Скляр Б. Цифровая связь (2003) (1151859), страница 61
Текст из файла (страница 61)
Волновод или кабель (фидер) между принимающей антенной и собственно приемником не только приводит к поглощению сигнала, но и вносит тепловой шум; подробно об этом рассказывается в разделе 5.5.3. 19. (Собственный) шум приемника. Это тепловой шум, порождаемый приемником; подробно этот вопрос рассмотрен в разделах 5.5.1-5.5.4.
276 Глава 5. Анализ канала связи 20. Потери аппаратной реализации. Эти потери представляют собой разность между теоретической эффективностью детектирования и реальной, определяемой несовершенством системы: ошибками синхронизации, уходом частоты, конечными временами нарастания и спада сигналов и конечнозначной арифметикой. 21, Неидеальная синхронизация. Если фаза несущей, фаза поднесущей и синхронизация символов организованы идеально, вероятность ошибки представляет собой однозначную функцию отношения Е»о»У„рассмотренную в главах 3 и 4.
К сожалению, названные величины реализуются не идеально, что приводит к потерям. 5.3. Мощность принятого сигнала и шума 5.3.1. Диствнционноеуревнение Основная задача бюджета канала — доказать, что система связи будет работать согласно плану; т.е. качество сообщений (достоверность передачи) будет удовлетворять заданным требованиям. Бюджет канала отслеживает "потери" и "прибыли" (усиление и ослабление) передаваемого сигнала от начала его формирования в передатчике до полного получения в приемнике. Вычисления показывают, чему равно отношение Е»/Но в приемнике и какой запас прочности существует.
Процесс вычисления бюджета канала начинается с дистанционного уравнения, связывающего принятую мощность с расстоянием между передатчиком и приемником. Вывод этого уравнения дан ниже. В системах радиосвязи несущая распространяется от передатчика с помощью передающей антенны. Передающая антенна — зто устройство, преобразовывающее электрические сигналы в электромагнитные поля. В приемнике принимающая антенна выполняет обратное преобразование; она превращает электромагнитные поля в электрические сигналы. Вывод уравнения, связывающего приемник и передатчик, обычно начинается с рассмотрения ненаправленного источника радиоизлучения, равномерно передающего в 4п стерадиан.
На рис. 5.3 показан идеальный источник, называемый изотроиным излучателем (Ьоггор!с га»))асог). Поскольку плошадь поверхности сферы радиуса д равна 4ядт, плотность мощности р(д) данной сферы с центром в источнике излучения связана с переданной мощностью Р;.
Спеятрельнзя плотность на сфере на расстоянии а от центра , Ри») = — Ра»т Р» ', Изотропный ,излу,атель/ / ' Мощност извлечен ая принимающей антенной Р, = р(ая»е» Рис. 5.3. з»иста»»ционное уравнение. Выразпеняе принятой мощности яерез расстояние 5.3. Мощность принятого сигнала и шума р(И) = — Втlм . Р, з 4 12 (5.1) начительно превышающего длину распространяющейся волны (даяьнял зона), , извлеченную на принимающей антенне, равна Р(а) А з яя 4зЫ з (5.2) раметр А„, — зто сечение захвата (эффективная площадь) принимаюгцей ан- пределяемое следующим образом: полная извлеченная мощность (5.3) плотность падающей мощности сматриваемая антенна является передающей, ее эффективная плошадь сбоя как А„.
Если не указано, выполняет ли антенна принимающую или лере- функцию, эффективная площадь обозначается через А,. ктивная площадь антенны А, и ее физическая площадь поверхности Ая связаэффициснтом эффективности т): (5.4) А„= з)Ак рит о том, что не вся падающая мощность была извлечена; вследствие размеханизмов [3) происходят потери. Номинальное значение т! для параболичеенны составляет 0,55, а для рупорной — 0,75. делим параметр антенны, который связывает выходную (или входную) мощмощностью изотролного излучателя и именуется каэффициектам иаяравленствия (КНД).' максимальная интенсивность мощности (5.5) средняя интенсивность мощности в диапазоне 4к стерадиаи Е)ВР = Р,бя (5.6) Пример 5.1.
Эффективная изотропяо-нзлучаемая мощность Покюяиге, что при нааяежашем выборе антенн можно получить одинаковое значение Е1ВР как при использовании передатчика с Р, = 100 Вт, так и при использовании передатчика с Р, = 0,1 Вт. !югч и в! Глава 5. Анализ канала связи 278 При отсутствии любых диссипативных потерь или потерь вследствие несогласованности импедансов коэффициент направленного действия тггенны (в направлении максимальной интенсивности излучения) определяется из формулы (5.5). В то же время, если существует некоторая диссипацня или несогласованность, коэффициент направленного действия антенны уменьшается на множитель, соответствующий этим потерям [4]. В данной главе мы будем предполагать, что диссипативные потери равны нулю, а импедансы согласованы идеально.
Таким образом, формула (5.5) описывает максимальиый коэффициент иалравленнага действия антенны; как показано на рис. 5.4, его можно рассматривать как результат концентрации изотропного излучения в некоторой ограниченной области„ меньшей 4п стерадиан. Теперь мы можем определить эффективную извучвииую мои(ность относительно изотропного излучателя (эффективная изотропно-излучаемая мощность— ейссг!че Во!гор!с гад!агсд розяег, Е1ВР) как произведение переданной мощности Р, и коэффициени направленного действия передающей антенны б„ -3 ЛБ ог максимального эиеченил Тачка максимальной еыхслной мощности электромагнитного поля Передвющвп еигеиип Основной леиесгок нтениы Баксане лепестки антенны Рис. 5.4.
Еозффицигнт направленного дгйстоия антен- ны — результат концентрации изотропного излучения Решение На рис. 5.5, а показан передатчик с Р, = 1ОО Вт, соединенный с изотропной антенной; зна- чение ЕЖР = Рб, = 100 х 1 = 100 Вт. На рис. 5.5, 6 показан передатчик с Р, = О,! Вт, со- единенный с антенной, имеющей гг,= 1000; ЕЖР = Р,гг, = 0,1х 1000= 100 Вт. Если изме- рители напряженности поля расположены так, как показано иа рисунке, то измеряемая с ил помощью эффективная мощность не будет отличаться.
Ог=1: 1 — Г" + / а) О,= 1000 г б) Рис. 5 5. Доа различных способа получения одинакового значгпил Е1ИР 5.3.1.1. Возвращаись к дистанционному уравнению Если антенна передатчика имеет некоторый коэффициент направленного действия относительно изотропной антенны, в уравнении (5.2) мы меняем Р, на Е1КР, что дает следующее: Рг тЕЖР—. А„ 4яд з (5.7) Связь между КНД антенны сг и эффективной площалью А, дается выражением ]4] Б.З. Мощность принятого сигнала и шума О= — ' 0щяА,»Л).
4яА, г Лг (5.8) А„= —. 4к (5.9) Затем для нахождения принятой мощности Р„при изотропной принимающей антен- не, подставляем уравнение (5.9) в уравнение (5.7), что дает следующее: Е[КР ЕЕ(1ЕР (4тЫ/Л) (5.10) здесь совокупность коэффициентов (4ядгл)' называется нотерями в тракте (рагп !озз) или потерями в свободном нространстве ((гес-зрасе 1озз) и обозначается через 1., Формула (5.10) показывает, что мощность, принятая изотропной антенной, равна эффективной переданной мощности, сниженной только за счет потерь в тракте связи.
Если принимающая антенна не является изотропной, то после замены в уравнении (5.7) А,„ выражением О,Лг74к из уравнения (5.8) получаем более общую формулу: ЕЖР С,Л~ Е1ВР 0„ Р,= (4зЫ) Ц, (5.11) Здесь б, — КНД принимающей антенны. Полученное уравнение (5.11) называется дистанционным. 5.3.2. Мощность принятого сигнала как функция частоты Поскольку и передающую, и принимающую антенны можно определить через КНД или площадь, Р, можно выразить четырьмя различными способами: 280 Глава 5. Анализ канала связи Здесь Л вЂ” длина волны несущей.
Длина волны Л и частота Г связаны соотношением Л= с(Г, где с — скорость света ( 3 х 10' и/с). Теорема взаимности утверждает, что для данной антенны при данной длине волны КНД приема и передачи идентичны [4[. Зона обзора антенны является величиной телесного угла, в котором сконцентрирована большая часть мощности поля. Зона обзора — это мера анизотропных свойств антенны, она обратно пропорциональна усилению антенны, т.е.
антеннам с большим КНД соответствует более узкая зона обзора. Часто зону обзора выражают не через телесный угол, а через плоский угол раскрыва антенны (Ьсашы1г)1Щ, измеряемый в радианах или градусах. На рис. 5.4 показана диаграмма направленности антенны и дана иллюстрация общего определения угла раскрыва антенны. Угол раскрыва — это угол, образованный точками, в которых максимальная мощность поля ослаблена на 3 дБ. Как угол раскрыва зависит от частоты сигнала и размера антенны? Из уравнения (5.8) можно видеть, что КНД увеличивается с уменьшением длины волны (увеличением частоты); также КНД антенны увеличивается с увеличением эффективной площади.
Увеличение КНД антенны равносильно фокусировке плотности потока энергии в меньшем угле раскрыва„следовательно, увеличение частоты сигнала или размера антенны приводит к сумсению угла раскрыва. Эффективную плошадь изотропной антенны можно вычислить, положив в уравнении (5.8) й = 1, что позволяет получить следующее выражение для А,; Р)АИАм г )з 3 (5Л3) Р, Аий„ 4яд ~ (5.14) Рб ~)2 Р,— (4яд) (5.15) 5.3. Мощность принятого сигнала и шума 281 В этих выражениях А„и А„— эффективные площади принимающей и передающей антенн.
В уравнениях (5.!2)-(5.15) зависимая переменная — зто мощность принятого сигнала Р„а независимые переменные — это такие параметры, как переданная мощность, КНД антенны, площадь антенны, длина волны и расстояние между антеннами. Допустим, возник вопрос: как меняется принятая мощность при увеличении длины волны (или уменьшении частоты), при фиксированных остальных параметрах? Если рассматривать уравнения (5.12) и (5.14), то кажется, что Р, и длина волны вообще не связаны. Из уравнения (5.13) величина Р, вроде бы обратно пропорциональна квадрату длины волны, а из уравнения (5.15) она прямо пропорциональна квадрату длины волны. Нет ли здесь противоречия? Разумеется, нет; кажущаяся противоречивость уравнений (5.12) — (5.15) исчезает, если вернуться к формуле (5.8) и вспомнить, что КНД антенны и ее плошадь связаны через длину волны.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
