Меню

Расстояние радиопередатчика по мощности

Влияние мощности радиостанции на дальность связи

Влияние мощности радиостанции на дальность связи ultratel.ru

  • Для СВ/LB радиостанций, особенно работающих с амплитудной модуляцией (АМ), это абсолютно справедливое утверждение. Действительно, увеличение мощности приводит к приросту дальности связи.
  • Для цифровых радиостанций, а также высокочастотных UHF/VHF раций эта закономерность не столь ярко выражена.

Рассмотрим подробнее взаимосвязь мощности передатчика и дальности связи.

Человек, впервые столкнувшийся с показателем выходной мощности радиопередатчика, сразу же интуитивно предположит, что радиус действия радиостанции будет напрямую зависеть от мощности. Отчасти это так, но есть масса нюансов. Если кратко:

  • Для СВ/LB радиостанций, особенно работающих с амплитудной модуляцией (АМ), это абсолютно справедливое утверждение. Действительно, увеличение мощности приводит к приросту дальности связи.
  • Для цифровых радиостанций, а также высокочастотных UHF/VHF раций эта закономерность не столь ярко выражена.

Рассмотрим подробнее взаимосвязь мощности передатчика и дальности связи.

Идеальная и реальная дальность: основные отличия

Зачастую можно встретить рекламные заявления производителей радиостанций о дальности связи портативных цифровых радиостанций до 11 — 20 км. Однако производители не говорят, что такая «идеальная» дальность возможна только в одном единственном случае:

  • Если два обладателя рации выйдут в море на двух лодках
  • Будут находиться в пределах видимости друг друга
  • Будет штиль и ясная погода

В реальных же условиях на дальность связи влияет уйма факторов: от поглощения сигнала ландшафтом и городской застройкой до конструкции антенны. Однако вернемся к вопросу мощности.

С физической точки зрения, мощность передатчика определяет энергию, излучаемую рацией в эфир. Соответственно, чем больше энергии отдается, тем выше вероятность, что ее будет достаточно для преодоления препятствий. Учитывая природу радиоволн, всё происходит намного сложнее:

  • Высокочастотные волны очень хорошо поглощается различными объектами: людьми, домами, рельефом. Это значит, что увеличение мощности с 1 Вт до 5 Вт не принесет расширения радиуса, если есть серьезная преграда. Как 1 Вт энергии, так и 5 Вт успешно поглотит то же самое препятствие.
  • Волны СВ-диапазона случайным образом отражаются от ионосферы. В результате, иногда возможны случайные получения сигналов СВ-радиостанциями, которые находятся на расстоянии 1000 км друг от друга, но такой прием скорее спорадический и только мешает в работе.

Нелинейная зависимость между мощностью передатчика и дальностью связи

Эксперименты радиолюбителей показывают, что прирост радиуса действия радиостанции равен примерно от корня кубического до корня квадратного от прироста мощности. Это значит, что, удваивая мощность передатчика, вы получите прирост радиуса действия от 25% до 40%. При этом увеличение мощности в 10 раз позволит получить расширение радиуса всего вдвое.

Такие показатели накладывают рациональные ограничения на мощность передатчиков. Как правило, портативные радиостанции редко оборудуются передатчиком мощностью свыше 5 Вт, а наиболее распространенные модели имеют мощность 3-5 Вт. В свою очередь радиостанции для дальней связи комплектуют передатчиками до 35 Вт. Больше – попросту нет смысла, так как избыточная энергия будет быстро садить батарею, а реальный эффект от этого будет минимальный.

Читайте также:  Производственная мощность организации фирмы

Факторы, которые влияют на дальность связи сильнее мощности передатчика

В завершение, хит-парад факторов, которые гораздо значимее с точки зрения дальности связи:

  • Чувствительность приемника. Вы не ошиблись, для радиостанции гораздо важнее хорошо уметь принимать, чем мощно передавать.
  • Рельеф. Будучи в низине или среди плотной промышленной застройки, можно получить минимальный радиус даже при самом мощном передатчике.
  • Конструкция антенны. Радиостанции с удачными антеннами могут иметь радиус действия в 2 раза больше, чем плохие рации с такой же мощностью передатчика.
  • Высота расположения рации. Даже если просто поднять в руке рацию над головой, дальность может расшириться больше, чем если нарастить мощность передатчика в 2 раза.
  • Радиочастотное окружение. Если присутствуют электромагнитные помехи или интерференция (густо населенный радиочастотный ресурс), дальность связи может упасть до нуля даже при мощном передатчике.
  • Количество людей вокруг вас. Люди очень хорошо поглощают радиоволны, потому радиус действия рации на пустой городской площади и той же площади, забитой людьми, может отличаться в 2 и больше раз.

Потому, учитывая эти особенности, при выборе рации не стоит ориентироваться на мощность передатчика как ключевой фактор.

Источник



Выходная мощность сигнала передатчика

Основным параметром радиопередающего устройства является мощность сигнала, излучаемого в эфир. Следует отметить, что требования к мощности сигнала в УКВ диапазоне диктуются особенностями распространения радиоволн в этом диапазоне частот.

Первой особенностью УКВ диапазона является прямолинейное распространение радиоволн в пределах прямой видимости. Рисунок 1 иллюстрирует эту особенность распространения радиоволн в данном диапазоне.

Рисунок 1. Прямая видимость на радиолинии

Ориентировочно, с учетом рефракции радиоволн в УКВ диапазоне, дальность прямой видимости в километрах L определяется как:

При высоте подъема антенны базовой станции и ретранслятора 70 м, дальность связи не может превышать 70 км:

При высоте подъема антенны базовой станции и ретранслятора 70 м, дальность связи не может превышать 70 км. Ориентировочные дальности прямой видимости в УКВ диапазоне приведены на рисунке 2.

Приблизительная дальность радиолинии в УКВ диапазоне
Рисунок 2. Приблизительная дальность радиолинии в УКВ диапазоне

Рассчитаем требуемую для заданного расстояния выходную мощность сигнала передатчика. Для этого воспользуемся известной формулой определения мощности сигнала на входе радиоприемного устройства:

Следует отметить, что в системах подвижной связи мощность сигнала измеряется в дБм. Это отношение абсолютного значения мощности сигнала, выраженного в ваттах, к мощности сигнала 1 мВт.

Например, мощность сигнала, равная 2 Вт, соответствует значению 33 дБм, а мощность сигнала, равная 10 Вт, соответствует 40 дБм. Подобный подход позволяет заменить операции деления и умножения на вычитание и суммирование соответственно. При этом формула определения мощности сигнала на входе радиоприемного устройства (2), выраженная в децибелах, примет следующий вид:

Читайте также:  Резерв действующей производственной мощности

Выразим из нее мощность, требуемую от передатчика при работе в свободном пространстве. Для диапазона и всенаправленных антеннах, эта мощность будет равна:

При отношении сигнал/шум на входе демодулятора, равным 6 дБ, можно ограничить мощность передатчика значением 1 мВт.

С другой стороны при распространении радиоволны вдоль поверхности земли, она испытывает дополнительное поглощение. Для объяснения явления огибания радиоволнами различных препятствий, их проникновения в области тени и полутени используется принцип Гюйгенса-Френеля. В соответствии с моделью Френеля область распространения радиоволн между передающим и приемным устройствами ограничивается эллипсоидом вращения вокруг линии, их соединяющей. Этот эллипсоид многослойный и может включать в себя бесконечно много зон.

Ближайшая к линии, соединяющей передатчик с приемником, зона называется первой зоной Френеля. Принято считать, что при распространении радиоволн наиболее существенной является первая зона Френеля. В ней сосредоточена примерно половина передаваемой энергии. На рисунке 3 представлено продольное сечение первой зоны Френеля.

Рисунок 3. Определение зоны Френеля

Для любой точки радиолинии радиус первой зоны Френеля (R0) можно найти по формуле:

При учете влияния поверхности Земли важен наибольший радиус первой зоны Френеля. При одинаковой высоте антенн этот радиус будет в середине радиолинии. В этом случае формула (6) преобразуется к следующему виду:

При дальности радиолинии более 5 км необходимо дополнительно как препятствие учитывать кривизну Земли. Этот эффект иллюстрируется рисунком 3. Для учета повышения уровня земной поверхности в середине радиолинии за счет ее кривизны можно воспользоваться следующей формулой:

Значения высоты препятствия, создаваемого за счет кривизны Земли, для относительных расстояний rтек/L приведены в таблице 1.

L Относительное расстояние на радиоинтервале
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
5 км 0,02 м 0,08 м 0,18 м 0,31 м 0,5 м 0,31 м 0,18 м 0,08 м 0,02 м
10 км 0,7 м 1,3 м 1,7 м 1,9 м 2 м 1,9 м 1,7 м 1,3 м 0,7 м
15 км 1,5 м 2,7 м 3,6 м 4 м 4,25 м 4 м 3,6 м 2,7 м 1,5 м

Теперь рассчитаем дополнительное поглощение сигнала за счет его затенения поверхностью Земли. Для этого рассчитаем высоту hmax в центре радиотрассы:

Относительный просвет радиолинии при этом будет равен

Теперь по графику зависимости ослабления сигнала относительно просвета препятствия, приведенному на рисунке 4, определим дополнительное ослабление сигнала.

Читайте также:  Тепловая мощность теплообменника пароводяного

Рисунок 4. Зависимость ослабления сигнала относительно просвета препятствия

Для относительного просвета радиолинии, равного –0,37, дополнительное ослабление сигнала составит 50 дБ. В результате требуемая мощность передатчика с –6 дБм возрастает до значения +44 дБм. Эта мощность соответствует мощности передатчика 20 Вт.

В данном случае мы рассмотрели ситуацию, где на одном месте расположен одиночный радиопередатчик. Однако мест, удобных для размещения ретрансляторов базовых станций не так много. Поэтому обычно в одном месте сосредотачивается большое количество радиопередатчиков радиосистем различного назначения. Для того, чтобы они не мешали друг другу, на выходе передатчика приходится ставить различные развязывающие устройства, такие как фильтры, циркуляторы, комбайнеры. Каждое из них ослабляет мощность радиосигнала. Кроме того сигнал может ослабляться антенно-фидерным трактом. Общее значение ослабления сигнала может достигать 12 дБ. Это приводит к тому, что если даже мощность на выходе передатчика будет равна 100 Вт, то до антенны дойдет всего 6 Вт:

Для иллюстрации преобразуем это значение в ватты:

  • Для работы в УКВ диапазоне с учетом влияния кривизны поверхности земли и препятствий требуется мощность передатчика не менее 2 Вт
  • Для стационарных радиостанций требуемая мощность возрастает до за счет потерь в фидерах и комбайнерах
  1. Долуханов М.П. Распространение радиоволн. — М.:Связь, 1972. -336 с.
  2. Фальковский О.И. Техническая электродинамика. Учебник для вузов связи. — М.:Связь , 1978. — 432 с.
  3. Как рассчитать радиолинию. Юрий ПИСАРЕВ, Павел СОЛОВЬЕВ
  4. Оценка пригодности радиолиний вне помещений. М.С.Елькин
  5. Зона Френеля. Евгений Рудченко
  6. Зоны Френеля.

Другие параметры радиопередающих устройств:

Диапазон излучаемых частот в передатчиках устройств мобильной связи Очень важной характеристикой радиопередающего устройства является диапазон излучаемых частот. Для организации подвижной радиосвязи в УКВ диапазоне.
https://digteh.ru/UGFSvSPS/DiapPrdFr/

Побочные излучения электромагнитных волн При формировании радиосигнала очень важно, чтобы весь спектр излучаемого сигнала был сосредоточен в пределах полосы частот, выделенных для данного радиоканала.
https://digteh.ru/UGFSvSPS/maska/

Автор Микушин А. В. All rights reserved. 2001 . 2020

Предыдущие версии сайта:
http://neic.nsk.su/

Об авторе:
к.т.н., доц., Александр Владимирович Микушин

Кандидат технических наук, доцент кафедры САПР СибГУТИ. Выпускник факультета радиосвязи и радиовещания (1982) Новосибирского электротехнического института связи (НЭИС).

А.В.Микушин длительное время проработал ведущим инженером в научно исследовательском секторе НЭИС, конструкторско технологическом центре «Сигнал», Научно производственной фирме «Булат». В процессе этой деятельности он внёс вклад в разработку систем радионавигации, радиосвязи и транкинговой связи.

Научные исследования внедрены в аппаратуре радинавигационной системы Loran-C, комплексов мобильной и транкинговой связи «Сигнал-201», авиационной системы передачи данных «Орлан-СТД», отечественном развитии системы SmarTrunkII и радиостанций специального назначения.

Источник