Электромагнитная совместимость средств связи

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение Высшего профессионального образования

Уфимский государственный авиационный технический университет

Расчетно-графическая работа

"Электромагнитная совместимость средств связи”

Выполнил: студент

Горшунов Н.В.

Проверил:

Конюхов С.С.

Уфа 2014

Оглавление

1. Прогнозирования ЭМС РРЛ и РЛС

1.1 Исходные данные для прогнозирования ЭМС

1.2 Анализ параметров источников полезного и мешающего сигналов

1.3 Потери энергии на трассе распространения радиоволн

1.4 Характеристики рецептора

2. ЭМС сотовых систем связи

2.1 Исходные данные для расчета

2.2 Анализ параметров источников полезного и мешающего cигналов

2.3 Потери энергии на трассе распространения радиоволн

2.4 Характеристики рецептора

2.5 Оценка условий обеспечения ЭМС

1. Прогнозирования ЭМС РРЛ и РЛС

1.1 Исходные данные для прогнозирования ЭМС

Мощность передатчика РРЛ, Вт;

Частота сигнала передатчика РРЛ, МГц;

Высота установки антенны передатчика РРЛ, м;

Полоса пропускания передатчика РРЛ - 10 МГц;

Коэффициент затухания фидера РРЛ - 0,05 дБ/м;

Антенна передатчика РРЛ:

Пирамидальная рупорная антенна;

Параметры раскрыва антенны: м, м, м, м;

Поляризация - горизонтальная;

Коэффициент усиления - 20 дБм;

Отклонение главного направления передающей антенны РРЛ от направления на приемник РРЛ - .

Мощность передатчика РЛС, Вт;

Частота 1-й гармоники передатчика РЛС, МГц;

Высота установки антенны передатчика РЛС, м;

Коэффициент затухания фидера передатчика РЛС - 0,04 дБ/м;

Длительность импульса РЛС, мкс;

Антенна передатчика РЛС:

Зеркальная параболическая;

м - радиус раскрыва рефлектора;

f = 0,1 м - фокусное расстояние антенны;

n = 4 - технологическую точность изготовления антенны;

g = 0,5 - эффективность зеркальной антенны;

Поляризация: круговая;

Коэффициент усиления - 45 дБм

Минимальное отклонение главного направления передающей антенны РЛС, при круговом обзоре, от направления на приемник РРЛ - .

Частота приема РРЛ, МГц;

Полоса пропускания приемника РРЛ - 10 МГц;

Коэффициент шума приемника, дБм

Коэффициент затухания фидера приемника РРЛ - 0,05 дБ/м;

Защитное отношение для приемника РРЛ, дБ;

Антенна приемника РРЛ:

Пирамидальная рупорная антенна;

Параметры раскрыва антенны: м, м, м, м;

Поляризация - горизонтальная;

Отклонение главного направления приемной антенны РРЛ от направления на передатчик РРЛ - ;

Отклонение главного направления приемной антенны РРЛ от направления на передатчик РЛС - ;

Трасса распространения передатчик РРЛ - приемник РРЛ - прямая

видимость (т.е. дифракционные потери отсутствуют);

Расстояние передатчик РРЛ - приемник РРЛ - 25 км;

Трасса распространения передатчик РЛС - приемник РРЛ - пригородная местность;

Расстояние передатчик РЛС - приемник РРЛ - 9,2 км;

1.2 Анализ параметров источников полезного и мешающего сигналов

Мощность передатчиков:

Для передатчика РРЛ: дБм;

электромагнитная совместимость сотовая связь

Для передатчика РЛС: дБм.

2. Уменьшение уровня мощности мешающего сигнала на гармониках:

В полосу частот приемника попадает 2 гармоника передатчика мешающего сигнала: МГц. При этом уровень мощности гармонических составляющих уменьшается на 55 дБ (из таблицы 1.1.).

Таблица 1.1 Уровень мощности излучения гармонических составляющих относительно основной частоты.

Потери в фидерах:

Длину фидеров принимаем равной высоте установки антенн передатчиков.

Для передатчика РРЛ:

потери = длина _ коэффициент затухания = 20_0,035 = 0,7, дБ.

Для передатчика РЛС:

потери = длина _ коэффициент затухания = 0,5_0,03 = 0,015, дБ.

4. Усиление антенн:

Для антенны передатчика РРЛ:

, дБм

Для антенны передатчика РЛС:

, дБм

5. Уменьшение уровня мощности для частот передатчика, лежащих вне

рабочей полосы частот.

Учитывается в пунктах 19 и 20, которые дают интегральную оценку потерь вне рабочей полосы.

6. Уменьшение коэффициента усиления антенны передатчика в направлении рецептора.

Определяется в зависимости от ориентации антенны передатчика мешающего сигнала и ее диаграммы направленности.

Т.к. в курсовой мешающий сигнал создается РЛС при круговом обзоре, это означает что, в определенный момент времени рецептор находится точно по направлению максимума диаграммы направленности антенны передатчика РЛС.

Передающая антенна РРЛ направлена точно на приемник РРЛ. Это значит, что в строку 6 как для приемника, так и для передатчика записывается 0.

7. Итоговые данные по уровню эффективно передаваемой мощности

С помощью расчета параметров передатчиков, полученные результаты сводятся в

Таблицу 1.2 Для нахождения результата необходимо сложить все строки таблицы.

Таблица 1.2 Расчет уровня эффективной передаваемой мощности
Параметр	Сигнал	Помеха
	+дБ	-дБ	+дБ	-дБ
1. Мощность передатчика	40	-	60	-
2. Уменьшение уровня мощности на гармониках	-	-	-	55
3. Потери в фидерах	-	0,7	-	0,015
4. Усиление антенны	20	-	45	-
5. Уменьшение уровня мощности вне рабочей полосы частот	-	-	-	0
6. Уменьшение коэффициента усиления антенны в направлении рецептора	-	0	-	0
7. Уровень эффективной передаваемой мощности	59,3	49,99

1.3 Потери энергии на трассе распространения радиоволн

Медианные потери.

Потери на распространение радиоволн в свободном пространстве между передатчиком и приемником выражаются соотношением:

[дБ]

где - расстояние между приемником и передатчиком, [м];- частота полезного или мешающего сигнала, [Гц];= 300 000 000 [м/c] - скорость света.

В системе единиц [км] и [МГц] выражение для вычисления медианных потерь преобразуется к виду:

[дБ]

Для трассы передатчик РРЛ - приемник РРЛ:

 [дБ];

Для трассы передатчик РЛС - приемник РРЛ:

[дБ];

Дифракционные потери.

Т.к. между передатчиком и приемником РРЛ установлена прямая видимость, а характер местности неизвестен, то для сигнала РРЛ дифракционные потери на трассе распространения примем нулевыми.

Т.к. данные о трассе распространения мешающего сигнала РЛС отсутствуют, то для "худшего случая" дифракционные потери берем равными 0 дБ.

10. Замирание сигнала.

Т.к. данные о трассе распространения отсутствуют, то берем запас на замирание полезного сигнала 40дБ.

Т.к. данные о трассе распространения отсутствуют, то для "худшего случая" потери при замирании мешающего сигнала берем 0 дБ.

11. Потери в атмосферных осадках сказываются на частотах выше 5 ГГц. На частотах ниже 5 ГГц потери практически отсутствуют.

12. Суммарные потери на трассе распространения подсчитываются с помощью таблицы 1.3 сложением значений всех строк.

Таблица 1.3 Потери на трассе распространения

Параметр	Сигнал	Помеха
	+дБ	-дБ	+дБ	-дБ
8. Медианные потери	-	127,82	-	119,03
9. Дифракционные потери	-	0	-	0
10. Потери при замирании сигнала (интерференция)	-	40	-	0
11. Потери в атмосферных осадках	-	0	-	0
12. Суммарные потери на трассе распространения	-167,82	-119,03

1.4 Характеристики рецептора

связь сигнал радиоволна

Коэффициент усиления приемной антенны.

Приемная антенна РРЛ такая же, как и у передатчика РРЛ, частота принимаемого полезного сигнала примерно равна частоте 2-ой гармоники мешающего сигнала. Значит КУ приемной антенны равен 20 дБ, записываем его в таблицу одинаковым и для сигнала и для помехи.

14. Уменьшение коэффициента усиления приемной антенны в направлении передатчика.

Ширина диаграммы направленности приемной антенны в плоскости Н:

Отклонение главного направления приемной антенны РРЛ от направления на передатчик РРЛ , значит он находится в зоне главного лепестка приемной антенны, следовательно уменьшение КУ приемной антенны в направление передатчика РРЛ равно 0.

Отклонение главного направления приемной антенны РРЛ от направления на передатчик РЛС: <BW, значит РЛС попадает в главный лепесток приемной антенны РРЛ, следовательно, уменьшение КУ приемной антенны в направление передатчика РРЛ равно 0.

15. Уменьшение коэффициента усиления антенны из-за рассогласования поляризации приемной и передающей антенн выбирается из таблицы 1.4.

Для пары приемник РРЛ - передатчик РРЛ:

горизонтальная поляризация - горизонтальная поляризация = 0 дБ;

Для пары приемник РРЛ - передатчик РЛС:

горизонтальная поляризация - круговая поляризация = 3 дБ;

Таблица 1.4 Поправочный коэффициент [дБ], учитывающий поляризацию антенн приемника и передатчика

Потери в фидере приемного тракта.

Определяются так же, как и для передатчиков. Так как по фидеру приемного тракта идет как сигнал от РРЛ, так и от РЛС, то в таблицу заносится одинаковое значение.

потери = длина _ коэффициент затухания = 20_0,035 = 0,7, дБ.

Суммарное усиление антенны определяется с помощью таблицы 1.5

путем суммирования значений для сигнала и помехи всех строк таблицы.

Таблица 1.5 Суммарное усиление антенны рецептора

Параметр	Сигнал	Помеха
	+дБ	-дБ	+дБ	-дБ
13. Коэффициент усиления приемной антенны	20	-	20	-
14. Уменьшение коэффициента усиления в направлении источника помехи	-	0	-	0
15. Уменьшение коэффициента усиления антенны из-за рассогласования поляризаций	-	0	-	3
16. Потери в фидерах	-	0,7	-	0,7
17. Суммарное усиление антенны	+19,3	+16,3

18. Мощность на входе приемника определяется по результатам

проведенных расчетов по таблице 1.6.

Таблица 1.6. Мощность на входе приемника

Параметр	Сигнал	Помеха
	+дБ	-дБ	+дБ	-дБ
7. Уровень эффективной передаваемой мощности	+59,3	+49,99
12. Суммарные потери на трассе распространения	-167,82	-119,03
17. Суммарное усиление антенны рецептора	+19,3	+16,3
18. Мощность на входе приемника-рецептора	-89,22	-52,74

19. Поправка на несовпадение рабочих частот.

Несовпадение частоты приема РРЛ и 2-й гармоники РЛС равно:

МГц.

Полосы пропускания на уровне 3 дБ приемника РРЛ BR=10 МГц. Полоса пропускания передатчика РЛС

МГц

Параметр B позволяющий использовать графики на рисунке 1.1 равен:

= (BR + BT) /2 = (10+0,64) /2 = 5,32 МГц.

По графику на рисунке 1.1 поправочный коэффициент К (ДF, В) = - 56 дБ.

Поправка на ширину полосы частот.

BR > BT, следовательно, по таблице 1.7 коррекция на ширину полосы пропускания равна 0 дБ.

Таблица 1.7 Таблица коррекции.

Чувствительность приемника.

Так как один и тот же приемник обрабатывает полезный и мешающий сигналы, то заданное значение чувствительности приемника учитывается как для сигнала, так и для помехи.

Чувствительность определяется уровнем эффективно передаваемой мощности шума:

= - 144 + F + 10lgВR = - 144 + 36 + 10lg10 = - 98 дБм.

Выигрыш в отношениях S/N и I/N при детектировании

Так как в приемнике РРЛ не предусмотрено никаких специальных средств или приемов по выделению сигналов при детектировании, то отношения S/N и I/N останутся такие же, как и на входе детектора.

23. Отношение S/N и I/N на выходе детектора.

Определим отношения S/N для полезного сигнала и I/N для помехи с помощью таблицы 1.7., просуммировав данные соответствующих столбцов, беря значения строки 21 (чувствительность приемника) со знаком "минус”.

24. Отношение сигнал/ (помеха+шум).

Отношение I/N = 26,48 > 3, следовательно сигнал/ (помеха+шум) определяется по итоговым данным строки 23 таблицы 1.8 следующим образом:

/ (N+I) =S/N - I/N = - 31,5

Таблица 1.8 Отношение S/N и I/N на входе детектора приемника

Параметр	Сигнал	Помеха
	+дБ	-дБ	+дБ	-дБ
18. Мощность на входе приемника	-89,22	-52,74
19. Поправка на несовпадение рабочих частот	-	0	-	56
20. Поправка на ширину полосы частот	-	0	-	0
21. Чувствительность приемника	-	-98	-	-98
22. Выигрыш в отношениях S/N и I/N при детектировании	0	0
23. Отношение S/N и I/N на выходе детектора	+8,78	+45,26
24. Отношение S/ (N + I)	-36,48

1.5 Оценка условий обеспечения ЭМС

Так как условие S/ (N+I) = - 31,5 дБ ? Д = 10 дБ не соблюдается, значит условия ЭМС не соблюдаются. Необходимо разработать рекомендации по обеспечению ЭМС, а затем повторить расчет ЭМС, с учетом этих рекомендаций.

2. ЭМС сотовых систем связи

2.1 Исходные данные для расчета

Проблема электромагнитной совместимости (ЭМС) сотовых систем различных стандартов, действующих на одной территории, может возникнуть, если рабочие полосы частот в предусмотренных для этих систем диапазонах перекрываются или защитный интервал между ними недостаточен. Особенно тщательного исследования требует случай, когда одна из систем уже развернута и функционирует в выделенных для нее рабочих полосах частот, а вторая планируется к развертыванию на той же или сопредельной территории при дефиците частотных полос.

Оценка ЭМС систем CDMA-800 и АMPS-800.

Из анализа частот AMPS и CDMA, следует, что излучение передатчика МС AMPS воздействует на приемник БС CDMA.

При анализе ЭМС проводится расчет для следующих исходных данных:

Характеристики передатчика МС CDMA:

Максимальная мощность излучения МС CDMA: Вт;

Рабочая частота передатчика МС CDMA: МГц;

Полоса пропускания на уровне 3 дБ приемника МС CDMA: 1,2 МГц;

Потери радиочастотного кабеля, включая потери на радиочастотном

разъеме: 0 дБ;

Высота установки антенны передатчика МС CDMA: м;

КУ секторной антенны передатчика МС CDMA: дБ;

Уровень внеполосного излучения БС CDMA при отстройке от несущей на 0,5

МГц и более: - 60 дБ;

2. Характеристики приемника БС CDMA:

Частота приема БС CDMA: ;

Полоса пропускания на уровне 3 дБ приемника БС CDMA: 1,2 МГц;

Выигрыш в отношении S/ (N+I) при использовании кодирования: 23 дБ;

КУ антенны приемника БС CDMA: дБ;

Чувствительность приемника БС CDMA: - 108 дБ;

Уровень внутрисистемной помехи в системе CDMA: 8 дБ;

Требуемое отношение S/ (N+I) в системе CDMA: 13,5 дБ;

. Характеристики передатчика МС AMPS:

Мощность излучения МС AMPS: Вт;

Рабочая частота передатчика МС AMPS: МГц;

Полоса пропускания на уровне 3 дБ приемника МС: 6 МГц;

Уровень внеполосного излучения МС AMPS при отстройке от несущей на 0,5 МГц и более: - 60 дБ;

КУ секторной антенны передатчика МС AMPS: дБ;

Высота установки антенны передатчика МС AMPS: м;

Потери радиочастотного кабеля, включая потери на радиочастотном

разъеме: 0 дБ;

2.2 Анализ параметров источников полезного и мешающего cигналов

1. Мощность передатчиков:

Для передатчика МС CDMA:

дБм;

Для передатчика МС AMPS:

дБм;

2. Уменьшение уровня мощности мешающего сигнала на гармониках:

Частоты приемника БС CDMA и передатчика МС AMPS примерно равны:

МГц

Значит, уменьшение уровня мощности мешающего сигнала на гармониках отсутствует.

3. Потери в фидерах:

Для передатчика МС CDMA: 0 дБ.

Для передатчика МС AMPS: 0 дБ.

4. Усиление антенн:

КУ передатчика МС CDMA: дБ.

КУ передатчика МС AMPS: дБ;

5. Уменьшение уровня мощности для частот передатчика, лежащих вне рабочей полосы частот.

Уровень внеполосного излучения МС AMPS при отстройке от несущей на 0,5 МГц и более: - 60 дБ;

6. Уменьшение коэффициента усиления антенны передатчика в направлении рецептора.

Уменьшение КУ антенн принимаем равным 0 дБ.

7. Итоговые данные по уровню эффективно передаваемой мощности с помощью расчета параметров передатчиков, полученные результаты сводятся в таблицу.

Для нахождения результата необходимо сложить все строки таблицы.

Пара сигнал - помеха	БС CDMA
	МС CDMA	МС AMPS
Параметр	Сигнал	Помеха
	+дБ	-дБ	+дБ	-дБ
Мощность передатчика	30	-	30	-
Уменьшение уровня мощности на гармониках	-	-	-	0
Потери в фидерах	-	0	-	0
КУ антенны передатчика	0	-	0	-
Уменьшение уровня мощности вне рабочей полосы частот	-	-	-	60
Уменьшение КУ антенны в направлении рецептора	-	0	-	0
Уровень эффективной передаваемой мощности	+30	-30

2.3 Потери энергии на трассе распространения радиоволн

8,9. Медианные и дифракционные потери.

Для трассы МС CDMA - БС CDMA.

Определим потери на трассе распространения по формулам Хаты.

м;

м;

Для км, городская застройка:

;

;

;

;

, т.к. берем км;

;

;

;

Для трассы распространения МС AMPS - БС CDMA.

Определим потери на трассе распространения по формулам Хаты.

м;

м;

Для км, городская застройка:

;

;

;

;

, т.к. берем км;

;

;

;

Замирание сигнала.

В формулах Хаты потери на замирание полезного сигнала лежат в пределах 3,5 - 17 дБ, в зависимости от расстояния и распространения выше или ниже уровня крыш. Т.к. расстояние между БС и МС - не определенно, а сигнал может идти как выше уровня крыш, так и ниже, то берем наибольшие потери на замирание 17 дБ.

Для "худшего случая" потери на замирание мешающих сигналов берем 0дБ.

11. Потери в атмосферных осадках сказываются на частотах выше 5 ГГц. На частотах ниже 5 ГГц потери практически отсутствуют.

12. Суммарные потери на трассе распространения подсчитываются с помощью таблицы сложением значений всех строк.

Таблица 1.20. Потери на трассе распространения

Пара сигнал - помеха	БС CDMA
	МС CDMA	МС AMPS
Параметр	Сигнал	Помеха
	+дБ	-дБ	+дБ	-дБ
Медианные потери
Дифракционные потери
Потери при замирании сигнала	-	17	-	0
Потери в атмосферных осадках	-	0	-	0
Суммарные потери на трассе распространения

2.4 Характеристики рецептора

Коэффициент усиления приемной антенны.

КУ антенны БС CDMA - 14 дБ,

14. Уменьшение коэффициента усиления приемной антенны в направлении передатчика.

Секторная антенна БС CDMA должна обеспечивать примерно одинаковое усиление во всех направлениях, следовательно, уменьшение КУ антенны БС CDMA также принимаем равным 0 дБ.

15. Уменьшение коэффициента усиления антенны из-за рассогласования поляризации.

Принимаем равными 0 дБ.

16. Потери в фидере приемного тракта.

Для приемника БС AMPS: 3 дБ.

17. Суммарное усиление антенны определяется с помощью таблицы путем суммирования значений для сигнала и помехи всех строк таблицы:

Таблица 1.21. Суммарное усиление антенны рецептора

Пара сигнал - помеха	БС CDMA
	МС CDMA	МС AMPS
Параметр	Сигнал	Помеха
	+дБ	-дБ	+дБ	-дБ
Коэффициент усиления приемной антенны	14	-	14	-
Уменьшение КУ приемной антенны в направлении источника помехи	-	-	-	0
Уменьшение КУ антенны из-за рассогласования поляризаций	-	0	-	0
Потери в фидерах	-	3	-	3
Суммарное усиление антенны	+11	+11

18. Мощность на входе приемника определяется по результатам проведенных расчетов по таблице.

Таблица 1.22. Мощность на входе приемника

Пара сигнал - помеха	БС CDMA
	МС CDMA	МС AMPS
Параметр	Сигнал	Помеха
	+дБ	-дБ	+дБ	-дБ
Уровень эффективной передаваемой мощности	+30	-30
12. Суммарные потери на трассе распространения
17. Суммарное усиление антенны рецептора	+11	+11
Мощность на входе приемника

19. Поправка на несовпадение рабочих частот.

Полоса пропускания на уровне 3 дБ передатчика МС AMPS: BT = 6 МГц.

Полоса пропускания на уровне 3 дБ приемника БС CDMA: BR = 1,2 МГц.

Несовпадение частоты приема БС СDMA и передачи МС AMPS равно:

ДF = 834,75 - 832,75 = 4 МГц.

Параметр B позволяющий использовать графики на рисунке 1.9 равен:

= (BR + BT) /2 = (6+1,2) /2 = 3,6 МГц.

По графику на рисунке 1.9 поправочный коэффициент К (ДF, В) ? 0 дБ.

20. Поправка на ширину полосы частот.

BR < BT, следовательно, по таблице 1.8 коррекция на ширину полосы пропускания равна

lg (BR / BT) = 10 lg (1,2/6) = - 7 дБ.

Чувствительность приемника.

Чувствительность приемника БС СDMA: - 108 дБ.

22. Выигрыш в отношениях S/N и I/N при детектировании.

Выигрыш в отношениях S/N и I/N в приемнике БС CDMA при детектировании составляет 23 дБ.

23. Отношение S/N и I/N на выходе детектора.

Отношения S/N для полезного сигнала и I/N для помехи с помощью таблицы 1.9., просуммировав данные соответствующих столбцов, беря значения строки 21 (чувствительность приемника) со знаком "минус”.

24. Отношение сигнал/ (помеха+шум).

Определяется по итоговым данным строки 23 таблицы 1.9 следующим образом:

S/ (N+I) = S/N - I/N

Таблица 1.23. Отношение S/N и I/N на входе детектора приемника

Пара сигнал - помеха	БС CDMA
	МС CDMA	МС AMPS
Параметр	Сигнал	Помеха
	+дБ	-дБ	+дБ	-дБ
18. Мощность на воходе приемника
19. Поправка на несовпадение рабочих частот	-	-	-	0
Поправка на ширину полосы	-	-	-	7
Чувствительность приемника	-	-108	-	-108
Выигрыш на детекторе	+23	0
Отношение S/N и I/N на выходе детектора приемника
Отношение S/ (N+I)

2.5 Оценка условий обеспечения ЭМС

Для пары БС AMPS - МС CDMA.

Расстояние между МС и БС системы CDMA, , при котором уровень сигнала будет больше 18 дБ, находится из условия:

> 18 дб;

< 2,08км.

Расстояние между источником и рецептором помехи для пары МС AMPS - БС CDMA, при котором она может влиять на соотношение S/ (N+I), можно найти из неравенства:

>0;

< 0,057км.

Таким образом, разнос МС AMPS и БС СDMA на расстояние 57 и более метров обеспечивает ЭМС этих систем.

Размещено на Allbest.ru

...