Моделирование канала коротковолновой радиосвязи

Напряженность электрического поля шума в точке приема определяется в соответствии с рекомендациями МСЭ-R P.372-9 [3]. Основными видами шума в КВ диапазоне являются промышленные помехи, атмосферные помехи за счет удаленных грозовых разрядов и галактический шум. Тепловые шумы в этом диапазоне вносят незначительный вклад и их можно не учитывать.

По предлагаемой ниже методике рассчитывается отношение сигнал/шум на входе приемника в заданной точке приема для заданного времени года и времени суток. На основе полученного отношения сигнал/шум производится моделирование канала КВ радиосвязи для заданной трассы и заданного времени работы.

Расчет отношения сигнал/шум на входе приемника

Отношение с/ш обычно обозначается , и вычисляется по формуле:

где Р_с – мощность сигнала на входе приемника;

Р_п – мощность шума (помехи) на входе приемника.

Зная напряженность поля сигнала в точке приема Е_с и параметры приемной антенны, по формулам, приведенным в [2], можно определить напряжение сигнала U_с на входе приемника:

(1)

где F(φ) – функция направленности антенны в вертикальной плоскости;

R_a – волновое сопротивление антенны;

R_f – волновое сопротивление фидера;

– действующая длина антенны,

где F_max – максимальное значение функции направленности.

Соответственно мощность сигнала будет определяться по формуле:

Напряжение помехи рассчитывается по формулам, приведенным в [3] для симметричного полуволнового вибратора в свободном пространстве, то есть, без учета влияния земли. Поскольку в качестве приемной антенны у нас используется симметричный вибратор с характеристиками от полуволнового до волнового и высотой подвеса h=λ/2, диаграмма направленности которого отличается от диаграммы направленности полуволнового вибратора в свободном пространстве, нужно определить коэффициент для пересчета напряжения шума. Для этого сравним диаграммы направленности полуволнового и волнового симметричных вибраторов.

Функция направленности симметричного вибратора, находящегося в свободном пространстве в плоскости, проходящей через ось вибратора записывается в виде [2]:

(2)

где k=2π/λ – волновое число;

– длина плеча вибратора в частях длины волны λ;

α – угол в радианах, отсчитываемый от оси вибратора.

Поскольку для полуволнового симметричного вибратора =λ/4, то для него функция направленности запишется:

(3)

Максимальное значение F(α)_λ/2max=1 при α=π/2.

Функцию направленности в плоскости, перпендикулярной оси вибратора можно записать:

(4)

Для волнового симметричного вибратора =λ/2 и функция направленности будет иметь вид:

(5)

Максимальное значение F(α)_λmax=2 при α=π/2.

Функцию направленности в плоскости, перпендикулярной оси вибратора можно записать:

(6)

Влияние земли на диаграмму направленности антенны учитывают с помощью формулы [2]:

(7)

где k_o – коэффициент отражения от земли, примем k_o=1;

h=λ/2 – высота подвеса антенны;

β – сдвиг фаз между антенной и ее зеркальным отражением, для горизонтальных антенн β=180^о;

φ₁ – угол, отсчитываемый от вертикали.

Тогда

(8)

После перехода к дополнительному углу φ=90^о-φ₁, отсчитываемому от поверхности земли, будем иметь:

(9)

Тогда функции направленности полуволнового и волнового вибраторов в вертикальной плоскости можно записать:

(10)

      (11)

Максимальные значения этих функций будут F(φ)_λ/2max=2 и F(φ)_λmax=4, при двух значениях углов φ=30^о и φ=150^о.

Максимальные значения функций направленности в плоскости вибратора и в плоскости перпендикулярной оси вибратора должны быть равны. Если максимальное значение функции направленности в плоскости перпендикулярной оси вибратора увеличилось в

раз, то и в плоскости проходящей через ось вибратора и расположенной под углом к горизонту, соответствующему максимальному значению функции направленности в плоскости перпендикулярной оси вибратора, максимальное значение

увеличилось в

раз. Поэтому, функции направленности в плоскости проходящей через ось вибратора и расположенной под углом

φ

=30

^о

к горизонту, то есть плоскости, проходящей через середину одного из двух лепестков диаграммы направленности, нужно пересчитать по формулам:

(12)

                                          (13)

В дальнейшем приведенные выше функции направленности (12) и (13) будем считать функциями диаграммы направленности в горизонтальной плоскости.

Мощность помехи, приходящей с некоторого направления под углами α и φ будет определяться по формуле:

(14)

где U_п – напряжение помехи на входе приемника;

– действующая длина антенны;

R_a – волновое сопротивление антенны;

R_f – волновое сопротивление фидера;

E_п – напряженность поля помехи в точке приема;

– коэффициент пропорциональности;

– функция направленности антенны;

– нормированная функция направленности антенны;

F_max – максимальное значение функции направленности антенны.

Будем считать, что помеха принимается антенной со всех направлений верхней полусферы с одинаковой интенсивностью, фазы случайны и равновероятны. Тогда мощность принимаемых помех будет суммой элементарных мощностей ΔР_п, то есть интегралом по полусфере:

(15)

где

(16)

где

– нормированная функция направленности в горизонтальной плоскости;