62891 (Радиолокационные установки)

Содержание

Перечень сокращений, условных обозначений, символов, единиц и терминов

Введение

1. Основные способы распространения радиоволн

1.1 Отражение от поверхности земли (двухлучевая модель)

1.2 Прохождение плоской электромагнитной волны через плоский слой диэлектрика

1.3 Дифракция радиоволн

1.3.1 Геометрия зон Френеля

1.3.2 Модель дифракции радиоволн на одиночном клине

1.3.3 Дифракция на нескольких клиньях

1.4 Рассеяние радиоволн

2. Практические модели, используемые для расчета ослабления сигнала в радиоканалах

2.1 Потери передачи в удаленных линиях

2.2 Модели радиолиний вне зданий

2.2.1 Метод Okumura

2.2.2 Модель Hata

2.2.3 Уточнение метода Hata

3. Программа расчета напряженности электромагнитного поля с учетом затенения зданиями

3.1 Расчет напряженности в точке приема методом интегрирования

4. Экономическое обоснование дипломной работы

4.1 Введение

4.2 Экономическое обоснование работы

4.3 Расчет материальных затрат

4.4 Расчет основной заработной платы

4.5 Расчет дополнительной заработной платы

4.6 Затраты на социальные выплаты

4.7 Затраты на электроэнергию

4.8 Амортизационные отчисления

4.9 Накладные расходы

4.10 Калькуляция затрат

4.11 Выводы

5. Безопасность и экологичность проекта

5.1 Краткая характеристика работы

5.2 Безопасность работы

5.2.1 Электробезопасность

5.2.2 Пожарная безопасность

5.2.3 Микроклимат на рабочем месте

5.2.4 Освещенность на рабочем месте

4.2.4.1 Расчет необходимой освещенности

4.2.4.2 Расчет искусственной освещенности

5.2.5 Шум и вибрации

5.3 Эргономичность проекта

5.3.1 Эргономические требования к рабочему месту

5.3.2 Оценка качества программы

5.4.1 Ионизационное излучение

5.4.2 Электромагнитное излучение

5.4.3 Статическое электричество

5.5 Чрезвычайные ситуации

5.6 Вывод о безопасности и экологичности работы

Перечень сокращений, условных обозначений, символов, единиц и терминов

ВДТ - видео дисплейный терминал

ИС - интегральная схема

КЕО - коэффициент естественной освещенности

ЛВЖ - легковоспламеняющаяся жидкость

ОВЧ - очень высокие частоты

ПО - программное обеспечение

РЭА - радиоэлектронная аппаратура

СНиП -

УВЧ - ультравысокие частоты

(П) ЭВМ - (персональная) электронно-вычислительная машина

ЭМИ - электромагнитное излучение

Введение

Путь радиоволны от передатчика к приемнику в системах связи УКВ - диапазона крайне разнообразен: от их прямой видимости до сильно закрытого препятствиями, домами, деревьями пути. В отличие от проводной связи, где параметры постоянны, в беспроводной связи радиоканалы имеют существенно случайные параметры, часто сложно анализируемые. Моделирование радиолинии - наиболее сложная задача проектирования радиосистем. Оно в основном выполняется статистически с использованием данных экспериментов, выполненных порой именно для такой же или аналогичной системы.

Механизм распространения радиоволн в системах связи различен, но в основном может быть представлен отражением, дифракцией и рассеянием. Большинство систем работают в городах, где нет прямой видимости антенн передатчика и приемника, а наличие высоких зданий вызывает большие дифракционные потери. Благодаря многократным переотражениям от различных объектов, радиоволны проходят различный путь. Интерференция этих волн вызывает сильное изменение уровня сигнала от положения приемника.

Моделирование распространения радиоволн основано на предсказании среднего уровня принимаемого сигнала на заданном расстоянии от излучателя, а также в определении разброса его значений в зависимости от конкретной ситуации на трассе. Расчет радиолинии позволяет определить зону обслуживания передатчика. Моделирование среднего уровня сигнала в зависимости от расстояния между передатчиком и приемником называется крупномасштабным моделированием, поскольку позволяет определить сигнал на большом удалении (несколько сотен и тысяч метров).

С другой стороны, модели характеризуют быстроменяющиеся значения уровня принимаемого сигнала на малых смещениях (несколько длин волн) или за короткое время (секунды) - они называются мелкомасштабными моделями.

Рис.1.1 Изменение напряженности поля в зависимости от расстояния до передающей антенны с учетом влияния случайных факторов на частоте 1800 МГц

При перемещении мобильного приемника на малые расстояния принимаемый сигнал может меняться очень сильно. Это происходит из-за того, что принимаемый сигнал представляет собой сумму многих волн, приходящих с различных направлений, проходящих разное расстояние и имеющих различную амплитуду и фазу. Суммарный сигнал подчиняется закону Релея. В зависимости от трассы радиоканала мелкомасштабная девиация может меняться на 3-4 порядка, т.е. уровень сигнала может меняться на 30-40 дБ (рис.1.1). Если мобильный приемник будет достаточно далеко, средний уровень сигнала убывает.

1. Основные способы распространения радиоволн

Три основных способа распространения радиоволн:

Отражение - имеет место при падении волны на объекты с размерами много больше длины волны. Наблюдаются, например, отражения от земли, стен зданий и т.п.

Дифракция - явление возникновения вторичных волн при падении радиоволны на препятствие с острыми кромками. Дифракцией обусловлено наличие поля за препятствиями в зоне геометрической тени. На высоких частотах дифракция, как и отражение, существенно зависит от геометрии объекта, а также амплитуды, фазы и поляризации поля.

Рассеяние - имеет место при распространении волны в среде с мелкими объектами (меньше длины волны).

1.1 Отражение от поверхности земли (двухлучевая модель)

В задачах мобильной связи прямое распространение радиоволн между передающей и приемной антеннами встречается достаточно редко, поэтому модель распространения волн в свободном пространстве имеет ограниченное применение. Полезная для практики двухлучевая модель распространения волн (рис.5) основана на законах геометрической оптики.

Рис.1.1 Прямой и отраженный лучи в точке приема радиоволн

Суммарное поле в точке приема обусловлено влиянием прямого и отраженного от земной поверхности лучей:

.

Из рис.1.1 видно, что разность хода прямого луча и луча с отражением от земли

. (1.1)

Рис.1.2 Мнимый излучатель поля

Если расстояние , то (1.1) может быть упрощено с помощью разложения Тейлора:

, м. (1.2)

Тогда разность фаз прямого и отраженного лучей

. (1.3)

Суммарное электрическое поле в точке приема прямого и отраженного лучей при сделанных допущениях вычисляется по формуле

, , (1.4)

где Е₀ - напряженность поля, создаваемая излучающей антенной на некотором опорном расстоянии d₀ в свободном пространстве (без учета отражения), .

На больших удалениях, когда выполняется соотношение

,

. (1.5)

Суммарное поле в этом случае может быть аппроксимировано выражением

, , (1.6)

где К - константа, связанная с амплитудой поля Е_0, высотами подвеса антенн и длиной волны. Мощность, принятая приемной антенной, пропорциональна квадрату напряженность поля:

. (1.7)

Из формулы (1.7) видно, что на больших расстояниях принятая мощность убывает обратно пропорционально d⁴ или 40 дБ на декаду. Это существенно быстрее, чем в свободном пространстве.

Для двухлучевой модели в соответствии с (1.7) потери мощности в радиоканале определяются выражением

, дБ. (1.8)

1.2 Прохождение плоской электромагнитной волны через плоский слой диэлектрика

Пусть плоская волна падает нормально на границу I плоского слоя диэлектрика (рисунок 1.3, а). Часть энергии волны отразится от границы I и будет распространяться в обратном направлении, а часть проникнет сквозь границу I и будет распространяться в прямом направлении до границы II. Здесь будет наблюдаться аналогичная картина: часть энергии проникнет сквозь границу II, а другая часть отразится от этой границы и будет распространяться к границе I и т.д.

Рис.1.3 Волны вблизи диэлектрического слоя:

а - нормальное падение волны, б - косое падение волны.

Введем следующие обозначения: A - волна, падающая на слой диэлектрика; B - волна, движущаяся от границы I влево (сумма первичной отраженной волны и всех волн, проникающих через границу I справа); C - волна, движущаяся в слое слева направо (сумма первичной проникающей через границу I волны и всех волн, отраженных от этой границы внутрь слоя); D - волна, движущаяся в слое справа налево (сумма всех волн, отраженных от границы II); F - волна, прошедшая сквозь границу II (сумма всех волн, проникших через эту границу).

Величины A, B, C, D, F выражают комплексные значения амплитуд электрических векторов соответствующих волн.

Радиопрозрачность слоя характеризуется двумя величинами:

коэффициентом отражения

(1.9)

и коэффициентом прохождения

. (1.10)

Оба коэффициента так же, как и напряженности A, B, F, являются, вообще говоря, комплексными.

Учитывая непрерывность касательных составляющих электрического и магнитного полей на границах сред воздух - диэлектрик, можно выразить комплексные амплитуды отраженной (B) и прошедшей сквозь слой (F) волн через комплексную амплитуду падающей волны (A) и затем с помощью соотношений (1.9) и (1.10) получить формулы для расчета коэффициентов R и T.

Если волна падает на слой под косым углом, то отраженную волну и волну, прошедшую сквозь слой, находят путем суммирования волн всех “порядков" B₁, B₂, …, а также соответственно F₁, F₂, … (рисунок 1.3, б).

Расчетные формулы для коэффициентов R и T имеют вид [22]

(1.11)

, (1.12)

где . (1.13)

Здесь d - толщина слоя; f- частота; с = 3*10⁸ - скорость света в вакууме; r - коэффициент отражения на границе сред воздух - диэлектрик.

Коэффициент отражения для поля вертикальной поляризации

. (1.14)

Коэффициент отражения для поля горизонтальной поляризации

, (1.15)

где Z_i - характеристическое сопротивление 1-й или 2-й среды.

. (1.16)

Если первая среда - свободное пространство (₁=1), а вторая среда не обладает магнитными свойствами (₁ = ₀), то выражения (1.14), (1.15) упрощаются:

, (1.17)

. (1.18)

Рис.1.4 Зависимость коэффициента отражения волны вертикальной и горизонтальной поляризации от угла падения , падающей на бетонную поверхность (_r = 6.1)

Для углов падения, близких к скользящим , коэффициенты отражения ; .

Для некоторого угла коэффициент отражения для волны вертикальной поляризации . Этот угол называется углом Брюстера _БР (угол, для которого нет отраженной волны вертикальной поляризации):