та Gпрм – коефіцієнти підсилення передаючої та приймальної антен, 2 – робоча довжина хвилі, ц– ефективна відбиваюча площа цілі.

Застосовуючи визначення відношення сигнал/шум

де N0 – спектральна щільність шуму на вході приймача, ці рівняння можна переписати як

(4.1)



де - потужність шумового сигналу, В – база сигналу.

Щоб використати отримані рівняння для обчислення енергії сигналу, необхідно визначити еквівалентну величину (у вільному просторі) віддалі дії системи в реальному середовищі. Так як зменшення щільності потока потужності (згасання) електромагнітної хвилі з віддаллю внаслідок поглинання та розсіювання підлягає експоненційному закону, то еквівалент віддалі або пов’язано з віддаллю дії системи в реальному середовищі одним з наступних трансцендентних рівнянь:



(4.2)

де – питоме згасання сигналу, дБ/км.

Якщо траса розповсюдження сигналу неоднорідна, то відповідні еквівалентні віддалі знаходяться для кожної ділянки траси, на якій питоме згасання вважається постійною величиною.

Детально особливості відбиття радіохвиль від земної поверхні розглядаються теорією розповсюдження радіохвиль. В цій курсовій роботі розглянемо найбільш простий випадок, коли відбиваюча поверхня в районі точки відбиття є достатньо “гладкою” та ідеально відбиваючою, амплідні відміни складових сигналів несуттєві, а антена радіоелектронної системи встановлена на висоті h над відбиваючою поверхнею та має діаграму напрямленості F() в вертикальній площині.

За таких умов напруженість електричного поля в будь-якій точці простору з урахуванням впливу землі визначається як сума напруженостей прямої та відбитої від поверхні хвилі



де Е0 - напруженість електричного поля, яка створюється ненапрямленою косеканс-квадратною антеною, 1 та 2 – відхилення напрямків на точку простору та точку відбиття на поверхні від максимуму діаграми напрямленості антени, р та – модуль та фаза коефіцієнта відбиття електромагнітної хвилі, =(4/)hsin – різниця ходу між прямою та відбитою хвилями, – кут місця точки простору,

pуз =рF(2)/ F(1) – узагальнений коефіцієнт відбиття, а її амплітуда



де – інтерференційний множник.

Легко довести, що переріз робочої зони системи вертикальною площиною визначається як



У випадку, коли радіоелектронна система обладнана ненапрямленою антеною F()=1 (pуз =р) та використовує електромагнітні хвилі з горизон-тальною поляризацією (р=1, = ) інтерференційний множник набуває вигляду

(4.3)

який при малих кутах місця можна спростити:



(4.4)

З відношення (4.3) витікає, напрямленості мають місце при



де непарні значення k відповідають напрямкам максимумів, а парні – мінімумів. Таким чином ширина інтерференційної пелюстки по нулям є



(4.5)

а кут нахилу першої пелюстки

(4.6)

В межах сектора від 0 до 2 кількість пелюсток знаходиться з умови

sink= k/4h1, тобто кількості екстремумів kекс[4h/], де [x] – найбільше ціле, яке не перевищує х. Тоді кількість пелюсток є



(4.7)



Умови, на базі яких отримані формули (4.5) – (4.7), на практиці виконуються вельми рідко. Тому наведені співвідношення мають, в основному, якісний, а не кількісний характер.



4.2. Розрахунок енергії випромінювання в реальних умовах



Для визначення еквіваленту ділянки траси з поглинанням використаємо формулу (4.2)



Таким чином еквівалент усієї траси є



Так як в завданні косеканс-квадратна антенна є і передаваючою і прийомною, а також невідомо ні база сигнала, ні ефективна відбиваюча площа цілі, то визначимо тільки добуток BEпрдG2Ц. Вихідні дані для розрахунку такі: потужність шумів на вході приймача Рш=10-65/1010-3=3.1610-10 Вт, відношення сигнал/шум на вході приймача q2 =1015/10 =31.6. Підставивши ці числа в (4.1), отримаємо





4.3. Розрахунок вертикального перерізу робочої зони системи



Вертикальним перерізом робочої зони приймача з ненапрямленою косеканс-квадратною антеною у вільному просторі є коло. Вплив Землі на роботу радіоелектронної системи проявиться через появу ізрізаності цього кола типу ромашки, у якої в області малих кутів місця пелюстки рівноширокі. Тобто вертикальний переріз робочої зони приймача з ненапрямленою антеною, розташованого поблизу відбиваючої поверхні, повністю визначається інтерференційним множником.

Застосовуючи наближені формули (4.5) – (4.7), отримаємо:

кількість інтерференційних пелюсток



ширина інтерференційних пелюсток по нулям



На рис. 4.1 наведен графік інтерференційного множника косеканс-квадратної антени для заданих даних, який свідчить про розширення інтерференційної пелюстки зі зростанням кута місця. Спостерігається добре узгодження (4.7) з фактичною кількістю інтерференційних пелюсток.







Рис. 4.1 – Інтерференційний множник косеканс-квадратної антени



4.4. Висновок

Сильна ізрізаність вертикального переріза робочої зони приймача з ненапрямленою антеною може привести до значних перепадів рівня сигнала при взаємних переміщеннях передавача та приймача радіоелектронної системи.



РТ61.090701.013 ПЗ



Арк.



Дата



Підпис



№ докум.



Арк.



Змн.



РТ61.090701.013 ПЗ



Арк.



Дата



Підпис



№ докум.



Арк.



Змн.



РТ61.090701.013 ПЗ



Арк.



Дата



Підпис



№ докум.



Арк.



Змн.



РТ61.090701.013 ПЗ



Арк.



Дата



Підпис



№ докум.



Арк.



Змн.



РТ61.090701.013 ПЗ



Арк.



Дата



Підпис



№ докум.



Арк.



Змн.



РТ61.090701.013 ПЗ



Арк.



Дата



Підпис



№ докум.



Арк.



Змн.