- •Анализ электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств
- •Оглавление
- •10. Описание антенных устройств в задачах эмс 198
- •11. Оценка потерь на трассах распространения 223
- •12. Критерии оценки эмс 261
- •13. Организационные методы обеспечения эмс 289
- •Список использованных сокращений
- •Введение
- •1. Проблема эмс и причины ее появления
- •Основные понятия и определения
- •Причины появления проблемы эмс
- •Последствия отсутствия эмс и особенности изучения проблемы эмс рэс
- •2. Источники и рецепторы электромагнитных помех (эмп)
- •Классификация эмп по связям с источником помехи и некоторые их характеристики
- •2.1.1. Естественные эмп.
- •Чувствительность некоторых полупроводниковых приборов к электростатическому разряду
- •2.1.2. Искусственные эмп
- •Рецепторы эмп. Внутрисистемная и межсистемная эмс
- •Пути проникновения помех. Виды помех в электрических цепях
- •3. Измерение параметров эмс технических средств
- •Измерение кондуктивных помех и восприимчивости к ним
- •Измерение помех излучения и восприимчивости к ним
- •4. Технические методы подавления и защиты от помех
- •Экранирование
- •Фильтрация
- •Заземление
- •5. Радиочастотный спектр и его использование
- •Радиочастотный спектр и диапазоны частот
- •Диапазоны частот электромагнитных колебаний
- •Основные понятия, связанные с использованием рчс
- •Регулирование использования рчс в Российской Федерации
- •Стандартизация и международная кооперация в области эмс
- •6. Общий подход к анализу и обеспечению эмс
- •Требования к методам анализа эмс
- •Анализ параметров эмс систем на стадии разработки
- •Анализ внутрисистемной и межсистемной эмс рэс
- •Основные направления по решению проблемы эмс
- •7. Описание излучений радиопередатчиков в задачах эмс
- •Виды излучений радиопередатчиков
- •Основное и внеполосное сигнальное излучения
- •7.2.1. Класс излучения
- •7.2.2. Параметры и модели основного и внеполосных излучений
- •Границы областей внеполосных излучений относительно центральной частоты основного излучения в зависимости от диапазона рабочих частот передатчика и необходимой ширины полосы частот
- •Точки излома спектральной маски для рис. 7.2
- •Точки излома масок спектров, представленных на рис. 7.3
- •Параметры модели (7.1)
- •Побочные излучения радиопередатчиков
- •Параметры модели (7.9)
- •Предельные значения мощности побочных излучений в контрольной полосе
- •Шумовые излучения передатчика
- •Параметры эмпирической модели, представленной выражением (7.10)
- •8. Описание радиоприемных устройств в задачах эмс
- •Общие характеристики радиоприемных устройств, определяющие их совместимость с окружением
- •Основной канал приема радиоприемника и его описание
- •Побочные каналы приема и их описание
- •Параметры модели (8.9)
- •Оценка коэффициента частотной коррекции
- •Результаты расчета относительной расстройки частоты Δp
- •9. Нелинейные эффекты в приемопередающей аппаратуре и их оценка в задачах эмс
- •Анализ нелинейных явлений в каскадах радиоаппаратуры
- •Компрессия сигнала в радиоприемнике. Параметры, определяющие динамический диапазон приемника по основному каналу приема
- •Эффект блокирования радиоприемного устройства. Основные параметры, характеристики и методы их измерения
- •Перенос шумов гетеродина
- •9.4.1. Фазовый шум генератора
- •9.4.2.Перенос шумов гетеродина
- •Интермодуляция
- •9.5.1. Порядок интермодуляции. Наиболее опасные порядки интермодуляции
- •9.5.2. Интермодуляция в радиоприемных устройствах. Параметры, связанные с эффектом интермодуляции
- •9.5.3. Интермодуляция в радиопередатчиках
- •9.5.4. Точка пересечения и расчет уровней интермодуляционных продуктов на нелинейном элементе
- •9.5.5. Измерение и расчет точек пересечения
- •9.5.6. Динамический диапазон приемника по интермодуляции и связь параметров нелинейности
- •9.5.7. Оценка мощности интермодуляционных продуктов с использованием точки пересечения
- •Перекрестные искажения
- •Оценка нелинейных явлений в задачах эмс рэс
- •9.7.1. Оценка эффекта блокирования рпу
- •Представление функции Pb(X) при оценке эффекта блокирования
- •Характеристики блокирования приемников некоторых цифровых систем связи
- •9.7.2.Оценка уровней интермодуляционных продуктов в радиопередатчиках
- •Параметры эмпирической модели (9.66)
- •9.7.3. Оценка интермодуляции в радиоприемниках
- •Границы частотных интервалов для анализа нелинейных эффектов в приемнике
- •Эмпирические модели для оценки эффекта интермодуляции в радиоприемниках
- •9.7.4. Оценка перекрестных искажений
- •10. Описание антенных устройств в задачах эмс
- •Некоторые общие сведения о характеристиках антенн
- •Особенности описания антенных устройств в задачах эмс
- •Детерминированное описание диаграмм направленности антенн
- •10.3.1. Дна в области рабочих частот.
- •10.3.2. Дна на нерабочих частотах
- •Параметры диаграмм направленности за пределами диапазона рабочих частот антенн.
- •Статистическое описание диаграмм направленности антенн
- •Параметры функции f(g) для области бокового усиления
- •Потери в антенно-фидерном тракте и потери рассогласования
- •Учет поляризационных характеристик антенн и сигналов
- •Ослабление мешающих сигналов при несовпадении поляризации с приемной антенной
- •Ближняя зона
- •11. Оценка потерь на трассах распространения
- •Общие положения
- •Модели для оценки потерь на трассах распространения и цифровые карты местности
- •Графические модели
- •Аналитические модели
- •Расчетные соотношения, используемые в классической модели Хата
- •Расчетные соотношения, используемые в модели cost 231 Хата
- •Расчетные соотношения, используемые в модифицированной модели Хата
- •Среднеквадратическое отклонение (ско) потерь на трассах распространения
- •Оценка потерь на дифракцию
- •11.5.1. Зоны Френеля.
- •11.5.2. Дифракция на клине
- •11.5.3. Дифракция на цилиндре
- •12. Критерии оценки эмс
- •Рабочие характеристики и оценка качества работы рэс
- •12.2. Виды рабочих характеристик рэс различного назначения
- •12.3. Критерии эмс
- •Защитные отношения для систем тв (625 строк), работающих в соседнем канале
- •Защитные отношения для аналоговых каналов звукового сопровождения тв
- •Защитные отношения для цифровых каналов звукового сопровождения тв, дБ
- •Защитные отношения по совмещенному каналу для некоторых современных систем связи, дБ
- •Защитные отношения для некоторых современных систем связи в зависимости от расстройки помехи, дБ
- •12.4. Моделирование процессов управления мощностью передатчиков в сетях сухопутной подвижной связи
- •13. Организационные методы обеспечения эмс
- •13.1. Частотно-территориальное планирование
- •13.2. Управление параметрами радиосигналов
- •13.3. Радиоконтроль и его роль в управлении использованием радиочастотного спектра и обеспечения эмс
- •Заключение
- •Список литературы
- •Анализ электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств
- •197376, С.- Петербург, ул. Проф. Попова, 5
Модели для оценки потерь на трассах распространения и цифровые карты местности
Модели, используемые для оценки потерь на трассах распространения, делят на статистические и детерминистские.
Статистические модели получают на основе обработки результатов экспериментальных измерений. Статистические модели могут быть графическими, когда результаты измерений представлены графиками, которые отражают зависимость напряженности поля от расстояния от передатчика при определенных условиях, или аналитическими. В последнем случае модели представляют собой набор формул для расчета потерь на трассе распространения с указанием условий применения каждой формулы. Модели могут быть эмпирико-статистическими или полуэмпирическими. Эмпирико-статистические модели часто получают, используя линейную регрессию результатов измерений. Полуэмпирические модели основываются на теоретической модели, которую модифицируют в соответствии с результатами измерений для определенных условий распространения. Статистические аналитические модели, представленные формулами, позволяют получить оценку медианного значения, так называемых базовых или основных потерь. Базовые или основные потери – это потери между изотропными антеннами.
Большинство статистических аналитических моделей описывается выражением вида
L = A+B lg (d),
где L – основные медианные потери на трассе распространения, дБ; А и В – параметры, зависящие от высот подъема антенн передатчика и приемника и частоты сигнала.
Для каждой аналитической модели характерны свои значения параметров А и В и свои условия применимости. При фиксированных высотах передающей и приемной антенн и фиксированной частоте излучения затухание на трассе распространения в статистической аналитической модели зависит только от расстояния от передатчика (источника излучения) и, как правило, не зависит от направления, в котором распространяется электромагнитная волна. Хотя сегодня существуют статистические аналитические модели, которые, например, для городских условий учитывают направление распространения радиоволн по отношению к направлению улиц. Статистические модели дают удовлетворительный прогноз, если применяются в условиях достаточно близких к тем, в которых набирались экспериментальные данные для модели. В противном случае необходима калибровка параметров А и В аналитической модели.
Детерминистские модели являются теоретическими моделями. Детерминистские модели основаны на учете влияния рельефа местности и препятствий на каждом конкретном направлении распространения электромагнитной волны и местных условий в точке приема. При определении потерь на трассе распространения и напряженности поля в интересующих точках территории во внимание принимается путь лучей, приходящих от передатчика в эти точки. При этом необходима информация о рельефе местности вдоль трассы распространения радиосигнала, а для городских условий еще и информация о застройке территории (высоте зданий, их расположении, ширине улиц и т. п.).
При расчете потерь на трассе распространения с помощью статистических моделей возможно, а при расчете с помощью детерминистских моделей необходимо использование цифровых карт местности (ЦКМ).
По способу организации данных ЦКМ делят на матричные и векторные.
В матричных ЦКМ оцифровка рельефа и типов подстилающей поверхности производится квадратами NN м2, где величина N может составлять от 1м до 1000м. Такое представление картографической информации неудобно для решения задач оценки потерь на трассах распространения, и поэтому при их решении используются векторные ЦКМ.
В векторных ЦКМ оцифровка производится так, что информация хранится в виде описания изолиний, например, кривых равных высот. Информация делится на однородные смысловые части. Каждая часть представлена в виде отдельного слоя карты.
При использовании ЦКМ для оценки потерь в городе и за его пределами карта должна иметь минимум два слоя:
– слой линий высоты уровня местности;
– слой застройки с указанием типа застройки (городская, пригородная, сельская), очертаний кварталов или отдельных зданий и, желательно, свойств строительных материалов (касающихся отражения и поглощения электромагнитных волн).
При выполнении более точных расчетов в ЦКМ добавляют:
– слой водоемов;
– слой лесных массивов с указанием типа и высоты леса, плотности расположения деревьев;
– слой дорог и спецмагистралей (ЛЭП, линий связи и т. п.);
– слой, содержащий данные о почвах, и т. п.
Работа с цифровыми картами местности при частотно-территориальном планировании РЭС и при оценке их ЭМС осуществляется с помощью геоинформационных систем (ГИС). Геоинформационная система представляет собой совокупность компьютерных средств и программного обеспечения, которые позволяют поддерживать, анализировать и показывать все виды географических и пространственных объектов, а также другие данные, связанные с ними. ГИС позволяет выполнять сложные пространственные операции над множеством объектов и над данными, связанными с этими объектами. ГИС является хранилищем картографической информации, необходимой для выполнения расчетов ЭМС и частотно-территориального планирования сетей связи и РЭС.
В настоящее время для задач автоматизированного проектирования сетей мобильной радиосвязи и оценки ЭМС РЭС наряду с другими ГИС достаточно широкое применение находит геоинформационная система MapInfo, разработанная фирмой Mapping Information Systems Corporation в начале 90-х годов прошлого века. MapInfo обладает рядом достоинств, которые позволяют использовать ГИС в различных информационных системах. MapInfo может работать в различных вычислительных средах и располагает обширными средствами геоинформационного анализа и отображения данных на карте. Встроенный язык MapBasic, который существует также в виде отдельного программного продукта, позволяет программировать сложные алгоритмы частотно-территориального планирования и оценки ЭМС.
Подробные описания рассматриваемых ниже математических моделей, используемых для оценки потерь на трассах распространения, можно найти не только в Рекомендациях МСЭ, но и в литературе, посвященной методам расчета радиотрасс и электромагнитных полей в системах связи, например в [81].