II. Расчет дальности ПРС в радиосетях диапазона метровых волн (160 МГц)

Базовые кривые распространения радиоволн

Расчет дальности поездной радиосвязи, работающей в диапазоне метровых волн, усложняется тем, что приходится учитывать рельеф местности, влияющий на условия распространения радиоволн. Расчет выполняется по базовым кривым распространения (рис.2.1), представляющим собой зависимости медианного значения напряженности поля Е^¢₂ от расстояния r между точкой приема и источником излучения по прямой линии.

Кривые приведены для следующих условий: h₁ h₂=100м²-произведение высот установки стационарной и локомотивной антенн над поверхностью земли для кривых 1,2; для кривой 3 произведение высот для возимых антенн h₁ h₂=25 м²; Р₁=1Вт-мощность излучателя; G= 0 дБ - коэффициент усиления антенны излучателя по отношению к полуволновому вибратору; a₁ l₁=0дБ - затухание в фидере, соединяющем излучатель с антенной; индекс преломления воздуха соответствует стандартной атмосфере (D N=-40); К_кс=0 дБ коэффициент ослабления напряженности поля контактной сетью. Расстояние r отсчитывается по прямой линии.

Рис.2.1 Базовые кривые распространения

Кривая 1 соответствует случаю, когда направление распространения радиоволн совпадает с направлением трассы железной дороги, а кривая 2 - когда не совпадает, кривая 3 используется для расчета связи с локомотивами.

Под высотой установки стационарной антенны h₁ понимается так называемая эффективная высота, которая представляет собой возвышение антенны над средним уровнем окружающей местности на расстоянии 0,5 км в направлении связи. Если антенна заслонена в направлении связи промышленными зданиями, жилой застройкой, находящимися на расстоянии 10 - 40 м от антенны, то эффективную высоту следует отсчитывать от верхнего уровня препятствия.

Типы трасс радиосвязи

Влияние рельефа местности учитывается типом трасс радиосвязи. Трассы поездной радиосвязи по характеру рельефа местности, по которой они проходят, подразделяются на пять типов. Каждому типу соответствует определенное значение коэффициента сложности трассы К_ст, которое может колебаться в пределах от 1 до 5. Для более точного определения типа трассы по ее характеристикам введены (условно) понятия нулевого (К_ст=0) и шестого (К_ст=6) типа трассы.

Трасса типа 1 (равнинная, К_ст=1) характеризуется невысокими холмами с глубиной закрытия трассы до 10 м и колебаниями уровня земной DJ поверхности не более 15 м. Трасса типа 2- (среднепересеченная, К_ст=2) с колебаниями уровня не более 50 м. Она встречается в европейской части России, Сибири и в Казахстане.

Трасса типа 3 (легкая горная, К_ст=3) промежуточная между холмистой и сложной горной.

Трасса типа 4 (сложная горная, К_ст=4) является типичной для горной местности. Ее профиль характеризуется резкими колебаниями. Глубина закрытия трассы может достигать 60 м. Самая сложная трасса (тип 5, К_ст=5) проходит в горной местности, где глубина закрытия трассы превышает 100 м.

Трассы, занимающие промежуточное положение между приведенными выше типами, характеризуются коэффициентами К_ст, равными: 1,5; 2,5; 3,5; 4,5.

Тип трассы определяется по ее профилю, который строится на основании данных топографических карт. Для построения профилей трасс радиосвязи типов 1-3 используются карты с масштабом 1: 100000, а для трасс типов 4 и 5-1: 25000 или 1: 50000.

Каждый тип трассы при расчетах характеризуется коэффициентом а_m, который учитывает отличие условий распространения радиоволн на конкретной трассе радиосвязи от условий, при которых снимались базовые кривые. Значения а_Т для каждого типа трасс приведены ниже в табл.2.1

Таблица 2.1

Уровень сигнала, дБ, на входе приемника подвижного объекта

U₂ = Е^¢₂ +а_Т + B_м + G₁ + G₂ + M - a _ф1 l₁ - a_ф2 l₂ - К_э - К_{к c}-g₂ - К_и - К_в - К_м, (2.1)

где

Е^¢₂ - уровень напряженности поля, отсчитываемый по соответствующей

базовой кривой для заданного расстояния (рис.2.1);

а_Т -коэффициент, учитывающий условия распространения для конкретного типа трассы (см. табл.2.1);

В_м - коэффициент, учитывающий отличие мощности передатчика от мощности 1 Вт; В_м = l0lgP₁;

G₁ и G₂ - коэффициенты усиления передающей и приемной антенн;

М - высотный коэффициент, который учитывает отличие произведения высот установки антенн от 100 м²; М =201g (h₁h₂/100) дБ;

a _ф1 l₁ и a_ф2 l₂ - погонные затухания и длины антенных фидеров соответственно передатчика и приемника, дБ; a _ф1 и a_ф2 -0,08-0,23 дБ\м в зависимости от типа коаксиального кабеля.

К_э-коэффициент экранирования, учитывает ослабление напряженности поля крышевым оборудованием подвижного объекта; К_э. зависит от типа локомотива и места установки антенны на крыше; для тепловозов К_э = 2 дБ, а для электроподвижного состава К_э = 2,0 - 5,0 дБ;

К_кс - коэффициент ослабления напряженности поля контактной сетью, для однопутного участка К_кс = I дБ, для двухпутного К_кс = 2 дБ;

g₂ - коэффициент, учитывающий трансформацию напряженности поля в пространстве к напряжению на разъеме приемной антенны, g₂ = 10 дБ для антенно-фидерных систем с волновым сопротивлением 75 Ом и 12 дБ с волновым сопротивлением 50 Ом;

К_и, К_м и К_в - вероятностные коэффициенты, которые учитывают флюктуации полезного сигнала вследствие явлений интерференции (K_и), изменения рельефа местности (К_м) и изменения рефракции в тропосфере (К_в). В расчетах значения этих коэффициентов берутся при вероятности 0,9 с тем, чтобы обеспечить качество связи не ниже удовлетворительного. При этом К_В = 1,8 дБ; К_и = 5,0 дБ для электрифицированных и К_и = 1,5 дБ для неэлектрифицированных участков.

Коэффициент К_м зависит от типа трассы, и его значения приведены ниже.

Дальность связи рассчитывается, исходя из условия U₂³U_{2min (}где U_2min-минимально допустимый уровень полезного сигнала, который необходимо обеспечить на входе приемника радиостанции в конкретных условиях эксплуатации радиосредств, чтобы получить требуемое качество связи). Значения U_2min приведены в табл.2.2 Расчет ведется в такой последовательности: задается минимально допустимый уровень полезного сигнала U_2min (см. табл.2.2); из формулы (2.1) определяется уровень напряженности поля Е^¢₂, считая U₂ =U_2min, по базовой кривой (см. рис.2.1) определяется дальность связи r. Для пересчета r к расстоянию вдоль железнодорожного пути следует использовать топографическую карту.

Для трасс радиосвязи типов 4 и 5 результаты расчетов являются ориентировочными. Поэтому они должны уточняться натурными измерениями.

Таблица 2.2. Минимально допустимый уровень полезного сигнала