4. Розрахунок конструкції антени й висоти її установки над поверхнею Землі

4.1. Розрахунок робочої частоти

Робочу смугу частот антени, що працює на прийом і передачу можна визначити по наступній рівності (1). При урахуванні того, що ширина спектра прийнятого сигналу дорівнює ширині спектра переданого сигналу, то останню рівність можна записати у вигляді:. Підставивши дані з умови, одержимо:

Розрахуємо робочу частоту коливань по формулі:

(2), де - середня частота передавача;

- середня частота приймача.

Робочу довжину хвилі визначимо по формулі:

, де з = 3 • 10⁸ м/с - швидкість світла.

4.2. Розрахунок висоти установки над поверхнею Землі

Рис.3 Ілюстрація першої зони Френеля

Н

аявність різних предметів у поле випромінювання антен приводить до перерозподілу електромагнітного поля в просторі й до зміни параметрів антен. Найбільше часто поблизу антен перебувають плоскі провідні поверхні й особливо часто Земля. Суть проблеми в конкретному випадку відображена на ілюстрації.

Основним критерієм для розрахунку висоти підвісу антен є умова відсутності екранування перешкодами мінімальної зони Френеля при субрефракції радіохвиль. Як відомо, основна частина енергії передається «усередині» мінімальної (першої) зони Френеля, що представляє собою еліпсоїд обертання з фокусами в точках передачі/прийому.

Рис.4 Розподіл поля в зонах Френеля

R1 – радіус першої зони Френеля.

R2 – радіус другої зони Френеля.

R3 – радіус третьої зони Френеля.

R4 – радіус четвертої зони Френеля.

Радіус довільної зони в критичній точці прольоту:

де .

Таким чином, радіус першої зони Френеля:

Величину просвіту між Землею й нижньою границею першої зони приймемо рівну: .

Тепер можна розрахувати мінімальну висоту підвісу антен:

З урахуванням повна висота підвісу складе: .

4.3 Визначення необхідного коефіцієнта підсилення антени

Раніше було отримано, що:

Робочий діапазон частот визначимо, як: ,саме ці частоти були обрані як граничні, оскільки ширина смуги спектра стосовно робочої частоти становить частку близько 0,01%, що свідомо менше погрішності розрахунків.

• Робоча довжина хвилі:

• Максимальна довжина хвилі:

• Мінімальна довжина хвилі:

Для визначення характеристик антени використаємо найбільш характерні значення робочих параметрів апаратури РРЛ. Коефіцієнт, що визначає електричні параметри апаратури при передачі телефонії (смуга сигналу 0.2 МГц припускає використання системи саме для цих цілей): .

Потужності передавача й приймача на робочій довжині хвилі, енергетичні властивості системи пов'язані між собою співвідношенням:

де: , - відповідно потужність приймача й передавача;

- значення коефіцієнта підсилення антени на середній довжині хвилі;

, - КПД прийомного й передавального антенно-фідерного тракту;

- загасання сигналу на інтервалі, довжиноюпри робочій довжині хвилібез урахуванні впливу землі, тропосфери, А-Ф Тракту (загасання між приймальною й передавальною антенами);- множник ослаблення вільного простору, дорівнює відношенню напруженості поля, спостережуваного в місці прийому при поширенні радіохвиль із урахуванням впливу землі й тропосфери, до напруженості поля в тім же місці при поширенні радіохвиль у вільному просторі.

При передачі багатоканальної телефонії із частотним ущільненням і частотною модуляцією мінімально припустима величина множника ослаблення:

де:

;

- максимально – припустима величина потужності теплових шумів у каналі в крапці з нульовим відносним рівнем, що може перевищувати значення, пВт, протягом не більшевідсотків часу будь-якого місяця року;

- потужність всіх постійних складових шумів, що визначається типом використовуваних апаратур, кількістю інтервалів і структурою лінії й не міняється в часі, тому що шуми цього виду не залежать від рівня сигналу на входах приймачів проміжних станцій.

Відповідно до рекомендацій МККР, необхідно, щоб для апаратури рівень власних шумів для 80% часу не перевищував 7500пвт (при передачі телефонії).

Таким чином, максимальне значення ,у першу чергу обумовлене наявністю завмиранням на трасі, приблизно можна вважати рівним: .

Приймаючи (найбільш типове значення), КПД антенно-фідерного тракту відповідно до згаданої формули:

або

Тоді, коефіцієнт підсилення антени (при цьому візьмемо мінімальну довжину хвилі й отримаємо мінімально необхідний КНД і коефіцієнт підсилення, що задовольнить технічному завданню, оскільки передача сигналу йде на двох частотах) буде:

;

Після підстановки всіх відомих величин:

;

або ,

Тоді КНД антени: або.

Для організації лінії зв'язку із заданими параметрами при використанні апаратури із зазначеними характеристиками необхідно використати антени з параметрами не гірше: ,.

Аналізуючи отримані величини робимо висновок, що найбільш доцільно застосування рупорно-параболічної антени, що має максимальний коефіцієнт захисної дії (-65-75 дБ) з гостронаправленною ДН ().