Задания по курсовой работе для группы ПС – 01

«Распространение радиоволн и антенно-фидерные устройства систем

подвижной радиосвязи»

Составил: проф. Кубанов В.П.

Материал заданий соответствует действующей программе курса

«Распространение радиоволн и антенно-фидерные устройства систем подвижной

радиосвязи» по специальности 210402 «Средства связи с подвижными объектами». В

каждом задании пять задач.

Задачи подобраны с таким расчетом, что их решение, во-первых, позволит глубже разобраться в основах теории антенн, а, во-вторых, лучше усвоить факторы, влияющие на распространение радиоволн в радиосистемах подвижной связи.

Изучение соответствующих разделов рекомендованной литературы, как правило, позволяет достаточно быстро подобрать соответствующий алгоритм решения задачи.

Вычисления, построение диаграмм, графиков и т.п. необходимо выполнять с применением соответствующего программного продукта, например, Mathcad. Это позволит получить точный результат, уменьшит время, необходимое для решения задачи, а главное, позволит без особого труда проанализировать, как влияют те или иные параметры на конечный результат.

Во всех задачах, как правило, приведены ответы, что позволит контролировать, как правильность хода решения, так и конечный результат. Это очень важно для самостоятельной работы над курсом.

Литература:

1. Ерохин Г.А., Чернышев О.В., Козырев Н.Д., Кочержевский В.Г.

Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн.

Учебник для вузов/ Под ред. Г.А. Ерохина. 2-е издание — М.:

Горячая линия — Телеком, 2004. — 491с.

2. Кубанов В.П. Элементарные излучатели электромагнитных волн. Учебное пособие для вузов. — Самара, ПГУТИ, 2011. — 40с.

3. Кубанов В.П. Линейные симметричные электрические вибраторы в свободном пространстве. Учебное пособие для вузов.

— Самара, ПГУТИ, 2011. — 52 с.: ил.

4. Кубанов В.П. Направленные свойства антенных решеток. Учебное пособие для вузов. — Самара, ПГУТИ, 2011. — 56 с.: ил.

5. Кубанов В.П.Излучение возбужденных поверхностей. Учебное пособие для вузов. — Самара, ПГУТИ, 2011. — 56 с.: ил.

6. Антенно-фидерные устройства. Учебник для вузов/ Г.Н.

Кочержевский. – М.: Связь, 1972. – 472 с. с ил.

7. Кубанов В.П. Антенны и фидеры – назначение и параметры. — Самара, ПГУТИ, 2012. —60 с.: ил. (Есть только электронная версия на сайте кафедры ЭиА).

Вариант 1 – Александрова А.Ю.

Задачи:

1. Параметры антенн и фидеров. Элементарные излучатели электромагнитных волн – Задача № 1 из [2] 2. Линейные симметричные электрические вибраторы – Задача № 1 из [3] 3. Антенные решетки – Задача № 1 из [4] 4. Излучающие поверхности – Задача № 1 из [5] 5. Распространение радиоволн Для линии радиосвязи Земля/спутник определить: основные потери передачи в свободном пространстве, потери передачи и необходимую мощность передатчика земной станции. Исходные условия: длина линии 40000 км; длина волны 3 см; коэффициент усиления передающей антенны земной станции 46 дБ; коэффициент полезного действия фидера передающей антенны 1; необходимая мощность сигнала на входе бортового приемника 10-10 Вт; коэффициент усиления бортовой приемной антенны дБ; коэффициент полезного действия фидера приемной антенны 1. (Ответ:

L0 204,5 дБ; L1 140,5 дБ; P 11180 Вт ).

Вариант 2 – Алипов В.П.

Задачи:

1. Параметры антенн и фидеров. Элементарные излучатели электромагнитных волн – Задача № 2 из [2] 2. Линейные симметричные электрические вибраторы – Задача № 2 из [3] 3. Антенные решетки Задача № 2 из [4] 4. Излучающие поверхности – Задача №2 из [5] 5. Распространение радиоволн.

Для линии радиосвязи Земля/спутник определить: основные потери передачи в свободном пространстве, потери передачи и необходимую мощность передатчика земной станции. Исходные условия: длина линии 40000 км; длина волны 3 см; коэффициент усиления передающей антенны земной станции 46 дБ; коэффициент полезного действия фидера передающей антенны 0,9; необходимая мощность сигнала на входе бортового приемника 10-10 Вт; коэффициент усиления бортовой приемной антенны 18 дБ; коэффициент полезного действия фидера приемной антенны 0,9. На участке линии длиной 200 км существуют потери в атмосфере, значение которых оцениваются коэффициентом затухания -0,015 дБ/км.

(Ответ: L0 204,5 дБ; L1 140,5 дБ; P1 13800 Вт ).

1. Параметры антенн и фидеров. Элементарные излучатели электромагнитных волн – Задача № 3 из [2].

2. Линейные симметричные электрические вибраторы – Задача № 3 из 3. Антенные решетки – Задача № 3 из [4].

4. Излучающие поверхности – Задача №3 из [5].

5. Распространение радиоволн.

Для линии радиосвязи Земля /космический аппарат определить предельное расстояние, на котором земная станция будет принимать сигналы космического аппарата, основные потери передачи в свободном пространстве и полные потери передачи на трассе. Исходные условия:

мощность передатчика на космическом аппарате 2 Вт, частота передатчика 2 ГГц; коэффициент усиления передающей антенны на борту аппарата 0 дБ;

коэффициент усиления приемной станции на Земле 60 дБ; минимальная мощность, которая регистрируется приемником земной станции 10-15 Вт.

(Ответ: L0 224,5 дБ; L1 164,0 дБ; r 1,892 10 6 км ).

1. Параметры антенн и фидеров. Элементарные излучатели электромагнитных волн – Задача № 4 из [7].

2. Линейные симметричные электрические вибраторы – Задача № 4 из 3. Антенные решетки – Задача № 4 из [4].

4. Излучающие поверхности – Задача №4 из [5].

5. Распространение радиоволн.

Для линии радиосвязи Земля /космический аппарат определить предельное расстояние, на котором земная станция будет принимать сигналы космического аппарата, основные потери передачи в свободном пространстве и полные потери передачи на трассе. Исходные условия:

частота передатчика земной станции 2 ГГц; коэффициент усиления передающей и приемной антенн земной станции 60 дБ; минимальная мощность, которая регистрируется приемником земной станции 10-15 Вт;

космический аппарат выполняет роль пассивного ретранслятора, его эффективная площадь рассеяния в направлении на приемную антенну равна 2,5 м2. (Ответ: L0 169,2 дБ; L1 49,2 дБ; r 3,45 103 км ).

1. Параметры антенн и фидеров. Элементарные излучатели электромагнитных волн – Задача № 5 из [7].

2. Линейные симметричные электрические вибраторы – Задача № 5 из 3. Антенные решетки – Задача № 5 из [4].

4. Излучающие поверхности – Задача №5 из [5].

5. Распространение радиоволн.

Космический аппарат удаляется от Земли. Для поддержания связи с земной станцией наблюдения на аппарате установлены два передатчика – маломощный и повышенной мощности. Определить: а) расстояние, на котором необходимо включить более мощный передатчик; б) предельное расстояние, при котором возможен прием сигналов с борта космического аппарата. Исходные данные: мощность маломощного передатчика на космическом аппарате 2 Вт, передатчика повышенной мощности 200 Вт;

рабочая частота передатчиков 2 ГГц; коэффициент усиления передающей антенны на борту аппарата 0 дБ; коэффициент усиления антенны приемной станции на Земле 57 дБ; минимальная мощность, которая регистрируется r1 3,779 10 км; r1 3,779 10 км ).

1. Элементарные излучатели электромагнитных волн – Задача № 6 из [7].

2. Линейные симметричные электрические вибраторы – Задача № 6 из 3. Антенные решетки – Задача № 6 из [4].

4. Излучающие поверхности – Задача №6 из [5].

5. Распространение радиоволн.

Рассчитать и построить область существенную для распространения радиоволн линии протяженностью 10 км и частоте 3000 Мгц. Расчет выполнить при условии учета восьми зон Френеля. Рассчитать и построить границы областей, соответствующих 1-ой и минимальной зоне Френеля.

Каков максимальный радиус у минимальной зоны Френеля? (Ответ: при r1 5000 м, max 9.13 м ).

Задачи:

1. Параметры антенн и фидеров. Элементарные излучатели электромагнитных волн – Задача № 7 из [2].

2. Линейные симметричные электрические вибраторы – Задача № 7 из 3. Антенные решетки – Задача № 7 из [4].

4. Излучающие поверхности – Задача №7 из [5].

5. Распространение радиоволн.

Рассчитать и построить зависимость предельного расстояния прямой видимости от высоты подвеса приемной антенны, если передающая антенна имеет высоту подвеса а)100 м, б) 50 м, а высота подвеса приемной антенны изменяется от 0 до 20 м.

1. Параметры антенн и фидеров. Элементарные излучатели электромагнитных волн – Задача № 8 из [2].

2. Линейные симметричные электрические вибраторы – Задача № 8 из 3. Антенные решетки – Задача № 8 из [4].

4. Излучающие поверхности – Задача №8 из [5].

5. Распространение радиоволн Определить значения множителя ослабления, напряженности поля в месте приема и потери передачи на радиолинии при следующих данных:

передающая и приемные антенны имеют КНД 20 дБ, излучаемая мощность 15 Вт, длина волны 35 см, высота передающей антенны 80 м, приемной – м; расстояние между антеннами 8 км, модуль коэффициента отражения 0,91, фаза 1800.

1. Параметры антенн и фидеров. Элементарные излучатели электромагнитных волн – Задача № 9 из [2].

2. Линейные симметричные электрические вибраторы – Задача № 9 из 3. Антенные решетки – Задача № 9 из [4].

4. Излучающие поверхности – Задача №9 из [5].

5. Распространение радиоволн.

Рассчитать и построить зависимость модуля множителя ослабления и напряженности поля в месте приема от расстояния на радиолинии при следующих исходных данных: передающая антенна имеет КНД 20 ДБ, излучаемая мощность 100 Вт; длина волны 35 см, высота передающей антенны 80 м, приемной – 10 м; расстояние между антеннами изменяется от 1 до 20 км, модуль коэффициента отражения 1, фаза 1800. (Ответ: при Элементарные излучатели электромагнитных волн – Задача № 10 из [7].

Линейные симметричные электрические вибраторы – Задача № 10 из [3].

Антенные решетки – Задача № 10 из [4].

Излучающие поверхности – Задача №10 из [5.] Распространение радиоволн.

Рассчитать зависимость потерь от расстояния на радиолинии при следующих исходных данных: трасса проходит в городе, передающая антенна базовой станции системы подвижной связи GSM – 900 имеет коэффициент усиления 12 ДБ, приемная антенна мобильной станции имеет коэффициент усиления 0 дБ. Высота подвеса передающей антенны базовой станции 50 м, приемной на мобильной станции – 1,5 м; расстояние между базовой станцией и мобильной изменяется от 1 до 20 км. (Ответ: при 1. Параметры антенн и фидеров. Элементарные излучатели электромагнитных волн – Задача № 11 из [7].

2. Линейные симметричные электрические вибраторы – Задача № 11 из 3. Антенные решетки – Задача № 11 из [4].

4. Излучающие поверхности – Задача №11 из [5].

5. Распространение радиоволн.

Рассчитать зависимость потерь от расстояния на радиолинии при следующих исходных данных: трасса проходит в пригороде, передающая антенна базовой станции системы подвижной связи GSM – 900 имеет коэффициент усиления 12 дБ, приемная антенна мобильной станции имеет коэффициент усиления 0 дБ. Высота подвеса передающей антенны базовой станции 50 м, приемной на мобильной станции – 1,5 м; расстояние между базовой станцией и мобильной изменяется от 1 до 20 км. (Ответ: при 1. Параметры антенн и фидеров. Элементарные излучатели электромагнитных волн – Задача № 12 из [7].

2. Линейные симметричные электрические вибраторы – Задача № 12 из 3. Антенные решетки – Задача № 12 из [4].

4. Излучающие поверхности – Задача №12 из [5].

5. Распространение радиоволн.

Рассчитать зависимость потерь от расстояния на радиолинии при следующих исходных данных: трасса проходит в сельской местности, передающая антенна базовой станции системы подвижной связи GSM – имеет коэффициент усиления 12 ДБ, приемная антенна мобильной станции имеет коэффициент усиления 0 дБ. Высота подвеса передающей антенны базовой станции 50 м, приемной на мобильной станции – 1,5 м; расстояние между базовой станцией и мобильной изменяется от 1 до 20 км. (Ответ:

при r 13 км L 124 дБ ).

1. Параметры антенн и фидеров. Элементарные излучатели электромагнитных волн – Задача № 13 из [2].

2. Линейные симметричные электрические вибраторы – Задача № 13 из 3. Антенные решетки – Задача № 13 из [4].

4. Излучающие поверхности – Задача №13 из [5].

5. Распространение радиоволн.

Рассчитать зависимость потерь от расстояния на радиолинии при следующих исходных данных: трасса проходит по открытой местности, передающая антенна базовой станции системы подвижной связи GSM – имеет коэффициент усиления 12 ДБ, приемная антенна мобильной станции имеет коэффициент усиления 0 дБ. Высота подвеса передающей антенны базовой станции 50 м, приемной на мобильной станции – 1,5 м; расстояние между базовой станцией и мобильной изменяется от 1 до 20 км. (Ответ:

при r 18 км L 125 дБ ).

1. Параметры антенн и фидеров. Элементарные излучатели электромагнитных волн – Задача № 14 из [7].

2. Линейные симметричные электрические вибраторы – Задача № 14 из 3. Антенные решетки – Задача № 14 из [4].

4. Излучающие поверхности – Задача №14 из [5].

5. Распространение радиоволн.

Рассчитать зависимость потерь от расстояния на радиолинии при следующих исходных данных: трасса проходит по центру крупного города с плотностью застройки 50%, передающая антенна базовой станции системы подвижной связи GSM – 900 имеет коэффициент усиления 12 дБ, приемная антенна мобильной станции имеет коэффициент усиления 0 дБ. Высота подвеса передающей антенны базовой станции 50 м, приемной на мобильной станции – 1,5 м; расстояние между базовой станцией и мобильной изменяется от 1 до 5 км. (Ответ: r 4 км L 144 дБ ).

1. Параметры антенн и фидеров. Элементарные излучатели электромагнитных волн – Задача № 15 из [7].

2. Линейные симметричные электрические вибраторы – Задача № 15 из 3. Антенные решетки – Задача № 15 из [4].

4. Излучающие поверхности – Задача №15 из [5].

5. Распространение радиоволн.

Линия радиосвязи с подвижным объектом обеспечивает связь на расстоянии до 50 км при отсутствии осадков в виде дождя. Определить максимальное расстояние, при котором сохранится работоспособность линии радиосвязи в условиях сильного дождя, если: погонное ослабление сигнала в дожде равно (– 0,4 дБ/км), длина трассы дождя 10 км.

(Теоретический материал для изучения можно найти в [1] c. 350-354, 412-415.) 1. Параметры антенн и фидеров. Элементарные излучатели электромагнитных волн – Задача № 16 из [7].

2. Линейные симметричные электрические вибраторы – Задача № 16 из 3. Антенные решетки – Задача № 16 из [4].

4. Излучающие поверхности – Задача №16 из [5].

5. Распространение радиоволн.

На сколько километров уменьшится дальность обнаружения радиолокационной станцией летящей цели при возникновении дождя, погонное ослабление сигнала в котором (– 2 дБ/км) на участке трассы 1,5 км.

В отсутствии дождя дальность обнаружения равна 50 км. (Ответ: 24,94 км).

1. Параметры антенн и фидеров. Элементарные излучатели электромагнитных волн – Задача № 17 из [7].

2. Линейные симметричные электрические вибраторы – Задача № 17 из 3. Антенные решетки – Задача № 17 из [4].

4. Излучающие поверхности – Задача №17 из [5].

5. Распространение радиоволн.

Линия радиосвязи с подвижным объектом обеспечивает связь на расстоянии до 50 км при отсутствии осадков в виде дождя. Определить максимальное расстояние, при котором сохранится работоспособность линии радиосвязи в условиях сильного дождя при условиях: погонное ослабление сигнала в дожде (– 0,8 дБ/км). Длина трассы дождя 5 км.

(Ответ: r 31,5 км ).

1. Параметры антенн и фидеров. Элементарные излучатели электромагнитных волн – Задача № 18 из [7].

2. Линейные симметричные электрические вибраторы – Задача № 18 из 3. Антенные решетки – Задача № 18 из [4].

4. Излучающие поверхности – Задача №18 из [5].

5. Распространение радиоволн.

На сколько километров уменьшится дальность обнаружения радиолокационной станцией летящей цели при возникновении дождя, погонное ослабление сигнала в котором (–1 дБ/км) на участке трассы 3 км. В отсутствие дождя дальность обнаружения равна 50 км.

1. Параметры антенн и фидеров. Элементарные излучатели электромагнитных волн – Задача № 19 из [7].

2. Линейные симметричные электрические вибраторы – Задача № 19 из 3. Антенные решетки – Задача № 19 из [4].

4. Излучающие поверхности – Задача №19 из [5].

5. Распространение радиоволн.

Рассчитать и построить функцию распределения амплитуд сигнала при быстрых интерференционных замираниях, если медианное значение амплитуды 2 мВ/м. Определить, с какой вероятностью будет превышаться значение амплитуды сигнала 3,7 мВ/м. (Ответ: p(u 3,7) 0,094 ).

1. Параметры антенн и фидеров. Элементарные излучатели электромагнитных волн – Задача № 20 из [7].

2. Линейные симметричные электрические вибраторы – Задача № 20 из 3. Антенные решетки – Задача № 20 из [4].

4. Излучающие поверхности – Задача №20 из [5].

5. Распространение радиоволн.

Рассчитать и построить функцию распределения амплитуд сигнала при двукратном разнесенном приеме сигнала с автовыбором большего из сигналов в условиях быстрых интерференционных замираний, если медианное значение амплитуды 2 мВ/м. Определить с какой вероятностью будет превышаться значение амплитуды сигнала 1,4 мВ/м. (Ответ:

p(u 1,4) 0,918 ).

1. Параметры антенн и фидеров. Элементарные излучатели электромагнитных волн – Задача №21 из [2].

2. Линейные симметричные электрические вибраторы – Задача № 21 из 3. Антенные решетки – Задача № 21 из [4].

4. Излучающие поверхности – Задача №21 из [5].

5. Распространение радиоволн.

Рассчитать и построить функцию распределения амплитуд сигнала в условиях медленных замираний, если медианное значение амплитуды мВ/м, а стандартное отклонение значений амплитуды 6 дБ. Определить с какой вероятностью будет превышаться значение амплитуды сигнала мВ/м. (Ответ: p(u 60) 0,4 ).

1. Параметры антенн и фидеров. Элементарные излучатели электромагнитных волн – Задача № 22из [7].

2. Линейные симметричные электрические вибраторы – Задача № 22 из 3. Антенные решетки – Задача № 22 из [4].

4. Излучающие поверхности – Задача № 22 из [5].

5. Распространение радиоволн.

Рассчитать и построить зависимость предельного расстояния прямой видимости от высоты подвеса приемной антенны, если передающая антенна имеет высоту подвеса 100 м, а высота подвеса приемной антенны изменяется от 0 до 20. Рассмотреть два случая: а) распространение происходит в условиях стандартной рефракции, когда градиент индекса преломления тропосферы равен (– 0.04 1/м); б) рефракция не учитывается.

(Ответ: при g 0,04 1/ м, h2 12 r 55,7 км ).

1. Параметры антенн и фидеров. Элементарные излучатели электромагнитных волн – Задача № 23 из [2].

2. Линейные симметричные электрические вибраторы – Задача № 23 из 3. Антенные решетки – Задача № 23 из [4].

4. Излучающие поверхности – Задача №23 из [5].

5. Распространение радиоволн.

Рассчитать и построить зависимость предельного расстояния прямой видимости от высоты подвеса приемной антенны, если передающая антенна имеет высоту подвеса 100 м, а высота подвеса приемной антенны изменяется от 0 до 20 м. Рассмотреть два случая: а) распространение происходит в условиях повышенной рефракции, когда градиент индекса преломления тропосферы равен (– 0,1 1/м); б) рефракция не учитывается.

(Ответ: при g 0,1 1 / м, h2 12 r 79,8 км ).

1. Параметры антенн и фидеров. Элементарные излучатели электромагнитных волн – Задача № 24 из [2].

2. Линейные симметричные электрические вибраторы – Задача № 24 из 3. Антенные решетки – Задача № 24 из [4].

4. Излучающие поверхности – Задача №24 из [5].

5. Распространение радиоволн.

Трасса радиорелейной линии имеет протяженность 20 км. Высоты подвеса антенн 25 м и 20 м. Вдоль трассы (координата r) имеются неровности, высота которых h. Значения r b h заданы данными таблицы:

r, км Построить профиль трассы с учетом неровностей и определить просвет между самым высоким препятствием и линией, соединяющей антенны. Явление рефракции не учитывать. (Ответ: H (6) 6,907 м ).

(Е.Ю.ШЕРЕДЬКО. «РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН И АНТЕННОФИДЕРНЫЕ УСТРОЙСТВА. ИЗДАТЕЛЬСТВО СВЯЗЬ, М. 1976 C 49-51») 1. Параметры антенн и фидеров. Элементарные излучатели электромагнитных волн – Задача № 25 из [2].

2. Линейные симметричные электрические вибраторы – Задача № 25 из 3. Антенные решетки Задача № 25 из [4].

4. Излучающие поверхности – Задача №25 из [5].

5. Распространение радиоволн.

Гладкая (без неровностей) трасса радиорелейной линии имеет протяженность 20 км. Построить профиль трассы и определить высоту подвеса антенн, обеспечивающую просвет между поверхностью земли и областью существенной для распространения радиоволн, ограниченной минимальной зоной Френеля.. Тропосфера стандартная и оценивается градиентом диэлектрической проницаемости (– 7,85 х 10 – 8 1/м). (Ответ:

h 10,6 м ).

(Е.Ю.ШЕРЕДЬКО. «РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН И АНТЕННОФИДЕРНЫЕ УСТРОЙСТВА. ИЗДАТЕЛЬСТВО СВЯЗЬ, М. 1976 C 49-51») 1. Параметры антенн и фидеров. Элементарные излучатели электромагнитных волн – Задача № 26 из [2].

2. Линейные симметричные электрические вибраторы – Задача № 26 из 3. Антенные решетки – Задача № 26 из [4].

4. Излучающие поверхности – Задача №26 из [5].

5. Распространение радиоволн.

Определить значение напряженности поля, создаваемое передающей телевизионной станцией на расстоянии прямой видимости при условиях: высота передающей антенны 200 м, высота точки приема 10 м мощность передатчика равна 50 кВт; коэффициент усиления передающей антенны в направлении на точку приема равен 12 дБ; множитель ослабления, обусловленный влиянием различных факторов, равен -50 дБ;.

(Ответ: E 353 мкВ / м ).