CC BY
151
ки, замкнут одним концом на противоположную боковую стенку.
3
2
1
/ 1\ к
' / \ \ 1
\ \ 1
\
1
ha 2hd ha
Рис. 1. Продольное сечение полоскового резонатора: 1 - диэлектрик; 2 - полосковые проводники; 3 - металлический корпус-экран
0 -20 -40
w
и
21 -60 -80 -100 -120
1 I I I I I I I I I I
0 123456789 10 / ГГц
Рис. 2. Измеренная частотная характеристика и фотография макета фильтра
Для подтверждения перспективности применения предложенного резонатора в технике СВЧ был изготовлен макет четырехрезонаторного фильтра на его основе. Двухслойная подложка макета фильтра была выполнена из материала RT/Duroid толщиной Иа = 0.2 мм, имеющего диэлектрическую проницаемость ег = 3.4 и диэлектрические потери tg5 и 0.002. Подложка имеет размеры 12x38 мм2. Все полосковые
проводники резонаторов имеют ширину w = 3 мм. Длина проводников внутренних резонаторов равна ls= 9 мм, а длина проводников наружных резонаторов - ls = 9.25 мм. Толщина воздушных зазоров между диэлектрической подложкой и стенками металлического корпуса равна ha = 3.5 мм. Зазор между соседними внутренними резонаторами составлял <S1 = 6,5 мм, а между внутренним и наружным резонатором - S2 = 5,75 мм. Измеренная амплитудно-частотная характеристика изготовленного макета представлена на рис. 2, здесь же на вставке приведена фотография устройства.
Фильтр имеет относительную ширину полосы пропускания Af/f0 ~ 5% по уровню -3 дБ с центральной частотой f = 1 ГГц и полосу заграждения, простирающуюся до 10.5 f по уровню -100 дБ. Минимальные потери в полосе пропускания составляют около 3 дБ.
Таким образом, в работе предложена миниатюрная конструкция трехпроводного полоскового резонатора на двухслойной подвешенной подложке, позволяющая создавать полосно-пропускающие фильтры с рекордно широкой и глубокой полосой заграждения.
Библиографические ссылки
1. Lin S.-C., Deng P.-H., Lin Y.-S., Wang C.-H., Chen C. H. // IEEE Trans. Microwave Theory and Techniques.
2006. Vol. 54, № 3. P. 1011-1017.
2. Tyurnev V. V. // Progress In Electromagnetics Research B. 2010. Vol. 21. P. 47-67.
3. Chen Y.-M., Chang S.-F., Chang C.-C., Hung T.-J. // IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques.
2007. Vol. 55, № 10. P. 2191-2199.
4. Belyaev B. A., Serzhantov A. M., Tyurnev V. V., Leksikov A. A. //Microwave and Optical Technology Letters. 2012. Vol. 54, № 5. P. 1117-1118.
© Иванин В. В., Шокиров В. А., 2013
УДК 621.371.3
С. И. Иконников Научный руководитель - В. Г. Сомов Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
АНАЛИЗ ФАКТОРОВ ВЛИЯЮЩИХ НА КАЧЕСТВО РАДИОСВЯЗИ ПРИ РАСПРОСТРАНЕНИИ РАДИОВОЛН В НЕСТАЦИОНАРНОЙ ДИСПЕРГИРУЮЩЕЙ АНИЗОТРОПНОЙ СРЕДЕ
Представлен анализ особенностей распространения электромагнитных волн в ионосфере при организации КВ-радиосвязи. Показано влияние многолучевости на амплитуду и фазу принимаемого сигнала. Также рассмотрены частотная и пространственно-временная структуры активных помех в данном диапазоне радиоволн и фокусирующие свойства среды.
Коротковолновая радиосвязь отличается сложностью и нестационарностью условий распространения радиоволн в неоднородной диспергирующей анизотропной среде и помеховых ситуаций.
Характерным для КВ радиоканала является замирание сигнала. В ионосферном канале составляющие
сигнала распространяются по нескольким путям. Во-первых, в пункте приема обнаруживаются лучи, которые распространяются путем многократного или однократного отражения. Во- вторых, сигнал излучается передающей антенной в пределах ширины диаграммы направленности (ДН), следовательно, можно считать,
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
что на ионосферу падает не один луч, а пучок подлу-чей, которые достигают приемной антенны с различными амплитудами и фазами. В-третьих, к многолучевой интерференции излучения приводит среда распространения с крупномасштабной и мелкомасштабной неоднородными структурами. Многолучевость при высоких скоростях работы и обычных видах манипуляции ограничивает возможности повышения надежности связи путем увеличения мощности передатчика. Если разность хода лучей сравнима с длительностью отдельно взятого элемента, то прием информации осуществляется по лучу, который имеет в данный момент наибольший уровень, а при переходе с одного луча на другой происходит рассинхрониза-ция по циклам, что приводит к потере отдельных знаков сообщения. Многолучевость с большой разностью хода лучей приводит к интерференции элементов сообщения, приходящих в точку приема разными лучами, и сигналы в лучах с меньшим уровнем в этом случае играют роль аддитивных помех.
Различают быстрые и медленные замирания [1]. Основной причиной быстрых замираний сигнала является многолучевое распространение радиоволн, которое приводит к интерференционным замираниям. В данном случае амплитуду принимаемого сигнала можно оценить из соотношения [2]:
А 2[1 + cos (Дф)] ,
где Д - разность фаз.
Легко видеть, что вариации разности фаз приводят к вариациям амплитуды принимаемого сигнала. Для изменения фазы волны на 180° достаточно, чтобы длина пути изменилась на /2, т. е. на 5...50 м [1; 3]. Такие незначительные изменения длины пути распространяющейся волны, могут происходить непрерывно, следовательно, колебания напряженности электрического поля в диапазоне коротких волн являются частыми и глубокими.
Важной характеристикой замираний является закон распределения огибающей амплитуды. Быстрые замирания хорошо описываются законом распределения Релея.
Помимо быстрых замираний, при распространении радиоволн наблюдаются медленные замирания, причиной которых является изменение поглощения радиоволн в ионосфере. Распределение огибающей амплитуды сигнала при медленных замираниях подчиняется нормально-логарифмическому закону при стандартном отклонении порядка 8дБ [4].
При ионосферном распространении радиоволн в ионосфере возникают замирания сигналов, вероятность появления которых существенно превышает ожидаемое распределение амплитуды в соответствии с релеевским законом. Данные подрелеевские замирания хорошо описываются распределением Накага-ми. Анализ, проведенный в работе, позволяет сделать вывод, что существенный вклад в флуктуации амплитуды принимаемого сигнала вносят эффекты фокусирования (дефокусирования) радиоволн, распространяющихся в ионосферной плазме.
Показано, что вне точки фокуса увеличение амплитуды сигнала достигает 5...7 дБ при отражении радиоволны от Г слоя и порядка 4 дБ при отражении от Е слоя. В зоне фокуса увеличение амплитуды сигнала составляет 10...15 дБ и может достигать величины 27 дБ. На неоднородностях ионосферы увеличение амплитуды сигнала составляет 4.9 дБ. При передаче сообщения на трассах до 3 000 км увеличение амплитуды сигнала за счет фокусирования на горизонте составляет 8 дБ, при угле излучения около нуля градусов и не превышает 5 дБ при угле излучения порядка 10°.
Эффект фокусирования радиоволн может приводить к значительному увеличению уровня принимаемого сигнала, что имеет важное практическое значение при организации КВ радиосвязи.
Кроме интерференционных замираний сигнала, в КВ диапазоне волн имеют место поляризационные замирания. Причиной поляризационных замираний является поворот плоскости поляризации волны при распространении её в анизотропной, неоднородной среде в направлении силовых линий магнитного поля Земли. Поляризационные замирания наблюдаются реже интерференционных в 10.15 % всех случаев [1], однако их учет при организации связи имеет явно выраженную практическую направленность.
Анализ частотной и пространственно - временной структуры активных помех показал, что практически в любом частотном канале могут присутствовать 3... 4 источника пространственно сосредоточенных помех, действующих с боковых направлений приема. Установлено, что подавление мощных активных помех эффективно в случае реализации алгоритмов нестационарной пространственной фильтрации, когда интервал перенастройки пространственного фильтра равен времени пространственной стационарности сигналов активных помех коротковолнового диапазона волн.
При некогерентном приеме сообщений вероятность ошибки зависит от отношения сигнал/помеха на входе демодулятора следующим образом [5]:
Рош = 0,5 ехр (-кН2/ М) при Н2 >> 1,
где М - параметр вида манипуляции (для амплитудной телеграфии (АТ): М = 4; для частотной телеграфии (ЧТ): М = 2; для относительной фазовой телеграфии (ОФТ): М = 1); к - коэффициент энергетических потерь, который зависит от качества демодулятора; Н2 - отношение энергии активного элемента сообщения к спектральной плотности мощности шума:
Н2 = А2/2у2¥ ,
где А - амплитуда полезного сигнала; V - скорость
2
манипуляции; V - спектральная плотность мощности шума на входе демодулятора.
Таким образом, повысить достоверность передачи дискретных сообщений возможно, если принять меры к увеличению отношения сигнал / шум. Увеличение отношение сигнал/шум может быть достигнуто:
1. Повышением мощности радиопередающего устройства (что не всегда целесообразно).
2. Построением высокоэффективных адаптивных систем помехозащиты.
3. Использованием фокусирующих свойств среды распространения.
Из сказанного следует, что комплексный учет особенностей распространения радиоволн в нестационарной диспергирующей анизотропной среде и их использование при разработке адаптивных способов и алгоритмов к изменяющимся условиям распространения позволит существенно повысить качество передачи дискретных сообщений по ионосферному каналу.
Библиографический ссылки
1. Грудинская Г. П. Распространение радиоволн. М. : Высшая школа, 1975. 279 с.
2. Нургожин Б. И. О боковом падении радиоволны на крупномасштабные неоднородности ионосферы // Геомагнетизм и аэрономия. 1972. Т. 12. № 4. С. 761.
3. Долуханов М. П. Распространение радиоволн. М. : Связь, 1972. 335 с.
4. Калинин А. И., Черенкова Е. Л. Распространение радиоволн и работа радиолиний. М. : Связь, 1971. 439 с.
5. Хазан В. Л. Математические модели дискретных каналов связи декаметрового диапазона радиоволн : учеб. пособие. Омск, ОмГТУ, 1998. 106 с.
© Иконников С. И., 2013
УДК 621.372.543.2
А. М. Ковалев Научный руководитель - Д. Ю. Пономарев Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
РАЗРАБОТКА ИНФОКОММУНИКАЦИОННОЙ СЕТИ НА ОСНОВЕ ПИКОСПУТНИКОВ
Предложена архитектура построения инфокоммуникационной сети на основе пикоспутников, которая в перспективе предоставит возможность предоставления мультимедийных услуг связи абонентам в любой точке мира, независимо от их территориального местоположения. Использование технологии VSAT в данном проекте позволит обеспечить высокоскоростной доступ к сетям передачи данных даже в самых отдаленных от коммуникаций местностях. Главным преимуществом работы является разгрузка наземных сетей и перенос маршрутизации основных потоков трафика на орбиту.
С развитием инфокоммуникационных технологий все устройства связи становятся всё более мобильными - телефоны, смартфоны, ноутбуки, планшеты и прочие гаджеты уже просто не могут обойтись без постоянного доступа в интернет. Естественно встает вопрос организации повсеместного высокоскоростного доступа к сетям передачи данных. Дабы унифицировать сеть, что не менее актуально, проектируется именно мультисервисная сеть. Таким образом проект подразумевает сеть передачи данных, функциями которой является обеспечение передачи трех видов трафика - аудио, видео, данные.
В качестве основной архитектуры выбрана трехуровневая иерархическая структура [1], подразумевающая распределение устройств сети по трем основным уровням (см. рисунок): базовому уровню (ядро сети), уровню распределения (агрегации), уровню доступа. Основными преимуществами такой структуры являются: надежность, высокая скорость соединения, высокий уровень безопасности. Надежность достигается за счет использования топологии типа «кольцо» (с возможностью каскадного соединения колец) на базовом уровне и возможно на уровне агрегации. Данная топология является наиболее надежной в сравнении с другими, за счет возможности организации обходных маршрутов в аварийных ситуациях. Высокие скорости соединения достигаются применением высокопроизводительного оборудования и равномерным распределением трафика на уровне агрегации. Безопасность обеспечивается стандартными процедурами.
Иерархическая структура сети
Уровень ядра - это наиболее производительная часть сети, находится на самом верху представленной иерархии и отвечает за надежность и скорость передачи больших объемов данных. Единственная задача уровня ядра - обеспечить быструю и надежную обработку информационных потоков. Трафик, передаваемый через ядро, является общим для подавляющего большинства пользователей. Сами пользовательские данные обрабатываются на уровне агрегации, который при необходимости перенаправляет запросы к уровню ядра.
Данный уровень маршрутизации будут обеспечивать крупногабаритные спутники на геостационарных орбитах. Это спутники, подобные существующим спутникам телевещания. Основное принципиальное
