4.2.4. Определение необходимых высот подъёма антенн стационарных радиостанций

При определении высот подъёма антенн стационарных радиостанций ЦДП и ПСЧ, необходимых для обеспечения заданной дальности радиосвязи с самой удалённой ПЧ, следует пользоваться графическими зависимостями напряжённости поля полезного сигнала от расстояния между антеннами для различных значений высот подъёма антенн. Эти графические зависимости приведены в приложении 2 (рис.1) и представляют собой медианные значения напряжённости поля, превышаемые в 50% мест и 50% времени. Графики приведены для вертикальной поляризации антенн и условий распространения радиоволн в полосе частот 140-174 МГц [3].

Расчет проводится исходя из минимально допустимого значения напряжённости поля с учётом влияния рельефа местности, выходной мощности передатчика, затухания антенно-фидерных трактов передатчика и приёмника, коэффициентов усиления передающей и приёмной антенн, величины превышения допустимого уровня мешающих сигналов определяется по формуле [2]:

Е_ср = Е_мин + В_осл + Е_дп + ∆Е_доп – В_м – G₁ – G₂. (8)

При расчёте условий обеспечения заданной дальности радиосвязи минимальное значение напряжённости поля полезного сигнала Е_мин берется равным 20 дБ (соотношение сигнал/шум определяется техническими характеристиками радиостанций) [3].

Графики напряжённости поля приведены для среднепересечённой местности (параметр рельефа местности ∆h=50м). Среднепересечённой считается такая местность, на которой среднее колебание отметок высот не превышает 50 м. В случае отличия рельефа местности от среднепересечённого необходимо ввести дополнительный коэффициент ослабления сигнала (В_осл), значения которого для полосы частот 140-174 МГц приведены в таблице 3 [2].

В точке приема возможно действие помех (атмосферных и промышленных). При одновременной работе близко расположенных радиостанций, работающих в различных радиосетях (на различных несущих частотах), возникает проблема обеспечения их электромагнитной совместимости, т.е. проблема обеспечения совместной работы радиостанций без взаимных мешающих влияний. Результаты экспериментальных исследований приёмопередатчиков стационарных и возимых радиостанций показали, что для обеспечения заданного качества и надёжности радиосвязи (заданного отношения сигнал/шум на выходе низкочастотного тракта приёмника) в случае повышения допустимого уровня мешающего сигнала требуется пропорциональное увеличение уровня полезного сигнала на входе приёмника. Таким образом, для обеспечения радиосвязи с заданным качеством и надёжностью (при заданной в контрольной работе величине превышения допустимого уровня мешающего сигнала ∆Е_доп) необходимо минимальную величину напряжённости поля Е_мин увеличить на величину ∆E_доп (т.е. на то же число децибел). Поэтому при расчетах берется запас помехоустойчивости к внешним помехам, величина которого определяется электромагнитной обстановкой в районе, где «прокладывается» радиолиния, и, как правило, задается в пределах от 5 до 20 дБ. В этом случае обеспечивается устойчивая радиосвязь.

Таблица 3

Зависимость коэффициента ослабления сигнала (Восл) от рельефа

Кроме того, всегда есть дополнительные потери (Е_дп), обусловленные целым комплексом причин, включая ослабление сигнала в соединительных разъемах, потери из-за несовпадения поляризации антенн (Е_пот) и т.п. Величина Е_пот составляет порядка 2-5 дБ. Кроме того, при использовании внешних антенн, подключаемых к радиооборудованию с помощью коаксиальных кабелей, необходимо знать длину кабелей (l) и величину погонного затухания (β) в них, выражаемого в дБ/м (приложение 6). Результирующее затухание в кабелях добавляется к величине Е_дп:

Е_дп = Е_пот + β₁ l₁ + β₂ l₂^.

В_м – поправочный коэффициент, величина которого принимается равной 0 дБ в случае использования радиостанций, имеющих мощность передатчика Р_пер = 10 Вт. В случае отличия мощности излучения передающей антенны от 10 Вт необходимо пользоваться графиком, приведённым в приложении 2 (рис. 2). Этот график представляет собой значения поправочного коэффициента В_м, дБ, учитывающего изменение излучаемой мощности Р_пер от 1 до 100 Вт в зависимости от типа применяемых радиостанций [2].

Коэффициент усиления антенн достаточно значимая величина при расчете энергетических параметров радиолинии, т.к. имеет двойной эффект: на передаче и на приеме. Коэффициент усиления антенны показывает, насколько уровень наводимого в ней сигнала превышает уровень сигнала на эталонной антенне. В качестве эталонной антенны принимают полуволновый вибратор или изотропную антенну (полностью ненаправленная антенна, имеющая пространственную диаграмму направленности в виде сферы). В связи с тем, что данный параметр является относительной величиной, то производители антенного оборудования, указывая коэффициент усиления антенны, не дают ссылку относительно какого эталона приведены техническая характеристика. Для расчетов коэффициенты усиления антенн принимаем равным 1,5 дБ [3].

Пример: Рассчитываем напряженность поля сигнала исходя из имеющихся данных без учета затухания сигнала в антенно – фидерном тракте:

Е_ср = Е_мин + В_осл + ∆Е_доп – В_м – G₁ – G₂ = 20 + 8 + 3 – 0 – 1,5 – 1,5 = 28 дБ.

По заданному удалению ПЧ от ЦДП (заданной дальности радиосвязи 24 км) и расчетной величине напряженности поля сигнала с помощью графиков осуществляется выбор необходимой кривой. Для данных условий высоты стационарных антенн должны размещаться: ЦДП h₁ ≈ 13 м и удалённой ПЧ h₂ ≈ 8 м ((h₁ ∙ h₂) = 104 м²).

Затухание сигнала в кабеле (при β₁ = β₂ = 0,08 дБ/м) составит:

Е_дп = β₁ l₁ + β₂ l₂ = 0,08  13 + 0,08  8 = 1,7 дБ.

Затухание сигнала в кабеле при передаче составляет около 1 дБ, что приводит к уменьшению мощности излучения сигнала в передающей антенне приблизительно на 2 Вт.

Повторно проводится расчет напряжённости поля полезного сигнала на входе приёмника для новых условий:

Е_ср = 20 + 8 + 1,7 + 3 – 0 – 1,5 – 1,5 ≈ 30 дБ.

По заданной дальности радиосвязи и новой расчетной величине напряженности поля сигнала с помощью графиков делается вывод, что при данных условиях минимальная высота установки антенн составляет: для ЦДП h₁ ≈ 15 м и удалённой ПЧ h₂ ≈ 10 м ((h₁ ∙ h₂) =150 м²).

С помощью изложенного выше алгоритма расчёта, определяется максимальная дальность радиосвязи между ЦДП и пожарными автомобилями. При расчете высот установки антенн, а также дальности радиосвязи с автомобилями следует учитывать, что высота поднятия антенн не равна длине фидерной линии.

Выводы: В результате проведения расчетов определены: (перечисляются результаты расчетов с рекомендациями).

Заключение

В методических указаниях представлены рекомендации выполнения курсовой работы по дисциплине «Автоматизированные системы управления и связь» с подробными примерами. Это позволяет студентам освоить теоретический материал, получить практические знания и навыки выполнения инженерных расчетов.

Библиографический список

1. Автоматизированные системы управления и связь: учебн. пособие / сост: С.А. Сазонова, С.А. Колодяжный, Е.А. Сушко; Воронежский ГАСУ. - Воронеж, 2014. - 168 с.

2. Зыков, В.И., Коробков В.В., Мосягин А.Б., Нечаев Д.Ю. Методические указания на курсовое проектирование по дисциплине «Автоматизированные системы управления и связь» / В.И. Зыков, В.В. Коробков, А.Б. Мосягин, Д.Ю. Нечаев. – М.: Академия ГПС МЧС России, 2003. – 74с.

3. Шаровар, Ф.И. Автоматизированные системы управления и связь в пожарной охране / Ф.И. Шаровар. – М.: Радио и связь, 1987. – 304с.

4. Безопасность жизнедеятельности: учебник для бакалавров / Я.Д. Вишняков [и др.]; под общ. ред. Я.Д. Вишнякова. - 4-е изд., перераб. и доп. - М. Издательство Юрайт, 2013. - 543 с. - Серия: Бакалавр. Базовый курс.

5. Мастрюков, Б.С. Безопасность в чрезвычайных ситуациях: учеб. для студ. высших учеб. заведений / Б.С. Мастрюков. - 5-е изд., стер. - М.: Издательский центр "Академия", 2008. - 336 с.

6. Овсяник А. И., Седнев В. А., Лысенко И. А. и др. Организация защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций. Учебник / А. И. Овсяник, В.А. Седнев, И.А. Лысенко и др.. – М.: Академия ГПС МЧС России, 2010. – 278 с.

7. Приказ МВД России от 30.06.2000г. № 700 "Об утверждении Наставления по службе связи ГПС МВД России".

8. Приказ МЧС России от 10.09.2002г. № 428 "Об утверждении Концепции развития единых дежурно-диспетчерских служб в субъектах РФ".

9. Приказ МЧС России от 02.12.2002г. № 553 "Об утверждении плана создания единых дежурно-диспетчерских служб на базе телефонного номера «01»".

10. Электронная библиотечная система «КнигаФонд». [Электронный ресурс]. – (http://www.knigafund.ru/).

11. Электронная библиотечная система «IT-книга». [Электронный ресурс]. – (http://www.it-kniga.com/).

12. Электронная библиотечная система «ibooks.ru». [Электронный ресурс]. – (http://ibooks.ru/).

13. Университетская библиотека он-лайн. [Электронный ресурс]. – (http://www.biblioclub.ru/).

14. Электронно-библиотечная система IQlib.ru – электронные учебники и учебные пособия. [Электронный ресурс]. – (http://www.iqlib.ru/).

Приложение 1

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Воронежский государственный архитектурно-строительный университет»

Кафедра пожарной и промышленной безопасности

Курсовая работа

по дисциплине

«Автоматизированные системы управления и связь»

Вариант:

Выполнил студент_____________________________

(Ф.И.О.,

_____________________________

№ группы)

Научный руководитель:

Оценка: __________________

Роспись: _________________

Воронеж (год)

Приложение 2

Рис. 1. Зависимости средних значений напряженности электромагнитного поля