Проектирование сегментов радиорелейной линии связи

ВВЕДЕНИЕ

В сетях связи происходит интеграция безпроводных и проводных линий и переход к цифровым системам передачи, которые обеспечивают передачу всех видов первичных сигналов в цифровом виде. При этом широко используются волоконно-оптические, радиорелейные и спутниковые системы передачи, новые технологии производства и эксплуатации средств связи при повсеместном использовании элементов цифровой техники и ЭВМ. Примером этому являются системы “Глонасс” и зарубежные МMDS, МSDN.

Данное обстоятельство приводит к необходимости совместного использования антенно-фидерных устройств и наземного оборудования радиорелейных и спутниковых приемо-передающих систем, а также к необходимости решения задач их электромагнитной совместимости.

В вопросах цифровизации сети связи Украина существенно отстаёт от развитых стран. Для эффективного развития связи в Украине предпринимаются определённые меры. В частности, введены в эксплуатацию в областных центрах и Киеве электронные АТС типа 5ESS и EWSD. Строятся мощные соединительные линии на основе волоконно-оптического кабеля, производится реконструкция эксплуатируемых сетей путём замены аналоговой аппаратуры на цифровую, налаживается и расширяется производство аппаратуры современных цифровых систем передачи (ЦСП) и т.д. В этих условиях решение задач по цифровизации сетей связи Украины существенно зависит от того, насколько специалисты электросвязи владеют вопросами построения и функционирования современных ЦСП.

Курсовая работа имеет целью дать студентам знания и привить практические навыки по проектированию основных элементов радиорелейных систем передач - наземных цифровых систем передачи. Она также нацелена на привитие навыков расчета основных характеристик электромагнитных волн в свободном пространстве и в средах, что является необходимым для проектирования антенно-фидерных устройств.

1. Расчет характеристик электромагнитных волн в свободном пространстве и в проводящих средах

Исходные данные для расчёта основных характеристик ЭМВ, распространяющихся в свободном пространстве и в проводящих средах представлены в таблице 1.1

Таблица 1.1-Исходные данные

n[МГц]	s [мСм/м]	e [кВт]	Е [В/м]	k [м-1]	х [м]	t0 нс	l [cм]	t1 (с)	t2 (с)
13	13	14	300	13	14	32	140	0	Т/10

При выполнении приведенных ниже заданий воспользуемся следующими соотношениями:

для бегущей електромагнитной волны выполняется равенство

 (1.1)

фазовая скорость электромагнитной волны

 (1.2)

объемная плотность энергии электромагнитного поля

 (1.3)

плотность потока энергии – вектор Пойтинга

 (1.4).

При проведении расчетов также использовали уравнения Максвелла.

Задание 1

Плоская электромагнитная волна с частотой  распространяется в слабо проводящей среде с удельной проводимостью  и диэлектрической проницаемостью . Найти отношение амплитуд плотностей токов проводимости и смещения в зависимости от номера варианта.

Решение

Амплитуда плотности тока проводимости определяется выражением

 (1.5)

Амплитуда плотности тока смещения определяется выражением

 (1.6)

где

Используя выражения (1.5), (1.6) и данные табл.1.1 производим расчёт искомой величины

Задание 2

В вакууме распространяется плоская электромагнитная волна E = E_m cos (wt-kr), где E_m = E_me_y, k = ke_х, e_х, e_{y –} орты осей х, y. Найти вектор H в точке с радиус – вектором r = хe_х в момент: а) t = 0; б) t = t₀.

Решение

Используя выражение (1.1) выражаем вектор Н(r.t)

 (1.7)

Используя выражение (1.7) расчитываем вектор H в момент t = 0

Используя выражение (1.7) расчитываем вектор H в момент t = t₀

Задание 3

Плоская электромагнитная волна E = E_mcos(wt-kх), распространяющаяся в вакууме, наводит э.д.с. индукции _инд в квадратном контуре со стороной l. Расположение контура показано на рисунке 1.1. Найти _инд(t).

Рисунок 1.1 – Контур, в котором наводится _инд

Решение

Искомую э.д.с. индукции _индбудем искать как сумму составляющих э.д.с. индукции в каждой стороне контура (рис.1.1).

Задание 4

Найти средний вектор Пойнтинга <S> у плоской электромагнитной волны E = E_mcos (wt-kr), если волна распространяется в вакууме.

Решение

Среднее значение вектора Пойнтинга <S> будем искать как

<S>=ckW (1.8)

Используя выражения (1.8), (1.3) определяем среднее значение вектора Пойнтинга <S>

Задание 5

Плоская гармоническая линейно поляризованная электромагнитная волна распространяется в вакууме. Амплитуда напряженности электрической составляющей волны E_m, частота . Найти:

а) действующее значение плотности тока смещения;

б) среднюю за период колебания плотность потока энергии.

Решение

Действующее значение плотности тока смещения будем определять по выражению

 (1.9)

где - значение плотности тока смещения (1.6)

Используя выражения (1.6), (1.9) определяем действующее значение плотности тока смещения

Среднюю за период колебания плотность потока энергии определим по выражению

 (1.10)

Используя выражение (1.10) определяем среднюю за период колебания плотность потока энергии

Задание 6

В вакууме в направлении оси х установилась стоячая электромагнитная волна, электрическая составляющая которой E(x,t) = E_mcos kхcos wt. Найти магнитную составляющую волны B (х,t). Изобразить примерную картину распределения электрической и магнитной составляющих волны (E и B) в моменты t1 и t2, где T – период колебаний.

Решение

Магнитную составляющую волны B (х,t) определяется выражением

 (1.11)

где

 (1.12)

Используя выражения (1.11), (1.12) определяем магнитную составляющую волны B (х,t)

Примерная картину распределения электрической и магнитной составляющих волны (E и B) в моменты t1 и t2 изображена на рис.1.2 – рис.1.3

Рис.1.2 - Картины распределения магнитной составляющей волны (B) в моменты t1 = 0 и t2 = T/10

Рис.1.3 - Картины распределения электрической составляющей волны (E) в моменты t1 = 0 и t2 = T/10

Задание 7

В вакууме вдоль оси х установилась стоячая электромагнитная волна E = E_mcos kхcos wt. Найти х – проекцию вектора Пойнтинга S_х (х, t).

Решение

Электрическая и магнитная компоненты стоячей электромагнитной волны (E и B), установившейся вдоль оси х определяются выражениями (1.13)

 (1.13)

Найдём проекцию вектора Пойнтинга S_х (х, t) используя соотношения (1.13)