Распространение в прямой видимости - Line-of-sight propagation

Распространение прямой видимости на антенну

Распространение в прямой видимости это характеристика электромагнитное излучение или акустический распространение волн Это означает, что волны распространяются по прямому пути от источника к приемнику. Электромагнитный коробка передач включает световое излучение, путешествующее в прямая линия. Лучи или волны могут быть дифрагированный, преломленный, отражаются или поглощаются атмосферой и препятствиями с материалом и, как правило, не могут перемещаться по горизонт или за препятствиями.

В отличие от распространения по прямой видимости, при Низкая частота (ниже примерно 3МГц ) из-за дифракция, радиоволны может путешествовать как земные волны, которые повторяют контур Земли. Это позволяет AM радио станции для передачи за горизонт. Кроме того, частоты в коротковолновый диапазоны примерно от 1 до 30 МГц, могут отражаться обратно на Землю ионосфера, называется небесная волна или «пропустить» распространение, тем самым давая радиопередачи в этом диапазоне потенциально глобальный охват.

Однако на частотах выше 30 МГц (УКВ и выше) и на более низких уровнях атмосферы, ни один из этих эффектов не является значительным. Таким образом, любое препятствие между передающей антенной (передатчик ) и приемная антенна (получатель ) заблокирует сигнал, как и свет что глаз может почувствовать. Следовательно, поскольку способность визуально видеть передающую антенну (без учета ограничений разрешения глаза) примерно соответствует способности принимать от нее радиосигнал, характеристика распространения на этих частотах называется «прямой видимостью». Самая дальняя возможная точка распространения называется «радиогоризонтом».

На практике характеристики распространения этих радиоволн существенно различаются в зависимости от точной частоты и мощности передаваемого сигнала (функция как передатчика, так и характеристик антенны). Трансляция FM Радио, работающее на сравнительно низких частотах около 100 МГц, меньше подвержено влиянию зданий и лесов.

Ухудшение распространения в пределах прямой видимости

Объекты внутри Зона Френеля могут нарушить прямую видимость, даже если они не блокируют геометрическую линию между антеннами.

Маломощный микроволновая печь передатчики могут быть заблокированы ветвями деревьев или даже сильным дождем или снегом. Присутствие объектов вне зоны прямой видимости может вызвать дифракционные эффекты, нарушающие радиопередачу. Для наилучшего распространения объем, известный как первый Зона Френеля не должно быть препятствий.

Отраженное излучение от поверхность окружающей земли или соленой воды также может подавлять или усиливать прямой сигнал. Этот эффект можно уменьшить, подняв одну или обе антенны дальше от земли: уменьшение потерь известно как рост.

Смотрите также Распространение вне прямой видимости для получения дополнительной информации об ухудшении распространения.

Важно учитывать кривизну Земли при расчете путей прямой видимости по картам, когда прямое визуальное исправление невозможно. Ранее использовавшиеся конструкции для микроволновой печи⁴⁄₃ радиус земли для расчета зазоров вдоль пути.

Мобильные телефоны

Хотя частоты, используемые мобильные телефоны (сотовые телефоны) находятся в зоне прямой видимости, они все еще работают в городах. Это стало возможным благодаря комбинации следующих эффектов:

• ​¹⁄_р ⁴ распространение по ландшафту крыши^{[требуется разъяснение ]}
• дифракция в "уличный каньон" внизу
• многолучевость отражение на улице
• дифракция через окна и ослабленный проход через стены в здание
• отражение, дифракция и ослабленный проход через внутренние стены, полы и потолки внутри здания

Сочетание всех этих эффектов делает среду распространения мобильных телефонов очень сложной, с многолучевость эффекты и обширные Замирание Рэлея. Для услуг мобильной связи эти проблемы решаются с помощью:

• размещение базовых станций на крыше или на холме
• много базовые станции (обычно называемые «сотовыми сайтами»). Телефон обычно видит не менее трех, а обычно до шести в любой момент времени.
• «секторные» антенны на базовых станциях. Вместо одной антенны с всенаправленный зона покрытия, станция может использовать всего 3 (сельские районы с небольшим количеством клиентов) или до 32 отдельных антенн, каждая из которых покрывает часть кругового покрытия. Это позволяет базовой станции использовать направленную антенну, которая направлена ​​на пользователя, что улучшает сигнал-шум. Если пользователь перемещается (например, пешком или на автомобиле) от одного сектора антенны к другому, базовая станция автоматически выбирает подходящую антенну.
• стремительный передать между базовыми станциями (роуминг)
• радиосвязь, используемая телефонами, представляет собой цифровую связь с обширным исправление и обнаружение ошибок в цифровом протоколе
• достаточная работа мобильного телефона в туннелях при поддержке раздельных кабельных антенн
• местные повторители внутри сложных транспортных средств или зданий

А Клетка Фарадея состоит из проводника, который полностью окружает область со всех сторон, сверху и снизу. Электромагнитное излучение блокируется там, где длина волны больше, чем любые промежутки. Например, сигналы мобильных телефонов блокируются в металлических корпусах без окон, которые напоминают клетку Фарадея, таких как кабины лифтов и части поездов, автомобилей и кораблей. Та же проблема может повлиять на сигналы в зданиях с большой стальной арматурой.

Две станции, находящиеся вне зоны прямой видимости, могут связываться через промежуточное соединение. ретранслятор станция.

Радиогоризонт

В радиогоризонт это локус точек, на которые прямые лучи от антенна касаются поверхности Земли. Если бы Земля была идеальной сферой без атмосферы, радио горизонт будет кругом.

Радиогоризонт передающей и приемной антенн можно складывать вместе, чтобы увеличить эффективную дальность связи.

Распространение радиоволн зависит от атмосферных условий, ионосферное поглощение, а также наличие препятствий, например гор или деревьев. Простые формулы, учитывающие влияние атмосферы, дают диапазон как:

${ displaystyle mathrm {horizon} _ { mathrm {nmi}} приблизительно 1,23 cdot { sqrt { mathrm {height} _ { mathrm {feet}}}}.}$

${ displaystyle mathrm {горизонт} _ { mathrm {km}} приблизительно 3,57 cdot { sqrt { mathrm {height} _ { mathrm {meter}}}}}$

Простые формулы дают наилучшее приближение максимального расстояния распространения, но их недостаточно для оценки качества обслуживания в любом месте.

Выпуклость Земли и эффект атмосферы

Земляная выпуклость это термин, используемый в телекоммуникации. Это круговой сегмент земного профиля, который блокирует связь на большие расстояния. Поскольку геометрическая линия обзора проходит на разной высоте над Землей, распространяющаяся радиоволна встречает несколько иные условия распространения по трассе. Обычный эффект снижения давления атмосферы с высотой заключается в том, что радиоволны изгибаются вниз к поверхности Земли, эффективно увеличивая радиус Земли и расстояние до радиогоризонта примерно в несколько раз.⁴⁄₃.^[1] Эта k-фактор может отличаться от среднего значения в зависимости от погоды.

Геометрическое расстояние до горизонта

р это радиус Земли, час - высота передатчика (преувеличено), d расстояние прямой видимости

Предполагая идеальную сферу без неровностей местности, расстояние до горизонта с большой высоты передатчик (т. е. линия прямой видимости) может быть легко вычислена.

Позволять р быть радиусом Земли и час быть высотой телекоммуникационной станции. Расстояние прямой видимости d этой станции дается теорема Пифагора;

${ displaystyle d ^ {2} = (R + h) ^ {2} -R ^ {2} = 2 cdot R cdot h + h ^ {2}}$

Поскольку высота станции намного меньше радиуса Земли,

${ displaystyle d приблизительно { sqrt {2 cdot R cdot h}}}$

Если высота указана в метрах, а расстояние - в километрах,^[2]

${ displaystyle d приблизительно 3,57 cdot { sqrt {h}}}$

Если высота указана в футах, а расстояние - в законных милях,

${ displaystyle d приблизительно 1,23 cdot { sqrt {h}}}$

Отраженное расстояние до горизонта

Приведенный выше анализ не учитывает влияние атмосферы на путь распространения радиочастотных сигналов. Фактически, РЧ-сигналы не распространяются по прямым линиям: из-за преломляющих эффектов атмосферных слоев пути распространения несколько искривлены. Таким образом, максимальная дальность действия станции не равна прямой видимости (геометрической). Обычно фактор k используется в приведенном выше уравнении, измененное на

${ displaystyle d приблизительно { sqrt {2 cdot k cdot R cdot h}}}$

k > 1 означает геометрически уменьшенную выпуклость и больший диапазон обслуживания. С другой стороны, k <1 означает более короткий диапазон обслуживания.

При нормальных погодных условиях k обычно выбирается^[3] быть⁴⁄₃. Это означает, что максимальный диапазон обслуживания увеличивается на 15%.

${ displaystyle d приблизительно 4,12 cdot { sqrt {h}}}$

для час в метрах и d в километрах; или

${ displaystyle d приблизительно 1,41 cdot { sqrt {h}}}$

для час в футах и d в милях.

Но в ненастную погоду k может уменьшиться, чтобы вызвать угасание в трансмиссии. (В крайних случаях k может быть меньше 1.) Это эквивалентно гипотетическому уменьшению радиуса Земли и увеличению выпуклости Земли.^[4]

пример

В нормальных погодных условиях радиус действия станции на высоте 1500 м относительно приемников на уровне моря можно найти как:

${ displaystyle d приблизительно 4,12 cdot { sqrt {1500}} = 160 { mbox {км.}}}$

Смотрите также

• Аномальное распространение
• Напряженность поля в свободном пространстве
• Эффект лезвия ножа
• Мультилатерация
• Распространение вне прямой видимости
• Загоризонтный радар
• Радиальный (радио)
• Рицианское увядание, стохастическая модель распространения прямой видимости
• Наклонный диапазон

использованная литература

• Эта статья включаетматериалы общественного достояния от Администрация общих служб документ: «Федеральный стандарт 1037С». (в поддержку MIL-STD-188 )

внешние ссылки

• http://web.telia.com/~u85920178/data/pathlos.htm#bulges
• Статья о важности прямой видимости для приема в диапазоне УВЧ
• Уровни затухания через крышу
• Аппроксимация 2-лучевой модели с использованием биномиальных рядов Мэтью Базаджяна