CC BY
15ля бесперебойной поставки электроэнергии в условиях энергодефицита и массовых случаев несанкционированного потребления электроэнергии.
Список источников:
1. Головин А. О важности проведения испытаний на соответствие стандарту МЭК 61850 / А. Головин, А. Аношин // [Электронный ресурс]. - URL: http:// digitalsubstation.ru/blog/2013/10/30/iec-61850-conformance-testing/
2. Внедрение технологии «Цифровая подстанция» на объектах электроэнергетики ЕЭС: Протокол от 20.05.2015 г., - М. // [Электронный ресурс]. - URL: http://www.dgre. ru/research_commitets/ik_rus/b5_rus/materials/documents/ %D0%A6%D0%9F%D0%A1_20.05.2015.pdf
3. Афанасьев Д. ИЦ Бреслер на сессии совместимости по МЭК 61850 в Брюсселе / Д. Афанасьев // [Электронный ресурс]. - URL: http://digitalsubstation.ru/ icbresler/2015/12/11/its-bresler-na-sessii-sovmestimosti-po-mek-61850-v-bryussele/
4. Головин А. Протокол GOOSE / А. Головин, А. Аношин // [Электронный ресурс]. - URL: http://digitalsubstation. ru/blog/2013/02/13/protokol-obmena-danny-mi-goose/
5. Drew Baigent Протокол МЭК 61850 Коммуникационные сети и системы подстанций. Общий обзор для пользователей / Drew Baigent, Mark Adamiak, Ralph Mackiewicz // [Электронный ресурс]. - URL: http://hodjent.narod.ru/ D0WNL0AD/IEC_61850.pdf
THE INFLUENCE OF LOW ATMOSPHERIC TEMPERATURE ON THE PROPAGATION
OF DECIMETER AND CENTIMETER RANGES
Vasilii Vasilievich Zhebsain,
M.K. Ammosov North-Eastern Federal University,
Physics Ph.D., Institute of physics and technology
ABSTRACT
The paper discusses the impact of hydrometeors and extremely low air temperatures to weaken the private radio wave range of 800 MHz to 10 GHz. The calculations of the frequency dependence of the attenuation of radio waves total intensity for the temperature range from 0 °C to 60 °C below zero, according to the developed for the purpose computer application program. Keywords: Propagation of radio waves, meteorological factors, computer program.
В настоящее время, диапазон радиочастот 800 МГц-10 ГГц, относящийся частично как дециметровому, так и сантиметровому диапазонам является наиболее востребованным и перспективным для технического прогресса. В данном диапазоне (800 МГц-10 ГГц) работает сотовая связь, технологии беспроводного доступа к глобальной сети, телевидение и радиолокация. В частности, технологии беспроводного доступа к глобальной сети WiMAX и LTE, в настоящее время, в регионах Дальнего Востока и Севера России внедряются интенсивными темпами. В связи с чем, изучение особенностей распространения радиоволн дециметрового и сантиметрового диапазонов в вышеуказанных регионах, представляет как научный, так и практический интерес. Между тем, климатические условия рассматриваемых регионов друг от друга отличаются существенно. В частности, общеизвестно, что в Республике Саха (Якутия) наблюдаются максимально низкие температуры зимой, достигающие до 60°С-70°С градусов ниже нуля, в то же время, в этом же регионе летом воздух прогревается до 40°С градусов выше нуля. Также одной из климатических особенностей Якутии является частые туманы, как летом, так и зимой (ледяной туман). В настоящей работе, представлены расчеты частотной зависимости общего коэффициента ослабления интенсивности радиоволн, диапазона 800 ГГц-10 ГГц для очень низких температур воздуха (до -60°С), по разработанной для этих целей прикладной компьютерной программе.
Отметим, что сведения о влиянии различных гидрометеоров на распространение радиоволн содержатся в ряде научно-практических работ [1,17-26], [2, 132-136], [3,6671], [4,744-748], в которых приводятся как теоретические, так и экспериментальные результаты, основанные на данных, полученных в условиях умеренного климата. Также в некоторых работах [1,17-26], [2, 132-136] были рассмотрены вопросы воздействия температуры воздуха на уровень ослабления радиоволн. По мнению ряда исследователей, считается, что температурные условия оказывают незначительное воздействие на уровень затухания радиосигнала. Тем не менее, как отмечено в работе [2, 132-136] массовые жалобы абонентов на качество сотовой связи имеет сезонный характер. Аналогично, в условиях г.Якутска, по неподтвержденным данным, жалобы абонентов на качество сотовой связи, также имеют сезонный характер, учащаясь в наиболее холодные месяцы года. Обобщая результаты вышеуказанных работ можно отметить следующие метеорологические факторы, оказывающие воздействие на распространение радиоволн :
Дождь. Воздействие дождливой погоды на распространение радиоволн описано в работах [1, 17-26], [3, 66-71], [4, 744-748]. В качестве основных факторов, ослабляющих интенсивность распространяющихся радиоволн в данных работах отмечаются поглощение и рассеяние радиоволн. В работе [1, 17-26] приведена частотная зависимость (см. Рис. 1) коэффициента ослабления в условиях дождя с интенсивностью К=5 мм/ч и К=50 мм/ч.
V
дБ/км 30
"У s
20
1?
10
/ 1 4 S- ** r
J / f > 1
■ / t t f
i / / J* r J ■ "
I i 1 / ✓ f f p. - - -
/ с f tr- 1 J
// 1
3
0
2Ü
40
60
КО 100/]']
Рис. 1. Частотная зависимость коэффициента ослабления в дождь с двумя интенсивностями К= 5 мм/ч (сплошные линии) и К=50 мм/ч (пунктирные линии), при различных распределениях капель по размерам: 1 - морось, 2 - обложные дожди, 3 - грозовые дожди [1, 17-26].
Из рисунка видно, что при К=5 мм/ч и для частот выше 40 ГГц наблюдается существенная зависимость ослабления от вида распределения капель дождя. При интенсивности дождя К=50 мм/ч, существенные различия ослабления для различных видов распределения капель наблюдаются, уже начиная с частоты 25 ГГц.
Снегопад. Как свидетельствуют результаты работ [1, 17-26] во время снегопада также наблюдается поглощение и рассеяние радиоволн. Получено, что коэффициент ослабления в снегопадах с сухим снегом существенно ниже соответствующих величин во время дождя (см. Рис.2).
Y_f дБ/км
О
4/
x 3 2
A f /
1
О
6 J? мм ч
Рис. 2. Зависимость коэффициентов ослабления в снегопадах разного типа и в дожде от их интенсивности на длине волны 8,6 мм : 1-сухой снег; 2-влажный снег; 3-дождь; 4-мокрый снег; 5-снег с дождем.
Wschodnioeuropeiskie CzasopismoNaukowe (EastEuropean Scientific Journal) | NAUKI INZYNIERYJNEITECHNICZNE #9,2016
Yo=l 1 - 0 - IS) ■ 0,01] (7,19 ■ 1СП3 +
Туман. Наличие тумана также приводит к ослаблению энергии радиоволн [1, 17-26], [4, 744-748], хотя и в меньшей степени, чем в дождь или в снегопад. Коэффициент ослабления в данном случае, определяется по эмпирической формуле [1, 17-26]:
/а+(И, 227
+
+
4,31
Yt = 0,483 p¡X%
где, р - влажность (г/м3), А0 - длина волны.
(1)
частота ГГц, t
10"
(3)
температура воздуха по Цель-
В свою очередь, влажность связана с дальностью предельной оптической видимости т.е.
р - 38-4,3 (2)
где, 8 - дальность предельной оптической видимости.
Соотношения (1) и (2) получены для летних условий, когда туман состоит из мелких капель воды.
Температура воздуха. В ряде работ отмечается, что температура воздуха оказывает воздействие на ослабление радиоволн [1, 17-26] [2, 132-136]. В частности, в работе [2, 132-136] для диапазона частот менее 57 ГГц коэффициент ослабления в кислороде при температуре 15оС определяется выражением:
Ф Расчет общего коэффициента ослабления радиоволн
где, f -сию.
Отметим, что вышеуказанные исследования [1, 1726] [2, 132-136] температурной зависимости ослабления радиоволн проведены для условий умеренного климата. Подобные работы, посвященные проблемам распространения радиоволн дециметрового и сантиметрового диапазонов в условиях экстремально низких температур, в настоящее время, отсутствуют.
Для оценки степени воздействия различных факторов окружающей среды на характеристики распространения радиоволн была разработана прикладная компьютерная программа при помощи среды программирования Embarcadero RAD Studio (см. Рис. 3).
Новый
Серии, температура Температура, С (серия 1} Температура, С (серия 2}
Температура, С (серия 3} Температура, С (серия 4} Температура, С (серия 5} Температура, С (серия 6}
Частотные параметры
Начальная частота, МГц Конечная частота, МГц Шаг, МГц
Q Сохранить |] Закрыть
0,045 / 0,044 0,043 0,042 0,041 0,04 0,039 0,033 0,037 0,036 0,035 0,034 0,033 0,032 0,031 0,03 0,029 0,023 0,027 0,026 0,025 0,024 0,023 0,022 0,021 0,02 0,019
^_ —— —
_~ — —у —
/ ,.-•"*' .г—-*"
у
У _.......-—"
/
у
| — t :□ С
t :-30 С ■ ■ t :-40 С ■ ■ t :-50 С — t :-60 С
у [> процент
Рис. 3. Форма «Расчет общего коэффициента радиоволн» программы расчета характеристик распространения радиоволн
Расчеты в программе можно производить для любого диапазона частот с определенным шагом, также можно варьировать температурой воздуха, задавая её также с определенным шагом. В качестве формул для расчета можно применять любые формулы, исходя из конкретных целей
и задач исследования. Результаты расчета частотной зависимости коэффициента ослабления радиоволн, при помощи данной программы, на основе формулы (3), для диапазона частот 800МГц-10ГГц и при изменении температуры воздуха от 0°С до -60°С, представлены на рис.4.
Рис. 4. Частотная зависимость общего коэффициента ослабления радиоволн при температуре воздуха 0°С -20°С, -30°С, -40°С, -50°С, -60°С.
Из рисунка видно, что понижение температуры воздуха увеличивает коэффициент ослабления радиоволн. В частности, для частоты 6 ГГц понижение температуры воздуха с 0°С до -60°С приводит к росту общего коэффициента радиоволн с 0,024 дБ/км до 0,0375 дБ/км. Также ослабление уровня радиосигнала увеличивается при повышении частоты радиоволны. В тоже время, видно, что абсолютные значения коэффициентов ослабления для рассматриваемого диапазона незначительны.
Отметим, что в представленных расчетах не учтено возможное воздействие ледяного тумана на формирование общего коэффициента ослабления радиоволн. Между тем, морозы -40оС и ниже, как правило, сопровождаются плотными ледяными туманами. В приведенных выше работах [1,17-26], [2, 132-136], [3,66-71], [4,744-748], главным образом, рассмотрены вопросы воздействия летних гидрометеоров на распространение радиоволн и по этой причине, использование их результатов в условиях зимнего ледяного тумана, ввиду специфичности его проявления в регионах с экстремально низкими температурами, представляется проблематичным. Таким образом, для расчета общего коэффициента ослабления радиоволн в условиях
зимнего ледяного тумана требуются дополнительные теоретические исследования, результаты, которых в дальнейшем найдут применение, в разработанной прикладной программе.
Ссылки:
1. Михайлов В.Ф., Нарытник Т.Н., Брагин И.В., Мошкин В.Н. 2003. Микроволновые технологии в телекоммуникационных системах. СПб, РФ: Изд. СПбГУАП.
2. Пищин О.Н., Волошин А.А., Буцкая О.Б. 2011. «Воздействие изменения температуры атмосферы на затухание сигналов сотовой связи». Вестник АГТУ Сер.: Управление, вычислительная техника и информатика. 2: 132-136.
3. Adimula I.A., Falaiye O.A. and Willoughby A.A. 2005. «Effects of rain on microwave and satellite communications in equatorial and tropical regions». Nigerian Journal of Physics. 17: 66-71.
4. Пожидаев В.Н. 2010. Ослабление и обратное рассеяние миллиметровых радиоволн в тумане, дожде, снегопаде. IV Всероссийская конференция «Радиолокация и радиосвязь». Москва, РФ: ИРЭ РАН.
