Диссертация (1137272), страница 12
Текст из файла (страница 12)
45-67;83, с.56-78]. Учитывая, что часто в сотовой связи используется длина волны λ=0,66 м, отсутствует возможность использования большого числа этажей. Нопоскольку λ существенно больше, чем размеры сотового телефона, то применение даже одиночного выносного симметричного вибратора дает значительныйвыигрыш в коэффициенте усиления.98В качестве выносной абонентской антенны с большим коэффициентомусиления можно взять антенну, подобную антенне базовой станции – синфазную антенную решетку простых излучателей. Синфазная антенная решеткапредставляет собой сложную направленную антенную систему, состоящую изотдельных слабонаправленных антенн, разнесенных в пространстве, ее можнособрать из одинаковых антенн, расположенных в один ряд и несколько этажей.Схема соединения антенн решетки должна быть составлена так, чтобы не нарушалась синфазность сигналов, поступающих от каждой антенны в нагрузку.Кроме того, схема соединения антенн решетки одновременно должна обеспечивать их согласование с нагрузкой.
Использование вместо одной антенны нескольких таких же антенн, соединенных в синфазную решетку, приводит к увеличению сигнала на выходе такой антенной системы, сужению ДН в вертикальной плоскости и к увеличению коэффициента усиления по сравнению с коэффициентом усиления одиночной антенны, входящей в состав решетки.Рассмотрим вариант построения вертикальной линейки, состоящей издвух этажей, образованных симметричными полуволновыми вибраторами. Вкачестве вибраторов можно взять цилиндрические трубчатые проводники, а питающую двухпроводную линию расположить внутри цилиндров.Для получения синфазного режима можно использовать противофазноеподключение плеч вибраторов к проводникам двухпроводной линии.
Для выполнения согласования отрезок двухпроводной линии, соединяющей вибраторы должен иметь волновое сопротивление W1 = 75 Ом, а отрезок двухпроводной линии, соединяющей нижний вибратор с телефоном должен иметь волновое сопротивление W2 = 50 Ом [72, с.
45-67; 83, с.56-78]. При этом уровень рассогласования антенны с телефоном соответствует коэффициенту стоячей волны, а КСВ = 1,32<1,5, что допустимо.Длина плеч вибраторов должна выбираться меньше четверти длины волны для компенсации реактивной составляющей входного сопротивления, тоесть должно применяться укорочение вибраторов.99Ориентировочно, для синфазных антенных решеток общий коэффициентусиления G∑ = 2G1, где G1 – коэффициент усиления одиночного излучателя.Для данной антенны G∑ = 3,28 что дает выигрыш в увеличении дальности связи более, чем на 30 %.В предыдущем случае рассматривался первый способ увеличения дальности сотовой связи, сейчас рассмотрим возможность увеличения дальности связиза счет увеличения высоты подъема абонентской антенны.
Как видно из рисунка 3.1. Отметим, что рассматриваемый сейчас подход ни в коем случае не изменяет выводы, сделанные в предыдущем разделе. В принципе, возможно использовать комплексное решение, заключающееся и в увеличении и в увеличениивысоты подъема абонентской антенны.На процесс осуществления сотовой связи существенное влияние оказываетпрофиль и характеристики подстилающей поверхности, расположеннойвдоль направления базовая станция – абонент.
В точку приема приходит прямая волна, двигающаяся по воздуху и волна, создаваемая отражением от земнойповерхности. При наложении волн образуется суммарная напряженность поляэлектромагнитных волны, воздействующая на приемную антенну. Величинасуммарной напряженности поля зависит от характеристик земной поверхности,расположенной на трассе между базовой станцией и абонентом.
Например, оназависит от влажности земной поверхности, наличия растительности и т.д. К сожалению расчеты отраженной волны являются громоздкими, а результат – малонадежным. Поэтому чаще применяют экспериментальные измерения. Характерным является увеличение суммарной напряженности поля при увеличениивысоты подъема приемной антенны. Поэтому увеличить дальность связи можноувеличивая высоту установки рассмотренной ранее внешней абонентской антенны, например, используя телескопическую конструкцию.Рассмотрим возможность увеличения дальности радиосвязи за счет установки вблизи от абонента пассивного ретранслятора.
Пассивный ретрансляторне изменяет временных характеристик сигнала, то есть, не искажает сигнал, номеняет условия его распространения, например, направление и может изменять100энергетические характеристики сигнала в определенных областях пространства. Пассивный ретранслятор может иметь вид двух соединенных между собойнаправленных антенн А1 и А2. Одна антенна ориентирована на базовую станцию, а вторая в область расположения абонента.В область, вблизи абонента, без учета влияния земли, попадают две электромагнитных волны. Первая – слабая пространственная электромагнитныхволна, распространяющаяся по направлению от антенны базовой станции.
Кроме того, в область абонента приходит волна, излученная антенной А2 ретранслятора. На вход антенны А2 подается мощность, принятая антенной А1ретранслятора. Антенна А1 является высоко поднятой над поверхностью землиотносительно антенны абонента и может иметь коэффициент усиления, существенно больший, чем Gаб. Поэтому легко можно выполнить условие, при котором амплитуда ретранслируемой электромагнитных волны будет существеннобольше амплитуды пространственной волны и их интерференцию можно неучитывать.Мощность, принятая антенной А1 определяется по соотношению, аналогичному рассмотренному ранееP пр= ((PперGпер GА1λ2 F2(θ))/(4πr)2,(2.78)где θ = (19/π)((h1-h2)/r)-θ’, причем θ’ – угол наклона антенны базовой станции,F(θ) – ДН антенны базовой станции, h1 и h2 высоты антенн базовой станции иретранслятора.Мощность, принятая антенной абонентского телефона будет определяться соотношениемP праб = (РпрGA2Gаб λ2)/(4πh2)2.(2.79)Улучшение условий связи обеспечивается на участке земли перекрываемом ДН антенны А2, при этом абонент не связан с выносной антенной, кабелем, то есть не теряет мобильности.
Антенны ретранслятора могут быть закреплены жестко, что дает возможность увеличить h2 и увеличить G за счет применения антенн большего размера, чем рассматривалось ранее. Антенны101ретранслятора не связаны гальванически с абонентом и могут быть заземлены,что обеспечит грозозащиту линии связи.Подобный способ увеличения дальности сотовой связи можно рекомендовать для реализации на дачном участке или на удаленной одиночной постройке. При этом можно обеспечить условия связи в пределах всей постройкии на прилежащей территории. В качестве антенн ретранслятора можно использовать, например, цилиндрические спиральные антенны [72, с.
45-67; 83, с.5678]. Особую эффективность пассивные ретрансляторы могут иметь в условияхгорной местности.Выводы по главе 21. В данной главе исследованы процессы распространения электромагнитных волн на трассах с неоднородной подстилающей поверхностью и горнымландшафтом.2. Приведены исследование поля диполя над импедансной поверхностьюземли.3. Рассмотрены модели подстилающей поверхности трассы и лесной растительности и их влияние на процесс распространения электромагнитных волн.4. Изучено распространение электромагнитных колебаний на горных трассах с пологими неровностями рельефа.5. Предложены пассивные ретрансляторы радиосистем связи на трассах сгорным ландшафтом.102Глава 3.
Разработка антенных устройств радиосистемсвязи для загородных трасс и горной местности3.1. Анализ условий работы антенных устройствна загородных трассах и в горной местностиПроектирование радиосистем связи с радиолиниями на загородных трассахявляется сложной задачей из-за противоречивых воздействий факторов, связанных с экономическими затратами на создание и обслуживание радиолиний и сзадачами обеспечения их качества и надежности работы.Эти противоречия связаны, с главным образом, особенностями работы антенных устройств радиолиний при низком обслуживаемом ими трафике, которые связаны с необходимостью обеспечения радиосвязи в зоне обслуживания,начиная от малых расстояний от передающей антенны до расстояний, близких красстояниям прямой видимости [84, с.69-73].
Это требование приводит к большому сектору углов, в пределах которого могут располагаться абоненты радиосвязи.Ширина сектора углов составляет 0…ψ, где ψ = arctg(R/h), R – расстояниеот мачты передающей антенны до границы зоны обслуживания, h – высота мачты передающей антенны.Максимум ДН передающей антенны направлен на границу зоны обслуживания. Поэтому в зоне обслуживания коэффициент усиления передающей антенны для абонентов, имеющих различное местоположение, изменяется в диапазонезначений от Gмакс до GмаксF2(ψ). Плотность мощности радиоволны у абонентов,имеющих различное местоположение, не одинакова и значительно различается,что создает проблемы в обеспечении надежности связи.Кроме того, из-за симметричной формы ДН передающей антенны в вертикальной плоскости, половина мощности, излучаемой передающей антенны бесполезно рассеивается в пространстве, что понижает максимальный коэффициентусиления передающей антенны на 3 дБ.103В качестве антенн БС и РТР радиосистем связи на загородных трассахобычно применяются панельные антенны, рассмотренные в первой главе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
