D=/?i+/?2 - протяженность трассы АВ; /?з = 6370 км - радиус Земли; Н, кл и Ав - высоты подвеса пассивного ретранслятора и аитеии иа станциях А п В соответственно. Все высоты необходимо отсчитывать от одного общего уровня, например уровня моря. Просветы иа полуинтервалах АР и РВ отсчитываются от нижней точки полотна ретранслятора и выбираются, как иа обычных активных пролетах.

Горизонтальный размер ПР выбирается в пределах 2а = (0,5-h 1,5)1, £=

=1,2>ЛЛ, R=-R1R2. Для увеличения эффективности верхняя и нижняя

кромки полотна ПР выполняются по дуге окружности с центром, лежащим на прямой АВ. Стрелка хорды Д (см. рис. 2.54) определяется формулой Д = 2а

= 0,72h( - у.

Для увеличения усиления целесообразно использовать многоэтажные пассивные ретрансляторы. Здесь следует иметь в виду, что при увеличении вертикального размера ПР устойчивость связи из-за влияния рефракции может существенно ухудшиться. Опыт эксплуатации говорит, что вертикальный размер п-этажного кольцеобразного ПР 6„= (2п-1)*-ЬД не должен превосходить (60-f-80)A,. Сказанное не относится к пассивным ретрансляторам специальной формы (см. ниже), у которых вертикальный размер может быть существенно увеличен. Следует также иметь в виду, что число этажей ограничивается и диапазонными свойствами ПР. Для обеспечения эффективной работы во всей полосе радиорелейной системы число этажей ие должно превышать 4-6 в диапазоне 4 ГГц и 6-8 в диапазоне 6 ГГц. Многоэтажные ПР обычно используются в сильно пересеченной местности.

Полотно ПР выполняется из металлической сетки. Расстояние между осями проводов d н толщина проволоки 2р должны быть выбраны таким образом, чтобы коэффициент отражения

отр -

2d 2лр 1п - d

был не меньше 0,9-0,95. В частности, в диапазоне 4 ГГц расстояние между осями дву.хмиллиметровых проводов не должгю быть больше 10-15 мм.

Прн проектировании и строительстве ПР должны быть выполнены следующие требования:

1. Отметки высот расположения пунктов А, В и Р должны быть определены с точностью не хуже 1-2 м.

2. Пассивный ретранслятор должен быть установлен точно по створу. Отклонение центра ретранслятора от створа не должно превышать 2-3 м. Плоскость полотна ПР должна быть перпендикулярна створу с отклонением не больше нескольких градусов.

3. Полотно ПР должно быть подвешено таким образом, чтобы высоты подвеса симметричных относительно центра ПР точек были одинаковы по отношению к какому-либо общему уровню.

Подробно порядок расчета и рекомендации по проектированию приведены в [13]. Там же приведены примеры расчета ПР для нескольких конкретных трасс.

Энергетические соотнощеиия иа пролете с ПР. Отиошеине мощности иа входе приемника станции В (Рв) к мощности передатчика станции А (Рл) определяется равенством

К?; V =

4 я «1 /?5;

{R1 + R2),

где Ga и Gb-коэффициенты усиления аитеии станций Л и В: т)а и т)в - коэффициенты полезного действия АВТ этих станций; G - коэффициент усиления ПР. Часто более удобно множитель V выражать через эффективную поверхность ПР: V= -*- {Rx+R2).

Для пассивного ретранслятора типа препятствия эфф = нсп Ртеоы,

fгеом - площадь полотна. Для ПР кольцеобразной формы прн определении медианного сигнала можно считать йисп = 0,7-0,8 для трасс в равнинной местности и йнсп = 0,6 для трасс в сильнопересеченной

местности.

Часто удобно эффективность ПР характеризовать коэффициентом у, равным отношению на- gg пряженности поля на трассе с ПР к напряженности поля на открытой трассе стандартной протя- -j женности RcT. На рис. 2.55 приведен график за--виснмости коэффициента у от длины пролета D= =Ri + R2 при Л=8 см; Rt=R2; /?ст=50 км; 7=эфф= " = 30 и 300 м2. Из рисунка видно, что на длинных пролетах уменьшение сигнала относительно стандартного значительно, что вынуждает увеличивать энергетический потенциал оборудования. На практике обычно это достигается увеличением усиления антенн на станциях Л и В.

Вопросы устойчивости связи на пролетах с ПР изложены в [13].

20 W SO SO 100 120 ни

Рис. 2.55. К вопросу об эффек-

t1ibh0cth ПР

2.10. ПАССИВНЫЕ РЕТРАНСЛЯТОРЫ ЗЕРКАЛЬНОГО ТИПА

При строительстве РРЛ в горной или сильнопересеченной местности возможно использование ПР зеркального типа (в дальнейшем ПРЗ), выполненного из одного или двух плоских зеркал. Выбор того или июго варианта в основном определяется величиной угла Р между направлениями АР и РВ (рис. 2 56) Если Р>4560°, наиболее целесообразна схема однозеркального ПР (рис 2 56а) Если 35°<Р<60°, наиболее целесообразно использовать двухзер-

Рис. 2.56. Схемы использования ПР зеркального типа

кальный ПР, зеркала которого составляют так называемую Д-к?нфнгурацию-(рис 2 566), при которой зеркало Рг и пункт приема В расположены по разные стороны от прямой АРи При малых углах использование этой схемы нецелесообразно, так как зеркала Pi и Ра приходится сильно разносить, чтобы избежать взаимной экранировки. При этом увеличиваются потери энергии иа участке Р, и Ра и значительно усложняется конструкция ПР. В этом случае (практически при iP<35°) необходимо применять так называемую Z-конфигу-рацию двухзеркального ПР (см. рис. 2.5бв), при которой зеркало Р2 и пункт В расположены по одну сторону от прямой APi.

Зеркала Pi и Р для увеличения эффективности ПР и уменьшения уровня попутных потоков необходимо располагать таким образом, чтобы основной поток энергии проходил от края любого из зеркал на расстоянии <>(5ч-15)Л.

Усиление однозеркального ПР в случае, если обе станции Л и В расположены в его дальней зоне, может быть определено по формулам предыдущего раздела с учетом fэфф=Fгeoм sin р72 (см. рис. 2.56а). Если одна из антенн активных станций, например антенна станции В, расположена в ближней зоне UF, участок BP может быть представлен в виде перископической антенны, которая характеризуется коэффициентом передачи шйл (см. § 2.6). На рис. 2.57 приведены величины коэффициента передачи w в зависимости от па-

раметра m,= .- для различных соотношений площадей антеии пунктов и В:/= Vf7f7siirp72. При mi>2,54-3 можно считать, что антенны

станций Р и В находятся в дальней зоне друг друга.

Прн расчете двухзеркального ПР необходимо дополнительно учесть потерн при передаче сигнала между зеркалами Pi и Рг. На рис. 2.58 приведена

-f -S -12 -IS -20.

-2 -4 -Б

0J Sps;0,5 0,5 OJ 1,0152,0 3,0 5,0 7,0 Ю.т Рас. 2.57. Коэффициент передачи

0,10,200,53,71152 J 5 71015Ш5070100/1]

Рис. 2.58. Коэффициент связи

зависимость коэффициента связи лев между зеркалами ПР для случая одинаковых размеров зеркал (Fp =fp. ), от параметра m2=2Xd/fp=**, где d-расстояние между центрами зеркала, fp** - эффективная поверхность зеркала

Таким образом, на пролете с двухзеркальным ПР (ближняя зола) Рд ОдСдПдТ!

Ра {4nVR\

При проектировании РРЛ с отражающими ПР необходимо учитывать воз можность многолучевого распространения. Даже при весьма значительном по давлении поля прямого прохождения препятствиями рельефа уровень нелинеп ных шумов, определяемый многолучевостью, может оказаться недопустимым Необходимо также учитывать возможность паразитного возбуждения тыль ной стороны зеркал и наличия попутных потоков. Подробно об этом см. [17]. Там же приведены и другие рекомендации по проектированию и строительству

ггЛ С ПРЗ.

2.11. КОЛЬЦЕВОЙ АНТЕННЫЙ ДИРЕКТОР (КАД)

Частным случаем пассивного ретранслятора типа препятствия является антенный директор (в дальнейшем КАД), представляющий собой кольцевой экран (рис. 2.59), позволяющий существенно увеличить напряженность поля в

направлении «антенна - директор». Действительно, если внутренний и внешний радиусы полотна директора совпадают с границами второй зоны Френеля, т. Q.ri=\/XR,, Г2=У2XRi, где Р, - расстояние между антенной и директором, коэффициент усиления антенны резко увеличивается. в частности, если антенна А является ненаправленной или слабонаправленной, точнее, если интенсивность возбуждения нескольких первых зон Френеля одинакова, выигрыш в коэффи-

1000

J00\ 100

ЮЗЮ 10 5-10 ЮишЮ

Рис. 2.59. Кольцевой антенный директор

Рис. 2.60. К вопросу о размерах и эффективности КАД

циенте усиления равен девяти (9,5 дБ). Отметим, что если расстояния от директора до антенн станций Л и В соизмеримы, в формулу вместо Pi следует подставить R=RiR2l{Ri-\-Ri).

в общем случае, когда ретранслятор затеняет jv зон с четными номерами (вторую, четвертую и т. д.), выигрыш в коэффициенте усиления при равномерном возбуждении этих зон облучающей антенной составит (2N+\).

Для того чтобы полотно директора возбуждалось равномерно, он должен быть размещен достаточно далеко от антенны А. При этом его размеры оказываются чрезмерно большими. При перемещении директора к антенне его размеры уменьшаются. Однако уменьшается и выигрыш в коэффициенте усиления, так как условие равномерного возбуждения здесь не выполняется.

На рис. 2.60 изображена зависимость внешнего (/-г/Л, кривая 3) и внутреннего (rilX, кривая 4) радиусов КАД от расстояния Pi/Л. На этом же графике приведена зависимость расстояния ro.s от центра директора до точки, в которой напряженлость поля облучающей антенны уменьшается на 3 дБ для d/X=\0 (кривая ;) и rf/A=100 (кривая 2), d -диаметр облучающей антенны Из рисунка видно, что в случае небольшой антенны (d/A=10, £>~27 дБ) практически равномерное возбуждение экрана (го,ъХ>Г2) обеспечивается уже при i«500A, в то время как в случае антенны с большил раскрывом {d1X=lOO, Си47 дБ) кольцевой директор дает высокую эффективность лишь при Р,-«50 000Л и более. При увеличении диаметра антенны в 10 раз расстояние от антенны до кольцевого директора увеличилось в 100 раз, а размеры директора в 10 раз.

в случае осесимметричной диаграммы направленности антенны А выигрыш в коэффициенте усиления в общем случае Ае= 11-ff (9i)+/(62) I , где F(9i) и р(02) нормированные напряженности поля антенны на кромках кольца. Например, выигрыш, даваемый кольцевым директором, изображенным па рис. 2.61, равен Ае= (1-1-0,63-1-0,37)2=4(6 дБ).

Если диаграмма направленности антенны А не обладает осевой симметрией, то приближенно AE=\\+FE{Qi)+FE(Q2)\\l+FH{Qi)+FH{Qi)\, где FE(e) и Рн(0) -диаграммы направленности в плоскостях £ и Я.

На практике полотно КАД более удобно выполнять не в виде кольца, а в виде правильного многоугольника. Небольшие потери эффективности (0,3 дБ

ДЛЯ восьмиугольного экрана и 0,5 дБ для шестиугольного экрана) вполне компенсируются снижением стоимости и простотой изготовления и монтажа а также существенным улучшением диаграммы направленности в горизонталь-нон плоскости.

Рас. 2.61. к вопросу о расчете эффективности КАД

Диаграмма направленности антенны с кольцевым экраном для осесиммет-ричного случая имеет вид Ф(0) =/а (9)-f [f а (Oi)-f f а (92)]/д (9)е-Фл,(<°» в, где f а(9) -диаграмма направленности основной антенны:

F 7.59 [3,47 Уд (а) + 4,12 У, ( ц ]/2")] -f ш [3.47 (а) + 4,12 У< (а ]/2)\

7,592 -

где ы=Рг, sine. Прн и = 7,59/=„(е)=0,202е"21°.

На рис. 2.62 пунктиром изображена экспериментальная диаграмма напраз-ленностн рупорной антенны, а сплошной линией - этой же антенны с кольце-

SS 5

-5 -

-20--25--10--.?5 -

FlO]

2й W О 10 200/0 5080 7080 град

Рис. 2.62. Направленные свойства КАД

150 180 ггад

Рис. 2.63. К вопросу о помехозащищенности .КАД

вым директором. Как видно из рисунка, главный лепесток диаграммы основной антенны изменяется лишь при 9 = 0°, где появляется дополнительниый узкий лепесток. В секторе дальних боковых н задних лепестков уровень поля существенно увеличивается. Путем наклона полотна директора возможно перераспределить обратное излучение КАД без заметного уменьшения усиления в главном направлении. Сказанное подтверждает рис. 2.63, где приведены огибающие боковых лепестков основной (рупорной) аитеииы (кривая /), антенны с КАД, плоскость которого перпендикулярна главному направлению (кривая 2) и составляет угол 15° с этим направлением (кривая 3).

2.12. ЭКРАНЫ ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ ПОМЕХОЗАЩИЩЕННОСТИ

В связи с большой перегруженностью сантиметрового диапазона различного рода радиосистемами часто имеют место взаимные помехи, приводящие к существенному ухудшению качественных показателей РРЛ. На практике для снижения уровня мешающего сигнала иногда используют выносные экраны

Энраны для увеличения помехозащищенности

больших размеров квадратной или круглой формы. Такие экраны обычно обеспечивают сравнительно невысокое подавление помехи. Если направление прихода помехи точно известно, значительно целесообразней использовать экраны, кромке которых придана специальная форма [18]. На рис. 2.64 приведены эскизы двух простейших экранов. Размеры экранов определены через радиус

дБ О -5 10 -15

2 град

Рис. 2.S4 Эскизы секторного и кольцевого экранов

Рис 2.65. Диаграммы направленности секторного (кривая 1) и кольцевого (кривая г) экранов (R,= 100X)

Рис. ..66. .Эскиз экрана, состоящего из двух колец

Рис. 2.67. Экран для осесиммет-рнчнон антенны

40 50 80 J00 120 М 150 в

первой зоны Френеля Pi=1/a/?i, Ri-~ расстояние от экрана до защищаемой антенны. Такие экраны могут быть использованы для защиты антенн с невысоким коэффициентом направленного действия, в основном облучателей. На рис. 2.65 приведены диаграммы направленности экранов.

Для защиты антенн с большим КНД разработаны экраны, обладающие значительно большим угловым сектором подавления. В качестве примера нарис. 2.66 приведен эскиз экрана, представляющего собой два коаксиальных кольца (радиусы колец

равны l,198pi; l,lllpi; 0,851pi; 0,388pi). Область подавления такого экрана примерно в 3,5 раза шире, чем у кольцевого экрана [19]. Это дает возможность

Рис. 2.68. К вопросу об эффективности экрана (кривая ; - без экрана; кривая 2 - с экраном)