CC BY
58
УДК 621.371.3
АНАЛИЗ ИЗМЕРЕННЫХ И РАССЧИТАННЫХ НАПРЯЖЁННОСТЕЙ ПОЛЯ РАДИОВОЛН УКВ ДИАПАЗОНА
А.И.Агарышев1, В.Г.Власов2, В.Л.Куклин3
Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
На основе анализа измеренных и рассчитанных напряжённостей поля радиоволн УКВ диапазона показана более высокая точность двухлучевой модели формирования поля по сравнению с известной формулой Введенского. Ил. 4. Табл. 2. Библиогр. 6 назв.
Ключевые слова: ультракороткие радиоволны; напряжённость поля; коэффициенты отражения; радиосвязь; телевидение.
THE ANALYSIS OF MEASURED AND RATED INTENSITIES OF THE FIELD OF ULTRASHORT RADIOWAVES A.I.Agaryshev, V.G.Vlasov, V.L.Kuklin
Irkutsk State Technical University 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074
Based on the analysis of measured and rated intensities of the ultrashort radiowaves field the authors show higher accuracy of a double-beam model of the field formation in comparison with the well-known Vvedenskiy's formula. 4 figures. 2 tables. 6 sources.
Key words: ultrashort radiowaves; field intensity; reflection coefficients; wireless; television.
Введение. При проектировании радиотехнических систем, использующих диапазон ультракоротких волн (УКВ) длиной А= 1-10 м для радиосвязи и телевидения, необходимы расчёт напряженности поля УКВ (Е). С этой целью широко используют приближенную формулу Введенского, которая следует из двухлучевой модели формирования поля УКВ [1]. Согласно этой модели значения Е рассчитывают как результат интерференции прямых и отражённых от Земли лучей с учётом их амплитуд и фаз. При этом необходимы аналитические выражения для модулей Рв, Рг и фаз фв, фг комплексных коэффициентов отражения УКВ от поверхности Земли при вертикальной и горизонтальной поляризации поля радиоволны. Эти выражения получены ниже с учётом углов отражения Y (рис. 1), проводимости а и диэлектрической проницаемости £ почвы.
Цель статьи - разработка вопросов применения двухлучевой модели формирования поля УКВ и анализ точности расчётов напряжённостей поля УКВ с использованием этой модели и формулы Введенского по результатам измерений уровней телевизионных радиосигналов.
1. Алгоритм расчёта напряжённости поля УКВ для двухлучевой модели. Выражения для комплексных коэффициентов отражения радиоволн вертикальной и горизонтальной поляризации имеют вид [2]:
R в =
R г =
sK sin у - -Js к - cos - у
sK sin Y + sjsK - cos " y
л/
sin y - л/sK - cos y
sin y + -\fs K - cos " y
где ек = е - ]60!э. Определять Рв, Рг и фв, фг можно по известным графикам Берроуза [1], но пользоваться этими графиками для больших объёмов расчётов крайне неудобно. С целью получения аналитических выражений для Рв, Рг и фв, фг обозначим А=£-соs2Y, В= -60бА.Тогда:
= VА 2 + В 2 • еj'2 = |С| •
где |С| = \1Л2 + В2 , ф = arctg
j Ф > 2
R в
в.
A '
D л/С j 'Фф
s + jB-snY-e 2 ij\c\
sin y
D JC\ j ' ф s + jB !-• e 2
sin y
C, ^ =
sin y
s-C,cos^ + j f в - C,sin^
s + C, cosф + jf B-Cisin^
R
1s_
R
2 в
, jФв •
1Агарышев Анатолий Иванович, доктор физико-математических наук, профессор кафедры радиоэлектроники и телекоммуникационных систем, старший научный сотрудник, тел.: (3952)405129.
Agaryshev Anatoliy Ivanovich, a doctor of physical and mathematical sciences, a professor of the Chair of Radio Electronics and Tele-communicational Systems, a senior research worker, tel.: (3952)405129.
2Власов Валерий Георгиевич, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой математики. Vlasov Valeriy Georgievich, the head of the Chair of Mathematics of Irkusk State Technical University, a doctor of mathematical sciences, a professor.
3Куклин Владимир Львович, аспирант. Kuklin Vladimir Lvovich, a postgraduate.
Таблица 1
Рассчитанные по формуле Введенского (Ев) двухлучевой модели (Е) напряжённости поля и ре-
Канал f, Мгц Направление Ев,мВ/м Еэ,мВ/м Е,мВ/м Еэ/Ев Еэ/Е
1 48.5 Ангарск 14,6/14,6 14,0 13,1/13,1 0,95/0,95 1,07/1,07
Оёк 14,6/21,9 14,0 13,1/19,1 0,95/0,64 1,07/0,73
Шелехов 14,6/14,6 10,2 13,1/13,1 0,69/0,69 0,78/0,78
Листвянка 14,6/21,9 17,6 13,1/19,1 1,20/0,81 1,34/0,92
3 88 Ангарск 44,2/44,2 72,4 38,9/38,9 1,64/1,64 1,86/1,86
Оёк 44,2/66,3 32,4 38,9/56,3 0,73/0,48 0,83/0,58
Шелехов 44,2/44,2 50,1 38,9/38,9 1,13/1,13 1,29/1,29
Листвянка 44,2/66,3 27,2 38,9/56,3 0,62/0,41 0,69/0,48
11 217 Ангарск 50,4/42,6 10,5 38,4/34,4 0,21/0,25 0,27/0,30
Оёк 50,4/63,9 56,2 38,4/44,1 0,11/0,08 0,15/0,13
Шелехов 50,4/42,6 12,8 38,4/34,4 0,25/0,31 0,33/0,37
Листвянка 50,4/63,9 19,72 38,4/44,1 0,39/0,31 0,51/0,45
К
s-C cos— 1 2
^
+
B-C sin— 1 2
К
s+Ccos— 1 2
B+C sin—
1 2
ф = arctg -
B-C sin—
J_2 -
s-C cos— 1 2
arctg
B+C sin— J_2;
s+C cos— 1 2
■ C J —
n sin Y - VC e 2
К = . r- j— =
sin y + vC e 2
sin Y-yfCcos—- iy[C sin —
=_____2 J _=
sin y + VC co^ + jy/C sin — Л 2 J 2
a1 = yfc cos—— = sin y-a1 - jb1 =
a sin — [ sin Y + a1 + jb1
1 2 J
i, = -Ji sin y - a, )2 + b,2 • e - j • arctg —-1
* ^ ' pm 11
jy/C s
R
1г
R
2 г
jФ
e г ;
Rl =
sin y - a1
R 2 г =
Jisin y - a1 )2 + bj2 • e - j • arctg-b-
11 sin y + a1
R =
г
(sin y - a^) + b12
\2 о
sin y + a1) + b1
г
= - arctg -
sin y - a1
- - arctg -
sin y + a1
Затем рассчитанные значения Rв, Rг и фв, фг используются в расчётах модулей напряжённостей поля УКВ в соответствии с выражениями из работ [1,3] , что позволяет учитывать сферичность Земли на основе алгоритма расчёта угла отражения Y, предложенного в работе [3].
Рис. 1. Формирование поля УКВ при сложении прямого (АВ) и отражённого от поверхности Земли (АСВ) лучей
2. Программа для расчётов напряжённостей поля УКВ. Разработанный алгоритм расчёта напряжённости поля УКВ реализован в среде программирования Delphi 7. Окно ввода данных в разработанную программу приведено в работе [4], где задаются коэффициенты затухания волны в фидере между передатчиком и передающей антенной, длина фидера, коэффициент бегущей волны в фидере, измеренное значение напряжённости поля. В программу можно вводить эффективные значения радиусов Земли, что согласно [1] позволит учитывать эффекты преломления УКВ в тропосфере. Программа рассчитывает геометрические параметры прямого и отраженного лучей в соответствии с рис. 1, т.е. дальности прямого и отражённого лучей, угловые характеристики этих лучей, необходимые для учёта диаграмм направленности передающей и приёмной антенн, напряжённости полей для прямых и отражённых лучей, модуль напряжённости поля суммы этих лучей с учётом их фаз, напряжённость поля по формуле Введенского.
3. Анализ результатов измерений и расчетов. Методики измерений напряженностей поля УКВ, выполненных в окрестности Иркутского областного ра-
I 1.1 I 1.1
0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1
1
11 и И к
Ангарск
Шелехов Листвянка
Шелехов Листвянка
Ангарск Оёк Шелехов Листвянка Ангарск 0|
а) б) в)
Рис. 2. Отношения измеренных и рассчитанных напряжённостей поля для расстояния 12 км
шш
¿Ангарск Оёк Шелехов Листвянка Ангарск
||
1у
Шелехов Листвянка
ШёЛёЖОБ Листвянка
Шш
Анг^эск
Шелехов Листвянка
а)
б)
Рис. 3. Отношения измеренных и рассчитанных напряжённостей поля для расстояния 24 км
Ангарск
Шелехов Листвянка
а)
Ангарск
Шелехов Листвянка
б)
Рис. 4. Отношения измеренных и рассчитанных напряжённостей поля для расстояния 36 км
диотелепередающего центра (ИОРТПЦ), изложены в работе [5], где приведены также исходные данные для расчётов этих напряжённостей. Измерения проводились на разных расстояниях от ИОРТПЦ при приёме радиосигналов передатчиков 1,3,5,11 телевизионных каналов.
В отличие от работы [5] мощности передатчиков умножались на коэффициент 0.327, учитывающий уменьшение мощности излучения реального сигнала по сравнению с мощностью, которая реализуется для экрана телевизора чёрного цвета. Отличие от работы [5] также в расчётах полей горизонтальной поляризации, излучаемых типовыми телевизионными антеннами. Ещё одно отличие заключается в задании высот приёмной антенны 1л2 по топографическим картам. Пример сравнения результатов измерений и расчетов напряжённостей поля УКВ с учётом (курсив) и без учёта высот даёт табл. 1, откуда видно, что напряжённости поля УКВ, рассчитанные по двухлучевой модели меньше рассчитанных по формуле Введенского и ближе к результатам измерений. Уменьшение Еэ для канала 11 с более высокой рабочей частотой по сравнению с каналами 1,3 можно объяснить увеличением поглощения УКВ в зданиях, растительности, а также более сильным затуханием при дифракции волн на неоднородностях рельефа.
Табл. 1 показывает также, что задание высот по топографической карте позволяет в большинстве ситуаций улучшить соответствие расчётных и экспериментальных напряженностей поля УКВ на удалении 8 км от ИОРТПЦ.
Отношения измеренных напряжённостей поля к рассчитанным по формуле Введенского (светлые
столбцы) и по двухлучевой модели (тёмные столбцы) для удалений 12,24,36 км от ИОРТПЦ приведены на рис. 2-4, где а) соответствует каналу 1, б) - каналу 3, в) - каналу 11.
Анализ рис. 2-4 подтверждает сделанные выше выводы о более высокой точности двухлучевой модели поля УКВ по сравнению с формулой Введенского. Отметим превышение измеренных Еэ над рассчитанными на рис. 3,а,б для Оёка, что можно объяснить экранировкой отражённого от Земли луча на приподнятом участке местности [3,6]. Существенное уменьшение Еэ по сравнению с Е (рис.4,б - Листвянка) можно объяснить экранировкой прямого луча рельефом местности между передающей и приёмной антеннами, когда приём УКВ возможен при дифракции волн на препятствиях, что даёт дополнительное ослабление поля [1]. Табл. 2 характеризует точность расчётов напряжённостей поля УКВ по формуле Введенского и по двухлучевой модели за исключением таких аномальных ситуаций.
Таблица 2
Средние отношения измеренных и рассчитанных
Учёт высот да нет
Частота, Мгц 48.5 88 217 48.5 88 217
(Еэ/Ев)ср 0,84 0,71 0,32 0,80 0,61 0,29
(Еэ/Е)ср 1,03 0,91 0,43 0,99 0,74 0,40
Анализ результатов измерений и расчётов напряжённостей поля УКВ позволяет сформулировать следующие выводы по результатам выполненной работы: 1. Получены формулы расчёта модулей и фаз ко-
в
эффициентов отражения волн от поверхности Земли при вертикальной и горизонтальной поляризации поля излучаемых радиоволн.
2. Разработаны алгоритм и программа расчёта напряжённости поля УКВ, основанные на двухлучевой модели формирования поля, учитывающие поляризацию радиоволн, параметры передающей аппаратуры, расстояния до пунктов измерения и высоты этих пунктов, проводимость и диэлектрическую проницаемость почвы между передающей и приёмной антеннами.
3. Экспериментально подтверждена более высокая точность двулучевой модели формирования поля УКВ по сравнению с расчётами напряжённости поля по формуле Введенского.
4. Показано повышение точности расчётов Е при задании высот пунктов измерений.
5. Показана возможность усиления поля УКВ на возвышенных участках местности за счёт экранировки отражённого от поверхности Земли луча, а также ослабление поля УКВ при экранировке прямого луча рельефом местности между передающей и приёмной антеннами.
6. Показано дополнительное ослабление поля УКВ по сравнению с расчётами по двулучевой модели при увеличении рабочей частоты.
Библиографический список 1. Долуханов М.П. Распространение радиоволн. М.: Связь.
1972. 336 с.
2. Айзенберг Г.З. Коротковолновые антенны. М.: Связь. 1985. 536 с.
3. Агарышев А.И., Зверев А.Г., Краснояров А.Е. Анализ измеренных и рассчитанных напряжённостей поля радиоволн с целью оптимизации положения приёмного пункта системы радиосвязи с самолётами // Современные проблемы радиоэлектроники и связи: материалы VI Межвуз. науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2007. С. 14-25.
4. Сравнение результатов измерений и расчётов напря-жённостей поля радиоволн УКВ диапазона на основе приёма сигналов телевидения / А.И.Агарышев [и др.] // Современные проблемы радиоэлектроники и связи: материалы VIII Всерос. науч.-тех. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. Иркутск: Изд-во ИрГТУ,2009. С.33-39.
5. Анализ результатов измерений и расчётов напряжённо-стей поля радиоволн в окрестности радиотелепередающего центра / А.И.Агарышев [и др.] // Современные проблемы радиоэлектроники и связи: материалы VII Межвузовской науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2008. С. 141-145.
6. Агарышев А.И., Жигалов А.С., Зверев А.Г. Увеличение напряжённости поля УКВ при экранировании отражённой от Земли радиоволны неоднородностями рельефа местности // Современные проблемы радиоэлектроники и связи: материалы VI Межвузовской науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2007. С. 40-45.
УДК 621
УСКОРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОНОВ В МОСТОВОЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОСХЕМЕ
Г.Т.Касьянов1, А.В.Сторожко2
1 Русское Физическое Общество,
Московская обл., г. Мытищи, ул. Шараповская, 3.
2ЗАО РЕНТИЦ,
664007, г. Иркутск, ул. Тимирязева, 26/12.
Рассмотрена схема мостового выпрямителя с нагрузкой в виде дросселя и последовательно подключённого к нему активного сопротивления. Показано, что в такой схеме возможно усиление выпрямленного тока. Ил. 3. Библиогр. 4 назв.
Ключевые слова: ускорение электронов; сверхток; электромагнитная индукция; энергоэкономия; дополнительная электроэнергия.
ELECTRON ACCELERATOR IN THE BRIDGE RECTIFIER ELECTRIC CURCUIT G.T.Kasjanov, A.V.Storozhko
Russian Physical Society 3 Sharapovskaya St., Mytischi, Moscow region Closed joint-stock company RENTIZ 26/12 Timiryazev St., Irkutsk, 664007
The authors consider the circuit of a bridge rectifier with a choke load and a series active resistor. It is demonstrated that the amplification of the rectified current is possible in this circuit. 3 figures. 4 sources.
Key words: electron acceleration; supercurrent; electromagnetic induction; energy economy; additional electric energy.
1 Касьянов Геодим Трофимович, старший научный сотрудник отдела промышленных энергоустановок, тел.: (3952)423248, email: [email protected]
Kasjanov Geodim Trofimovich, a senior research worker of the department of industrial power plants, introduction of new technologies, tel.: (3952)423248, e-mail: [email protected]
Сторожко Александр Владимирович, кандидат технических наук, член-корреспондент Российской Метрологической академии наук, профессор, тел.: 89148733505.
Storozhko Alexander Vladimirovich, a candidate of technical sciences, a correspondent member of Russian Metrological Academy of Sciences, introduction of new technologies, a professor, tel.: 89148733505.
