Открытые интервалы РРЛ

Оглавление

1. Профиль трассы…………………………………………………………………..2

1.1. Открытые интервалы РРЛ………………………………………………...7

1.2. Полуоткрытые и закрытые интервалы РРЛ……………………………14

2. Особенности расчета трасс в городских условиях…………………………...21

Профиль трассы

Профиль трассы отображает вертикальный разрез местности между соседними радиорелейными станциями со всеми высотными от­метками, включая строения, лес и т.д. На профиле трассы необхо­димо указывать водные поверхности: реки, болота, водохранилища. Построение продольных профилей производится с помощью топографических карт после предварительного выбора трассы. Первоначально используют карты масштаба 1:100000 и 1:50000. В дальнейшем отдельные участки трассы, включая критические точки, места установки станций вблизи населенных пунктов и пр. уточняются по картам более крупного масштаба (1:25000, 1:10000 и т.д.) или непосредственно на местности. В настоящее время для построе­ния профилей интервалов РРЛ используется также метод аэрофо­тосъемки. На практике для удовлетворительных расчетов трасс точность построения профилей на критических участках должна быть не хуже ±3 м. Ниже указаны возможные средние ошибки, в метрах, из-за неточности карт различного масштаба.

Таблица 1. Возможные ошибки.

Предельные ошибки не превышают удвоенной величины сред­ней ошибки. Метод аэрофотосъемки в большинстве случаев дает погрешности не более ±3 м.

Для удобства при построении профилей используется пара­болический масштаб. Профили строят в прямоугольных координа­тах, откладывая расстояния не по дуге окружности, как в дей­ствительности, а по оси абсцисс, а высоты - не по радиусам, а по оси ординат. В этом случае линия, изображающая на профи­ле уровень моря или другой условный нулевой уровень, имеет вид параболы (см. рис. 1).

Рис. 1. Профиль трассы

, (1)

где , (2)

- относительная координата заданной точки;

- расстояние до текущей точки;

а - геометрический радиус Земли.

Обычно профили трасс строят для геометрического радиу­са Земли а =6370км, т.е. при g =0. При построении профиля трассы высотные отметки, взятые с карты, откладываются от условного нулевого уровня. На профиле наносят все местные предметы. Зная высоты подвеса передающей и приемной антенн, проводят линию AВ, соединяющую точки расположения передающей антенны А и приемной антенны В (см. рис. 1).

Просветом Н называют расстояние между линией AB и профилем трассы. Просвет определяют в наиболее высокой точке профиля (рис. 1) или в точке отражения на достаточно ровных трассах. Встречаются интервалы РРЛ, где необходимо определять два просвета, в наиболее высокой точке и в точке отражения.

Просвет считается: положительным, когда ли­ния AB проходит выше наиболее высокой точки; отрица­тельным, когда эта линия пересекает профиль трассы. Если наиболее высокая часть профиля трассы покрыта лесом, то величина просвета Н определяется относительно верхушек де­ревьев, ибо лес для ультракоротких волн является непрозрач­ным препятствием.

При изменении рефракции, т.е. значений g, меняется прос­вет на трассе Н(g). В зависимости от величины просвета, трас­сы подразделяются на следующие:

1. Открытые, для которых

Н(g) Н₀, (3)

где H₀ - просвет, соответствующий полю свободного простран­ства

, (4)

k - относительная координата точки, в которой определя­ется просвет

, (5)

R₁ - расстояние до препятствия (см. рис. 1). Величина Н₀ может определяться по номограмме рис. 2.

2. Полуоткрытые, для которых

Н_о>Н(g)>0. (6)

3. Закрытые, для которых

H(g)<0. (7)

Рис. 2 Номограмма для определения Н₀

Открытые интервалы РРЛ

На открытых интервалах РРЛ в точку приема кроме прямой волны могут приходить одна или несколько волн, отра­женных от земной поверхности (рис. 1). Точка отражения опре­деляется равенством углов скольжения θ между касательными к профилю в данной точке с прямыми, проведенными из этой точки в пункты передачи и приема. На практике точки отражения удобно определять по методу зеркальных отражений:

1) проводится предполагаемая отражающая плоскость (на рис. 1 прямая MN);

2) определяется положение мнимого источника волны в точке К по равенству высот AМ и МК;

3) проводится прямая КВ. Ее пересечение с прямой MN определяет положение точки отражения С.

В действительности отраженная волна формируется участком земной поверхности, охватывающим точку отражения. Размеры этой зоны, имеющей форму вытянутого вдоль трассы эллипса, определя­ются из табл. 3 и по формулам: (20), (21).

На практике можно встретить интервалы РРЛ с одной (рис. 1) и с несколькими точками отражения. Встречаются и такие случаи, когда отраженная волна при некоторых значениях g может экранироваться неровностями рельефа.

При одной отраженной волне модуль множителя ослабления рассчитывается по интерференционной формуле

, (8)

где Ф - модуль коэффициента отражения от земной поверхности, зависящий от характера рельефа местности и от угла скольжения

, (9)

H(g) -просвет на трассе с учетом рефракции

, (10)

, (11)

k - относительная координата точки отражения,

𝛾- сдвиг фаз между интерферирующими волнами,

, (12)

∆r - разность хода между интерферирующими волнами,

, (13)

β - фаза коэффициента отражения.

При малых углах θ β=π и

, (14)

где р(g) - относительный просвет на трассе при заданном значении g

, (15)

где Н₀ - определяют по формуле (4) или по номограмме рис. 2, Н(g) - определяется формулой (10), ∆Н(g) - по формуле (11) или по номограмме рис. 3.

При р(g) >1 наблюдается интерференционная картина поля. График зависимости V от р(g) приведен на рис. 4. Интерференционные максимумы имеют место, если

, (16)

где m_и =1,2,3... - номер максимума. Значение модуля множите­ля ослабления в m_и -ом интерференционном максимуме

, (17)

где Ф_m - модуль коэффициента отражения, для m_и -ого максимума.

Интерференционные минимумы имеют место при

, (18)

где n_и =1,2,3... номер минимума.

Значение модуля множителя ослабления в n_и -ом минимуме

, (19)

где Ф_n - модуль коэффициента отражения для n_и -ого минимума. Величина V_n резко зависит, от Ф_n, особенно при Ф_n→ 0.

Из-за сложности и многообразия природных условий невозможно определить коэффициент отражения Ф достаточно точно.

Ориентировочные средние значения Ф для различных видов отражающих поверхностей, полученные при углах скольжения 10′-30′, указаны в табл. 2. Значения Ф претерпевают временные изменения из-за волнения водной поверхности, травяного покрова и т.д. В малых процентах времени они могут быть боль­ше.

Таблица 2. Усредненные значения коэффициентов отражения.

^* - с учетом коэффициента расходимости.

Рис. 3 Номограмма для определения ∆H(g)

Рис. 4 Зависимость V от р(g) и μ

Таблица 3. К расчету коэффициента отражения

Номер интер­ференцион­ного миниму­ма
Протяженность плоского участка трассы х	0,38R	0,28R	0,23R	0,2R	0,18R	0,17R

При к 0,5 значения x уменьшаются и определяются по формуле

(20)

Например, при к =0,1 и n_и =1: х =0,15 R.

Максимальная требуемая протяженность плоского участка в перпендикулярной трассе направлении несоизмеримо меньше

(21)

2. Ориентировочно плоским можно считать участок трассы, на котором высота неровностей земной поверхности ∆h удовлетво­ряет условию

(22)

3. При отражении от покрытого лесом или пересеченного участка трассы, где ∆h>∆h_макс можно пользоваться значениями Ф из табл. 2, учитывающими диффузный характер отражения.

4. Если отраженная волна экранируется неровностями земной поверхности, лесом и строениями, при всех значениях g вплоть до критической величины gкр =-31,4*10^-8 1/м, т.е. H(g_кр)<H₀, то величину Ф можно принимать равной нулю. В этом случае H(g_кр) и H₀ определяются координатной вершины экранирующего препятствия и рассчитываются по фор-лам (4), (10).

5. Если отраженная волна, ослаблена диаграммой направленности антенн (за счет углов и , см. рис. 1), то это эквивалентно уменьшению коэффициента отражения

(23)

Значения F_ПД(α₁) и F_ПМ(α₂) в дБ определяются из диаграмм направленности антенн. Например, если F_ПД(α₁) + F_ПМ(α₂) =-6дБ, то Ф₃ =0,5 Ф.

6. Если отражающая поверхность выпуклая и гладкая, то

, (24)

где D - коэффициент, расходимости, учитывающий уменьшение модуля коэффициента отражения за счет расхождения пучка волн при отражении от сферической поверхности Земли. Расчет коэф­фициента расходимости с учетом геометрии трассы производится по формуле

(25)

или в интерференционных минимумах

(26)

где l_r=r/R; α_∆y=∆y/H₀; (27)

r и Δy - хорда и высота сегмента аппроксимирующей сферы, определяющие радиус этой сферы (рис. 1). При определе­нии D величину r можно выбирать примерно равной раз­меру отражающей области Х, указанной в табл. 3 и формуле (20). После определения точки отражения проводится высота Δy и хорда r, которая откладывается на профиле трассы как расстояние между точками пересечения препятствия с линией, параллельной АВ. Величина Δy находится непосредствен­но из профиля трассы (см. рис. 1).

Формула (26) справедлива при значениях р(0), l, k и n_И, дающих положительное подкоренное выражение. Иногда при расчете оказывается, что D> 1. Это соответствует отраже­нию от вогнутой поверхности, которая получается из выпуклой за счет трансформации профиля трассы при уменьшении g. В таких случаях имеется не расходимость, а, наоборот, сходимость отраженных волн, т.е. отраженные волны могут фокусироваться, что увеличивает коэффициент отражения. Однако, для простоты расчетов приближенно можно принимать D 1.