Как определить мощность радиосигнала

Выходная мощность сигнала передатчика

Основным параметром радиопередающего устройства является мощность сигнала, излучаемого в эфир. Следует отметить, что требования к мощности сигнала в УКВ диапазоне диктуются особенностями распространения радиоволн в этом диапазоне частот.

Первой особенностью УКВ диапазона является прямолинейное распространение радиоволн в пределах прямой видимости. Рисунок 1 иллюстрирует эту особенность распространения радиоволн в данном диапазоне.

Рисунок 1. Прямая видимость на радиолинии

Ориентировочно, с учетом рефракции радиоволн в УКВ диапазоне, дальность прямой видимости в километрах L определяется как:

При высоте подъема антенны базовой станции и ретранслятора 70 м, дальность связи не может превышать 70 км:

При высоте подъема антенны базовой станции и ретранслятора 70 м, дальность связи не может превышать 70 км. Ориентировочные дальности прямой видимости в УКВ диапазоне приведены на рисунке 2.

Рисунок 2. Приблизительная дальность радиолинии в УКВ диапазоне

Рассчитаем требуемую для заданного расстояния выходную мощность сигнала передатчика. Для этого воспользуемся известной формулой определения мощности сигнала на входе радиоприемного устройства:

Следует отметить, что в системах подвижной связи мощность сигнала измеряется в дБм. Это отношение абсолютного значения мощности сигнала, выраженного в ваттах, к мощности сигнала 1 мВт.

Например, мощность сигнала, равная 2 Вт, соответствует значению 33 дБм, а мощность сигнала, равная 10 Вт, соответствует 40 дБм. Подобный подход позволяет заменить операции деления и умножения на вычитание и суммирование соответственно. При этом формула определения мощности сигнала на входе радиоприемного устройства (2), выраженная в децибелах, примет следующий вид:

Выразим из нее мощность, требуемую от передатчика при работе в свободном пространстве. Для диапазона и всенаправленных антеннах, эта мощность будет равна:

При отношении сигнал/шум на входе демодулятора, равным 6 дБ, можно ограничить мощность передатчика значением 1 мВт.

С другой стороны при распространении радиоволны вдоль поверхности земли, она испытывает дополнительное поглощение. Для объяснения явления огибания радиоволнами различных препятствий, их проникновения в области тени и полутени используется принцип Гюйгенса-Френеля. В соответствии с моделью Френеля область распространения радиоволн между передающим и приемным устройствами ограничивается эллипсоидом вращения вокруг линии, их соединяющей. Этот эллипсоид многослойный и может включать в себя бесконечно много зон.

Ближайшая к линии, соединяющей передатчик с приемником, зона называется первой зоной Френеля. Принято считать, что при распространении радиоволн наиболее существенной является первая зона Френеля. В ней сосредоточена примерно половина передаваемой энергии. На рисунке 3 представлено продольное сечение первой зоны Френеля.

Рисунок 3. Определение зоны Френеля

Для любой точки радиолинии радиус первой зоны Френеля (R0) можно найти по формуле:

При учете влияния поверхности Земли важен наибольший радиус первой зоны Френеля. При одинаковой высоте антенн этот радиус будет в середине радиолинии. В этом случае формула (6) преобразуется к следующему виду:

При дальности радиолинии более 5 км необходимо дополнительно как препятствие учитывать кривизну Земли. Этот эффект иллюстрируется рисунком 3. Для учета повышения уровня земной поверхности в середине радиолинии за счет ее кривизны можно воспользоваться следующей формулой:

Значения высоты препятствия, создаваемого за счет кривизны Земли, для относительных расстояний r_тек/L приведены в таблице 1.

L	Относительное расстояние на радиоинтервале
L	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9
5 км	0,02 м	0,08 м	0,18 м	0,31 м	0,5 м	0,31 м	0,18 м	0,08 м	0,02 м
10 км	0,7 м	1,3 м	1,7 м	1,9 м	2 м	1,9 м	1,7 м	1,3 м	0,7 м
15 км	1,5 м	2,7 м	3,6 м	4 м	4,25 м	4 м	3,6 м	2,7 м	1,5 м

Теперь рассчитаем дополнительное поглощение сигнала за счет его затенения поверхностью Земли. Для этого рассчитаем высоту h_max в центре радиотрассы:

Относительный просвет радиолинии при этом будет равен

Теперь по графику зависимости ослабления сигнала относительно просвета препятствия, приведенному на рисунке 4, определим дополнительное ослабление сигнала.

Рисунок 4. Зависимость ослабления сигнала относительно просвета препятствия

Для относительного просвета радиолинии, равного –0,37, дополнительное ослабление сигнала составит 50 дБ. В результате требуемая мощность передатчика с –6 дБм возрастает до значения +44 дБм. Эта мощность соответствует мощности передатчика 20 Вт.

В данном случае мы рассмотрели ситуацию, где на одном месте расположен одиночный радиопередатчик. Однако мест, удобных для размещения ретрансляторов базовых станций не так много. Поэтому обычно в одном месте сосредотачивается большое количество радиопередатчиков радиосистем различного назначения. Для того, чтобы они не мешали друг другу, на выходе передатчика приходится ставить различные развязывающие устройства, такие как фильтры, циркуляторы, комбайнеры. Каждое из них ослабляет мощность радиосигнала. Кроме того сигнал может ослабляться антенно-фидерным трактом. Общее значение ослабления сигнала может достигать 12 дБ. Это приводит к тому, что если даже мощность на выходе передатчика будет равна 100 Вт, то до антенны дойдет всего 6 Вт:

Для иллюстрации преобразуем это значение в ватты:

Для работы в УКВ диапазоне с учетом влияния кривизны поверхности земли и препятствий требуется мощность передатчика не менее 2 Вт
Для стационарных радиостанций требуемая мощность возрастает до за счет потерь в фидерах и комбайнерах

Долуханов М.П. Распространение радиоволн. — М.:Связь, 1972. -336 с.
Фальковский О.И. Техническая электродинамика. Учебник для вузов связи. — М.:Связь , 1978. — 432 с.
Как рассчитать радиолинию. Юрий ПИСАРЕВ, Павел СОЛОВЬЕВ
Оценка пригодности радиолиний вне помещений. М.С.Елькин
Зона Френеля. Евгений Рудченко
Зоны Френеля.

Другие параметры радиопередающих устройств:

Диапазон излучаемых частот в передатчиках устройств мобильной связи Очень важной характеристикой радиопередающего устройства является диапазон излучаемых частот. Для организации подвижной радиосвязи в УКВ диапазоне.
https://digteh.ru/UGFSvSPS/DiapPrdFr/

Побочные излучения электромагнитных волн При формировании радиосигнала очень важно, чтобы весь спектр излучаемого сигнала был сосредоточен в пределах полосы частот, выделенных для данного радиоканала.
https://digteh.ru/UGFSvSPS/maska/

Предыдущие версии сайта:
http://neic.nsk.su/

Об авторе:
к.т.н., доц., Александр Владимирович Микушин

Кандидат технических наук, доцент кафедры САПР СибГУТИ. Выпускник факультета радиосвязи и радиовещания (1982) Новосибирского электротехнического института связи (НЭИС).

А.В.Микушин длительное время проработал ведущим инженером в научно исследовательском секторе НЭИС, конструкторско технологическом центре «Сигнал», Научно производственной фирме «Булат». В процессе этой деятельности он внёс вклад в разработку систем радионавигации, радиосвязи и транкинговой связи.

Научные исследования внедрены в аппаратуре радинавигационной системы Loran-C, комплексов мобильной и транкинговой связи «Сигнал-201», авиационной системы передачи данных «Орлан-СТД», отечественном развитии системы SmarTrunkII и радиостанций специального назначения.

Источник

Радиочастотные характеристики

Оформление разрешительных документов для ввоза РЭС и ВЧУ:

В данной статье перечислены основные величины и радиочастотные характеристики, используемые и определенные в решениях Государственной комиссии по радиочастотам и измеряемые в Главном Радиочастотном Центре [1] (ГРЧЦ).

Содержание

1 Единицы измерения
- 1.1 Герц (Гц, Hz)
- 1.2 Ватт (Вт, W)
- 1.3 Децибел (дБ, dB)
- 1.4 Децибел по мощности (дБм, дБВт, dBm, dBW)
2 Характеристики
- 2.1 Излучаемая мощность
- 2.2 Эффективная изотропно излучаемая мощность
- 2.3 Основное излучение
- 2.4 Внеполосные излучения
- 2.5 Побочные излучения
- 2.6 Полоса пропускания
- 2.7 Модуляция
- 2.8 Спектральная плотность мощности
- 2.9 Класс излучения
- 2.10 Напряженность магнитного поля
3 Примечания
4 См. также
5 Ссылки

Единицы измерения

Герц (Гц, Hz)

Герц — единица измерения периодических процессов, которая показывает, сколько раз измеряемый процесс совершается за одну секунду. В случае измерения радиоволн показывает их частоту колебаний. 1 Герц соответствует 1 колебанию радиоволны в секунду, что на практике довольно мало, поэтому используют кратные единицы: килогерц (кГц), мегагерц (МГц), гигагерц (ГГц) и в редких случаях терагерц (ТГц) [2] . Как правило, в системах связи используются высокие частоты порядка сотен-тысяч мегагерц.

Например, мобильные телефоны работают в диапазоне частот от 900 (GSM) до 2600 МГц (LTE), а микроволновые печи излучают радиоволны с частотой 2400 МГц.

Что измеряется в Гц:

Полосы частот РЭС
Частота излучения ВЧУ

Ватт (Вт, W)

Ватт — основная единица измерения мощности. Определяет количество энергии, потребляемой или выделяемой за определенный промежуток времени.

Что измеряется в Вт:

Мощность РЭС/ВЧУ
Потребляемая мощность устройства

Децибел (дБ, dB)

Децибел является логарифмической единицей измерений и выражает отношение двух значений одной величины. Эта единица не включена в Международную Систему единиц (СИ), однако широко используется в системах связи и многих других технических областях, так как позволяет сравнить две величины любой природы, единственным требованием является, чтобы эти величины были выражены в одинаковых единицах.

Децибел является десятой частью основной, более крупной, величины — Бела. Бел — это десятичный логарифм отношения двух мощностей. Если известны две мощности Р1 и Р2, то их отношение, выраженное в белах, определяется формулой: Но на практике бел оказался слишком крупной величиной, поэтому используется их десятая часть — децибелы:

Логарифмический способ представления чисел часто оказывается очень удобным, так как позволяет заменить умножение — сложением, деление — вычитанием, возведение в степень умножением, а извлечение корня — делением.

Что измеряется в дБ:

Коэффициент усиления
Громкость звука
Отношение сигнал/шум
Затухание сигнала

Децибел по мощности (дБм, дБВт, dBm, dBW)

Если принять за нулевой уровень какую-либо величину, то с ней можно сравнивать любую другую величину, например, если это милливатт, то появится величина дБм, если ватт — дБВт. Она имеет определенный физический смысл — отношение измеряемой величины к эталонной — 1 милливатту или 1 ватту. На практике используется наравне с ваттами в основном для измерения мощности сигналов.

При необходимости быстрого перевода дБм в Вт и наоборот можно воспользоваться одним из онлайн калькуляторов [3] .

Что измеряется в дБм:

Уровень сигнала в сотовых сетях
Чувствительность приемников
Мощность WiFi-роутера

Характеристики

Излучаемая мощность

Излучаемая (выходная) мощность — величина, которая характеризует, с какой амплитудой излучаются радиоволны. В большинстве случаев полностью определяет дальность действия устройства. Обычно измеряется в Вт или дБм.

Эффективная изотропно излучаемая мощность

Эффективная изотропно излучаемая мощность (ЭИИМ) — характеристика мощности передатчика, учитывающая характеристики антенны и потери при передаче сигнала к ней. Является произведением мощности сигнала, подводимого к антенне, на ее коэффициент усиления и измеряется в единицах мощности (Вт, дБВт, дБм). Данная характеристика позволяет оценить реальный уровень излучений на выходе.

Основное излучение

Основное излучение — излучение, осуществляемое в полосе частот, необходимой для передачи сообщения с требуемой скоростью и качеством. Основное излучение осуществляется на рабочей частоте, выбор которой осуществляется изготовителем РЭС.

Внеполосные излучения

Помимо полезного излучения, также существуют внеполосные излучения — это излучения, которые находятся вне полосы рабочих частот, но непосредственно к ней примыкают. Они обусловлены искажениями модулирующего сигнала и неидеальностью характеристик модулятора. Внеполосные излучения нежелательны, поскольку загружают радиочастотный ресурс, однако они есть у любых радиостанций.

Побочные излучения

Побочные излучения — нежелательные излучения, находящееся за пределами основного излучения на частотах, кратных основной, и обусловленные любыми нелинейными процессами в радиоприемных устройствах, за исключением модуляции. Побочные излучения от любого блока, кроме антенны и ее фидера, не должны оказывать большего влияния, чем то, которое выявилось бы в случае, если бы к антенной системе подводилась максимально допустимая мощность на частоте этого побочного излучения.

Полоса пропускания

Полоса пропускания или ширина полосы пропускания (Bandwidth) — это диапазон частот радиоволн, в котором осуществляется основное излучение радиоэлектронного средства или высокочастотного устройства. Полоса частот устанавливается для каждого прибора таким образом, чтобы содержать не менее 90% мощности полезного сигнала.

Модуляция

Для простоты передачи информации по радиосвязи и ее помехоустойчивости, используется обработка сигнала — модуляция (манипуляция) — изменение характеристик высокочастотного несущего сигнала на основании информационного низкочастотного (звук, видео, данные). Выделяют несколько видов модуляции: амплитудную, частотную и фазовую. Модуляцию цифрового сигнала называют манипуляцией.

Спектральная плотность мощности

Спектральная плотность мощности — характеристика радиосигнала, которая описывает распределение мощности сигнала по диапазону основного излучения. Показывает энергетический спектр сигнала, то есть какой уровень мощности излучения приходится на каждую частоту.

Класс излучения

Для обозначения многообразия характеристик излучения, используется буквенно-цифровой код, называемый классом излучения. Данный параметр принят регламентом Международного Союза Электросвязи и описывает 3 обязательные характеристики, а также могут указываться 2 дополнительные характеристики:

Тип модуляции несущей (первый знак обозначения)
Характер модулирующего сигнала (второй знак)
Тип передаваемой информации (третий знак)

Например, звуковое радиовещание АМ имеет класс излучения A3E, звуковое радиовещание FM — F3E.

Напряженность магнитного поля

В некоторых низкочастотных системах связи, использующих свойства магнитного поля (например, RFID), измеряется максимальная напряженность магнитного поля на расстоянии 10 метров, которая характеризует мощность устройства.

Примечания

↑Главный Радиочастотный Центр]
↑Терагерцовый сканер
↑ Онлайн-калькуляторы: [1][2]

См. также

Ссылки

Если Вам требуются услуги по таможенному оформлению, получению разрешительных документов или у Вас есть вопросы, свяжитесь с нами — Контакты IFCG.

В частности, мы готовы оказать услуги по оформлению следующих разрешительных документов для ввоза РЭС (ВЧУ):

Источник