3.7. Influența masivelor forestiere asupra propagării undelor radio.
Există mai mulți factori care afectează propagarea undelor radio prin copaci și peste ele. Dependența de grosimea coroanei (vara-iarna), diferențele de înălțime copac, umiditate, dimensiune frunze, copaci Locul de amplasare rasa lor, etc; în funcție de gama de unde radio și impactul legate de ramuri, trunchiuri, frunze, slăbirea și dispersia undelor radio.
Capacitatea de evaluare comparativă a datelor experimentale cu altele și cu rezultatele teoretice ale undei de propagare de radio diferite intervale în păduri sunt extrem de complexe, datorită faptului că multe experimente au fost efectuate fără calibrare corespunzătoare atât caracteristicile aparatului de măsură și parametrii pădurilor și modelele matematice de înmulțire suficient de voluminoase .
Luați în considerare efectul masivelor forestiere asupra condițiilor de propagare a undelor radio ale domeniului decimetral utilizat în sistemele de comunicații mobile celulare.
După cum se știe, atunci când se proiectează un sistem celular de comunicații mobile, apare problema uniformizării radio a teritoriilor, care poate include suprafețe mari acoperite cu vegetație forestieră [3.13]. În acest sens, este necesar să existe informații suficient de precise privind influența pădurilor asupra condițiilor de propagare a semnalelor radio din intervalul decimetric dintre BTS și SM.
După cum se arată în [3.9, 3.25], principalele motive pentru schimbarea câmpului electromagnetic care se propagă prin masivul forestier în punctul de recepție sunt:
- procese de amortizare datorate pierderilor de energie din trunchiuri, ramuri, frunze etc .;
- procesele de difracție asupra elementelor structurii arborilor, care conduc la fluctuații ale amplitudinii și fazei semnalului radio, la o schimbare a spectrului său sub sarcina vântului;
- Câmpul electromagnetic rezultat la punctul de recepție este un câmp de interferență, ale cărui componente sunt:
■ componentele câmpului împrăștiate după difracție;
■ componente emergente (de exemplu, ortogonale) ale câmpului electromagnetic, care conduc la polarizarea încrucișată a semnalului recepționat;
■ reflexia câmpului de pe suprafața de bază a pădurii, care conduce la fluctuații suplimentare ale semnalului radio;
■ schimbarea densității zonelor forestiere cu o schimbare a sezonului, ceea ce duce la o modificare a coeficientului specific de atenuare;
■ schimbarea umiditatii forestiere cu schimbarea conditiilor meteorologice;
■ schimbarea poziției elementelor de arbori în funcție de încărcătura vântului, conducând la fluctuații ale câmpului;
■ modificarea poziției stației mobile MS în raport cu BTS și zona de pădure etc.
Schimbarea spectrului semnalului radio în timpul propagării într-o masivă forestieră sub sarcină eoliană.
Când încărcările de vânt pe traseele forestiere, trunchiurile, ramurile și frunzele arborilor efectuează fluctuații spațiale complexe sub influența presiunii atmosferice variabile în timp.
Distribuția fluxului de aer pe lungimea masivului forestier are următoarele caracteristici (Figura 3.31).
Fig. 3.31. Distribuția fluxului de aer pe lungimea pădurii: zona / - marginea pădurii (marginea de vârf a pădurii); Zona II - suprafața fluxului principal de vânt și difuzarea în pădure; zona III - marginea din spate a pădurii
Când viteza rampei U0 debitului de aer de pe fluxul de aer de pădure începe să se înfășoare în jurul marginea lemnului, ridicându-se la coroanele de copaci, și în regiune (50. 80) de metri de marginea crește viteza vântului, mai mult mișcarea fluxului de aer prin copaci (cu rezistență scăzută), deoarece Împrăștiați, în timp ce o parte din acest curent difuzează în masivul forestier. După cum se arată în experimente, debitul în interiorul pădurii este de ordinul lui T //
1 m / s și deasupra pădurii - poate ajunge la 10. 20 de metri sau mai mult pe secundă. Pe marginea posterioară a părții pădurii există o defalcare a fluxurilor de aer și a formării de vârfuri.
Fluxul de aer din interiorul pădurii, având în vedere dragul aerodinamic considerabil, are o viteză Uf
(0,02 .03) ^ aflata la o distanta de 200 m, la 250 m de la marginea anterioara a padurii, dar poate, dupa cum sa mentionat mai sus, sa ajunga la 1 m / s.
Distrugerea liniilor de curent de aer are loc la aproximativ distanța Lm
15h / (pentru hf = 20 m Lm
Când prin propagarea undelor radio elemente de lemn fluctuație duce la modificarea coeficientului de coeficienți de atenuare și de fază și (3 folosind efectiv constanta dielectrică, și deci amplitudinea și faza a unui punct de semnal de recepție radio.
Ca rezultat al influenței vântului asupra pădurii, spectrul semnalului radio propagat în pădure se schimbă. Pentru frecvențele Doppler care apar atunci când stațiile mobile se deplasează în raport cu BTS, se adaugă componente cu frecvență joasă, care apar datorită efectului vântului asupra elementelor pădurii.
În [3,21] investighează semnalul radio monocromatic spectre pe reflexia din pădure, elementele care oscilează sub efectul vântului, pentru unghiuri mici de pășunat (0 <5. 6°), при этом для усредненной зависимости энергетического спектра S(F) от частоты (в диапазоне от 0 до 100 Гц) характерны следующие области (рис. 3.32):
S (Fs<10 Гц) (-10) дБ — описывается гауссовым законом (то есть распределение скоростей движения близко к нормальному);
S (Fs> 10 Hz) - forma S (Fs) poate fi descrisă de legea puterii S (Fs)
1 / FS4, iar legea puterii de variație a lui S (Fs) este menținută până la frecvența Fs ^ 200 Hz.
Fig. 3,32. Dependența medie a spectrului de energie al lui S (F) față de frecvență
Dependența lățimii spectrale (Fs ce caracterizează schimbarea la schimbarea vitezei vântului Uw), în funcție de Uw prezentat în Fig. 3,33 [3,21], ceea ce implică faptul că principala contribuție la spectrul semnalului reflectat făcând ramuri și vârfurile copacilor, sub forma unui grafic FS (UW) este construit ca dependența lățimii spectrului radio la o anumită valoare și variația funcției de corelare pentru o viteză a vântului dat Uw.
După cum sa menționat în [3.21], reflectarea semnalelor radio de la elementele oscilante forestiere observate semnale semnificative depolarizare corelație slabă între elementele matricei backscatter, adică reflectoarele elementare care formează un semnal radio reflectat, sau au dimensiuni mici, comparabile cu lungimea de undă.
Fig. 3.33. Dependența frecvenței Doppler la viteza de încărcare a vântului pe masivul forestier.
Astfel, prin faptul că sistemele de comunicații mobile celulare utilizare decimetru bandă val, este necesar să se ia în considerare faptul că componentele de joasă frecvență, care pot provoca o denaturare a demodulare pot apărea într-o zonă împădurită, cu o sarcină de vânt în spectrul semnalului RF recepționat.
Astfel, trecerea undelor radio prin pădure însoțit, după cum rezultă din discuția anterioară, nu numai integral de amortizare valuri de energie, dar, de asemenea, schimbarea planului de polarizare, amplitudinea rezultată și a fazei undei la punctul de recepție, o schimbare în spectrul său, toate aceste fenomene, de asemenea, variază în funcție de sezon, condițiile meteorologice, locația BTS și MS, înălțimea antenei BTS etc.
Rezultatele demonstrează un efect puternic al pădurilor privind atenuarea undelor radio, provocând polarizare încrucișată, schimbarea în spectrul semnalelor recepționate (așa-numitele „extinderea lățimii de bandă“) pentru sarcini de vânt și așa mai departe. Aceste rezultate constituie baza pentru o reprezentare fizică fundamentală a modului în care au loc procese absorbția undelor radio în pădurile UHF, și pot fi utilizate în proiectarea sistemelor celulare de comunicații mobile (pentru secțiunea - zona de acoperire radio).
Deoarece pentru standardul celular val de comunicații mobile GSM utilizate la frecvențe de 900, 1800 și 1900 MHz, încercarea de a sintetiza datele experimentale asupra efectului de propagare prin păduri acestor intervale.
Mac Patr și Ford [3.21] au investigat coeficientul de atenuare pentru propagarea undelor radio prin grosimea pădurii cu o adâncime L
85 m (lemn - foioase timp - economisire, Dere-Vias complet acoperit cu frunze) la frecvența / = 1200 MHz pentru undei radio polarizate vertical și au primit valori ale coeficienților de atenuare pentru undei polarizate vertical de ordine av
0,35 dB / m, în timp ce pentru un val orizontal polarizat
OD dB / m, în timp ce cu frecvență în creștere, atenuarea crește:
Experimentele efectuate pentru a evalua factorul de polarizare încrucișată (egal cu raportul dintre amplitudinea câmpului electric polarizat vertical val unui XPD polarizat orizontal = EMV / EMH), a arătat că, la frecvențele 900, 1000 valoare XPD MHz variază -10 3 până la 16 m și o modificare a lungimii fasciculului radio de la 150 la 1000 m. Depolarizarea manifestă undele radio în păduri, în funcție de raportul dintre înălțimea antenei de recepție a stației mobile la lungimea de undă, deoarece EMV atenuat brusc (curenții induși în trunchiuri de arbori verticali), un EMH - mai atenuat, astfel încât factorul de polarizare încrucișată XPD <0 дБ. În gama de frecvențe de la 500 MHz la 3000 MHz și pentru distanțe ce depășesc cu mai mult de 5 ori înălțimea copacilor, rezultatele experimentale sunt de acord bine cu calculele teoretice pentru modelul de difracție pe pană acută ideală în ipoteza că distanța și înălțimea aleasă de aceeași. Astfel, tracturile forestiere la frecvențele utilizate în standardul GSM au următorul efect asupra condiției de propagare a undelor radio: - propagarea undelor radio este întotdeauna însoțită de o polarizare încrucișată sub factorul de polarizare încrucișată, situată în limitele: XPD "de la 0 la (-10) dB; - există o schimbare bruscă a atenuării efective de lucru, în funcție de înălțimea antenei de recepție și de orientarea acesteia în spațiu etc.
Trimiteți-le prietenilor: