Меню

Как определить расстояние передатчика 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.

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



О дальности радиосвязи

Дальность радиосвязи – это величина максимального расстояния, на котором возможно осуществление радиосвязи между приёмником и передатчиком с заданными параметрами качества. Так трактуется это определение во многих учебниках и справочниках.

    Дальность радиосвязи является переменной величиной
    и не относится к постоянным техническим характеристикам оборудования.
Читайте также:  Потери мощности менее 1

Для определения дальности действия рации в идеальных условиях на поверхности Земли в прямой видимости при отсутствии помех и любых видов другого излучения используют формулу:

Формула расчёта дальности радиосвязи

Где:
L – дальность радиосвязи (м);
R – радиус Земли (6371000 м);
H1 – высота установки первой антенны (м);
H2 – высота установки второй антенны (м).

На дальность действия рации оказывает влияние сразу целый ряд внешних факторов: различный рельеф местности, солнечная активность, создающая радиацию и помехи, атмосферные явления типа высокой ионизации атмосферы, метеорологическая обстановка и погода, влажность, грозы, искривление поверхности земли, любые препятствия (деревья, холмы, здания и сооружения), частотный диапазон радиосигнала и даже время суток.

Помимо внешних факторов, каждый приёмопередатчик имеет комплекс собственных технических параметров, которые также влияют на дальность связи радиостанции . В первую очередь это мощность передатчика. Зависимость дальности связи от мощности передатчика пропорциональна четвёртой степени.

Это означает, что для увеличения дальности связи в два раза мощность передатчика необходимо увеличить в четыре раза. Для увеличение дальности в четыре раза — мощность потребуется увеличить в шестнадцать раз и так далее.

Данные расчёты оптимальны для идеальных условий прямой видимости, при появлении любых указанных выше внешних факторов эта цифра становится ещё больше. По этой причине мощность рации и дальность связи хоть и зависят друг от друга, но не являются ключевым фактором, влияющим на радиус действия рации.

Следующим фактором, относящимся к техническим характеристикам приёмопередающего устройства, является чувствительность приёмника.

Дальность радиопередачи обратно пропорциональна квадратному корню из числового значения чувствительности. Это означает, что значение чувствительности должно быть как можно меньшим. Радиостанция с чувствительностью 0,2 мкВ будет более увереннее и чище принимать сигнал, чем радиостанция с чувствительностью 0,5 мкВ. Поэтому на общую зону покрытия радиосвязью влияет не только мощность передачи, но и дальность приёма рации.

Не секрет, что для любой рации необходима антенна, которая не только оказывает большое влияние на радиус действия радиостанций, но и является одним из самых важных компонентов любой системы связи наряду с приёмопередающей аппаратурой. Ключевыми значениями являются высота её установки над землёй, конструкция и согласованность с радиостанцией.

Чем выше расположена антенна над уровнем земли, тем меньше дополнительные потери. Это связано с тем, что идеальное распространение сигнала происходит в свободном пространстве, поэтому, чем выше будет поднята антенна, тем меньше будет величина затухания сигнала и влияние внешних факторов на дальность действия радиостанции. Отсюда можно сделать вывод, что высота расположения антенны прямо пропорциональна возможной дальности связи.

Конструктивные особенности антенны также оказывают большое влияние на дальность радиостанции. Для обеспечения работоспособности антенн и повышения их характеристик применяются антенно-фидерные устройства – АФУ . Применение качественных АФУ, их профессиональное применение и монтаж позволяют использовать весь потенциал антенны и увеличить дальность радиостанции. К антенно-фидерным устройствам относятся коаксиальные и соединительные кабели, разъёмы, переходники, адаптеры и разнообразные согласующие аксессуары. Так например, антенна и приёмо-передающее устройство соединяются между собой с помощью фидера и разъёмов. Фидер представляет собой линию связи, обладающую высокими показателями электрогерметичности и малым коэффициентом тепловых потерь. В радиотехнике в качестве фидера используется коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом.

В режиме передачи волновое сопротивление фидера согласовано с входным сопротивлением антенны, это обеспечивает в фидере режим бегущей волны и с выходом передатчика для максимальной отдачи мощности. В режиме приёма согласование входа приёмника с волновым сопротивлением фидера обеспечивает в последнем режиме бегущей волны, согласование же волнового сопротивления фидера с сопротивлением нагрузки — условие максимальной отдачи мощности в нагрузку приёмника.

Опираясь на вышеизложенную информацию и на тест раций на дальность, который неоднократно проводился как с портативными, так и с мобильными радиостанциями, можно судить о средних величинах радиуса действия раций в городе и в сельской местности. Повторим, что приведённые на схематичном изображении цифры являются средними показателями и могут отличаться не только в разных городах, но и в разных районах одного и того же города, однако дают представление о том, на какую примерную дальность УКВ радиостанций можно рассчитывать, общаясь на безлицензионных каналах пешком, на автомобиле или в случае, если рация используется в качестве базовой с высоко установленной антенной.

Читайте также:  Мощность двигателя стелс 600

Средняя дальность радиосвязи

К особенностям работы портативных раций относится сильное влияние на них высоких сооружений, таких как железобетонные стены зданий. В связи с этим дальность связи носимых радиостанций лучше там, где преобладают лёгкие перекрытия и прямая видимость. Чтобы снизить влияние толстых сооружений и увеличить радиус рации, необходимо использование дополнительных устройств — ретрансляторов. Все способы увеличения дальности раций подробно описаны в статье >>» target=»_blank» href=»/content/articles/o-radiosvyazi/uvelichenie-dalnosti-radiosvyazi/»>«Увеличение дальности радиосвязи». Современные технологичные решения позволяют существенно увеличить дальность портативных радиостанций.

При работе с базовыми станциями нередко бывают случаи, что абонент с портативной рацией слышит диспетчера, а диспетчер его нет. Это связано с тем, что мощность и высота расположения портативной рации недостаточна для двусторонней связи. Чтобы повысить дальность связи между носимой и стационарной радиостанцией в прямом канале, необходимо заменить антенну на портативной рации, что может существенно повысить дальность передачи.

Если мы рассматриваем дальность автомобильной рации, а именно между двумя транспортными средствами, то она, опять же, может меняться в зависимости от положения обоих автомобилей даже во время движения. Если в густонаселённом городе связь будет небольшой, то после того как машины окажутся на шоссе, дальность связи значительно возрастёт. Так например, дальность связи для автомобильной радиостанции Такт 201 может достигать 15 километров по трассе. Автомобильные рации, радиус действия которых недостаточен, также можно настроить на работу через ретрансляторы. Для Си-Би раций можно использовать усилители, которые значительно увеличат дальность передачи сигнала.

В городе со сложной инфраструктурой много помех, которые существенно ограничивают дальность раций. Наиболее сильные помехи возникают вблизи линий электропередач, троллейбусов, трамваев или электропоездов. Также фактором помех являются сами по себе работающие автомобили и их внутренние схемы питания.

Выбрать рацию с большой дальностью – задача несложная, главное выяснить, в каких условиях необходима радиосвязь. Порой простая рация обеспечивает дальность от 3 до 20 км, а иногда самая дорогая работает лишь на несколько сотен метров. При выборе рации дальнего действия важно учитывать прежде всего внешние факторы и условия использования. Надеемся, наша статья поможет Вам сделать правильный выбор надёжного средства связи.

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:

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.

Читайте также:  Мощность передаваемая валом формула

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.

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