Разработка двойной ромбической горизонтальной антенны (для магистральной КВ связи между Новосибирском и Иркутском)

Передатчик находится в Новосибирске, следовательно приемная антенна будет располагаться в Иркутске. Ниже приведен интерфейс программы (рис.1).

Рис.1 – Интерфейс.

Данные, полученные из программы:

Трасса    -   1413,88 km (r=1413880 m)

Азимут   -   93,05 grad

Ссылка на программу http://rx4hx.qrz.ru/files/calc.zip

Находим необходимые углы для расчётов. Ниже расположен рисунок (рис. 2) схематичного распространения волны, с учётом всех необходимых углов распространения.

Рис.2 – Связь между углами: центральным ; возвышения ;

падения на отражающий слой .

Угол поворота относительно центра Земли (угол ) вычисляем по формуле (1):

                                                          (1)

 – это угол, на который повернется прямая (радиус земли) от точки передачи до точки приема. Половина этого угла - будем минимальный геометрический угол , под которым должна падать волна, если принять, что прямая, соединяющая приемник и передатчик лежит горизонтально.

Следовательно, минимальный угол падения на отражающий слой

Определим (зададимся) угол возвышения из рисунка 3.

Рис.3 – Оптимальные углы излучения (возвышения).

Для того, чтобы как можно точнее задаться углом возвышения, воспользуемся формулой (2):

,                                                  (2)

где

 – схематиченский угол падения волны. Следовательно точное значение угла

что соответствует медианному значению углов  на расстоянии r при одном скачке от слоя F2 (рис.3).

4. Определение оптимальной рабочей частоты.

Оптимальная рабочая частота представляет собой наиболее подходящую частоту для ведения радиовещания в заданных условиях. Оптимальная рабочая частота находится из условия:

                                                                (3)

где

                                            (4)

Подставим найденные значения в формулу (4), а потом в (3):

Находим оптимальную длину волны:

Расчёт множителя ослабления пространственной волны.

Необходимо рассчитать множитель ослабления пространственной волны. Расчет производим по книге М. П. Долуханова "Распространение радиоволн" [стр. 301-303].

При определении МПЧ рекомендуется учитывать все слои ионосферы (E, F1 и F2) и выбирать наибольшую из полученных. А поэтому сначала рассчитаем критическую частоту слоя Е, то есть максимальную частоту, которую может отразить слой Е.

                                           (5)

Как видно,  , значит отражение происходит от слоя F2. Как следствие медианное значение множителя ослабления для каждого луча определяется формулой (6):

,                                   (6)

где

R – модуль коэффициента отражения от Земли (R очень близко к единице);

n – число отражений от ионосферы, определяемое формулой (7);

 – коэффициент поглощения в j-й вершине, определяемый формулой (8).

                                           (7)

Путем округления частного до ближайшего частного числа получаем n=1.

                                        (8)

Коэффициенты поглощения зависят от трёх величин: угла падения на нижнюю границу ионизированной области , критической частоты  и рабочей частоты  (или длины волны). На рисунках 4, 5 и 6 приведены графики для определения коэффициентов поглощения  и .

Для начала определим угол падения волны на нижнюю границу ионизированной области

                                               (9)

Рис.4 – Коэффициенты поглощения для слоя D.

В нашем случае при  , .

Рис.5 – Коэффициенты поглощения для слоя E, .

В нашем случае при ,  будет исчисляться по формуле (10):

                                                    (10)

где

 – фактическое значение критической частоты, определяемая по формуле (11);

 - то значение критической частоты, для которого составлен график;

 - поглощение, определяемое по графику.

Критическая частота и электронная концентрация слоя связаны уравнением (11):

                                                 (11)

А значит

Коэффициентом поглощения при отражении от слоя F1 можно пренебречь, он много меньше

Рис.6 – Коэффициенты поглощения при отражении

от слоя F2 при ,

По формуле (10) имеем:

Подставляем найденные значения в формулу (8) и находим суммарный коэффициент поглощения для нашей волны:

2.104

По формуле (6) определим значение множителя ослабления пространственной волны:

 (разах)

5. Определение требуемого КУ антенны и подводимой мощности.

Запишем формулу (12) для определения требуемого КНД антенны:

                                                 (12)

Из формулы (12) выразим КУ и мощность передающей антенны:

Прежде, чем задаваться мощностью передатчика, необходимо учесть влияние быстрых и медленных замираний при распространении. По графикам рис.7 и рис.8 определим F1 и F2:

Рис.7 – Кривые распределения вероятностей превышения

минимального уровня, характеризующие медленные колебания.

Рис.8 – Кривые распределения вероятностей для определения быстрых

 замираний при приме на n-разнесённых антенн.

При чём значения получены при 99.9% времени работы.  С учётом полученных данных, вычислим реальный множитель ослабления по формуле 13, который учтёт запас на компенсацию медленных и быстрых флуктуаций уровня поля:

(13)

Зададимся мощностью, подводимой к антенне . Следовательно, найдём коэффициент направленного действия  антенны:

Из формулы (13) найдём требуемый коэффициент усиления антенны: