Эталонные диаграммы направленности всенаправленных, секторных и других антенн в системах связи пункта со многими пунктами для использования при изучении вопросов совместного использования частот в диапазоне от 1 ггц до приблизительно 70

жүктеу/скачать 11.23 Mb.

бет	6/6
Дата	23.02.2016
өлшемі	11.23 Mb.
	#9242

1 2 3 4 5 6

4 Резюме и выводы

Были получены выражения для более простого вычисления коэффициента направленного действия и соотношения между шириной луча и усилением всенаправленных и секторных антенн, используемых в системах радиорелейной связи П-МП. Для определения коэффициента направленного действия секторных антенн предлагается использовать следующие выражения:

, (38)

где:

(39)

_s – это ширина луча по уровню 3 дБ секторной антенны в азимутальной плоскости (градусы) для интенсивности излучения с предполагаемой экспоненциальной функцией по азимуту, и ₃ – ширина луча по уровню 3 дБ секторной антенны в плоскости углов места (градусы).

Для всенаправленных антенн при определении ширины луча по уровню 3 дБ в плоскости углов места, при усилении, представленном в дБи (см. выражение (27b)), предлагается использовать следующее упрощенное выражение:

.
Предлагается использовать на предварительной основе следующее полуэмпирическое выражение, связывающее усиление секторной антенны (дБи) с шириной луча по уровню 3 дБ в плоскости углов места и азимутальной плоскости в случае, когда угол сектора составляет порядка 120 или меньше и ширина луча по уровню 3 дБ в плоскости углов места меньше чем приблизительно 45 (см. выражение (32а)):

Необходимо провести дальнейшее исследование для определения, что делать с переходной областью, подразумеваемой в выражении (39), а также для оценки точности таких аппроксимаций, применяемых для измеренных диаграмм направленности секторных и всенаправленных антенн, предназначенных для использования в системах радиорелейной связи П-МП в полосах частот в диапазоне от 1 ГГц до приблизительно 70 ГГц.
Приложение 4

Процедура определения усиления секторной антенны при произвольном внеосевом угле, задаваемом углом азимута и углом места по отношению к направлению максимального усиления антенны

1 Анализ

На рис. 17 представлена основная геометрическая модель для определения усиления секторной антенны для произвольного внеосевого угла. Предполагается, что антенна располагается в центре сферической системы координат; максимальное излучение направлено по оси x; плоскость x-y представляет собой локальную горизонтальную плоскость; плоскость углов места включает в себя ось z; и u₀ – это единичный вектор, направление которого используется для определения усиления секторной антенны.

Сделаны два фундаментальных предположения, касающиеся данной процедуры:

контур усиления по уровню –3 дБ диаграммы направленности в дальней зоне, нанесенный на двумерную плоскость как функция от углов азимута и места, будет представлен в виде эллипса, как показано на рис. 2; и
усиление секторной антенны при произвольном внеосевом угле является функцией от ширины луча по уровню 3 дБ и ширины луча антенны, измеренной в плоскости, включающей ось x и единичный вектор u₀(см. рис. 1).

При известной ширине луча секторной антенны по уровню 3 дБ (градусы) в плоскостях углов азимута и места ₃ и _3,численное значение усиления по направлению максимального усиления представлено, на предварительной основе, следующим выражением (см. п. 3.3 раздела рекомендует и выражение (32а)).

. (40)
Первым шагом при оценке усиления секторной антенны при произвольном внеосевом угле, и , является определение значения . С учетом рис. 1 и предполагая, что abc представляет собой прямоугольный треугольник,  представляется в виде:

(41a)

и внеосевой угол в плоскости adc выражается как:

. (41b)

Учитывая, что луч имеет эллиптическую форму, ширина луча секторной антенны по уровню 3 дБ в плоскости adc определяется с помощью выражения:

(42a)

или

. (42b)
Усиление секторной антенны при этом произвольном внеосевом угле можно предварительно определить, используя эталонную диаграмму направленности, приведенную в пп. 3.1 и 3.2 раздела рекомендует настоящей Рекомендации.

2 Выводы

Данная процедура была определена для оценки усиления секторной антенны при произвольном внеосевом угле. Требуется проведение дальнейших исследований для указания диапазона, в котором данная процедура справедлива для секторных антенн. Администрации просят представить измеренные диаграммы направленности секторных антенн для того, чтобы можно было определить этот диапазон.
Приложение 5

Математическая модель обобщенных диаграмм направленности всенаправленных и секторных антенн П-МП FWS для использования при статистической оценке помех

1 Введение

В основном тексте настоящей Рекомендации (см. пп. 2.2 и 3.2 раздела рекомендует) представлены эталонные диаграммы направленности, представляющие средние уровни боковых лепестков для всенаправленных (по азимуту) и секторных антенн, которые можно применять в случае нескольких источников помех или источников помех, уровень которых изменяется во времени.

С другой стороны, для использования при пространственном статистическом анализе помех, например, создаваемых большому количеству FWS несколькими спутниковыми системами ГСО, требуется математическая модель обобщенных диаграмм направленности, как представлено в последних разделах данного Приложения.

Следует отметить, что данные математические модели, основанные на синусоидальных функциях, в случае использования при вычислении помех от нескольких источников, могут привести к необъективным результатам, если только источники помех не будут распределены в большом диапазоне углов азимута/места. Поэтому, использование данных диаграмм направленности рекомендуется только для случая, указанного выше.

2 Математическая модель для всенаправленных антенн

В случае применения пространственного анализа помех, создаваемых большому количеству ФС станций от одной или нескольких спутниковых систем ГСО, для углов места в интервале от 0° до 90° следует использовать следующие средние уровни боковых лепестков диаграммы направленности (см. Приложение 1):

(43a)

с:

, (43b)

где __G₀ и k определены и представлены в п. 2.1 раздела рекомендует в основном тексте.

ПРИМЕЧАНИЕ 1. – В случае использования типовых антенн, работающих в диапазоне частот 1–3 ГГц, параметр k должен равняться 0,7.

ПРИМЕЧАНИЕ 2. – В случае использования антенн с улучшенными характеристиками боковых лепестков, работающих в диапазоне частот 1–3 ГГц, и для всех антенн, работающих в диапазоне частот 3–70 ГГц, параметр k должен равняться 0.

3 Математическая модель для секторных антенн

При пространственном анализе помех, создаваемых большому количеству ФС станций от одной или нескольких спутниковых систем ГСО, для углов места в интервале от 0° до 90° и для углов азимута от –180° до 180° следует использовать следующие средние уровни боковых лепестков диаграммы направленности:
G(φ, θ) = G_ref(x), (44)
где:

для

(градусы),

где все переменные и параметры определены в п. 3.1 раздела рекомендует основного текста;

ПРИМЕЧАНИЕ 1. – При использовании секторных антенн с шириной луча по уровню 3 дБ в азимутальной плоскости менее приблизительно 120, отношение между максимальным усилением и шириной луча по уровню 3 дБ и в азимутальной плоскости, и в плоскости углов места предварительно представляется в виде (см. Приложение 3):

где все параметры определены в п. 3.1 раздела рекомендует основного текста.
Приложение 6

Обоснование, использованное при разработке выражений для максимальных и средних значений секторных антенн, работающих в диапазоне от 1 ГГц до приблизительно 6 ГГц

1 Разработка выражений для секторных антенн, работающих в диапазоне частот между 1 ГГц и 6 ГГц

1.1 Обоснование разработки

Для того чтобы правильно смоделировать данные измерений диаграммы направленности антенны на частотах около 2 ГГц, был введен параметр k для учета в выражениях, используемых для секторных антенн, показателей уровня боковых лепестков, аналогично выражениям, используемым для всенаправленных антенн.

Было обнаружено, что диаграмма направленности секторной антенны со значением параметра k больше нуля согласуется с измеренными диаграммами направленности антенн, уровни первых боковых лепестков которых не достаточно хорошо оцениваются при использовании выражений для всенаправленных антенн.

Для диаграмм направленности секторных антенн с максимальными значениями применяется выражение (45):

для ,

для . (45)

Определение всех параметров аналогично приведенным в основном тексте настоящей Рекомендации (п. 3.1 раздела рекомендует).

Следует отметить, что при x = 1 в выражении (45) присутствует небольшое нарушение непрерывности.

Например, при k=0,7 нижняя формула преобразуется в G_ref(x) = G₀ – 9,7, в то время как верхняя остается в виде G_ref(x) = G₀ – 12 (разница около 2 дБ). Такое нарушение непрерывности уменьшается при меньших значениях параметра k.

Для того, чтобы более точно определить точку разрыва между этими двумя выражениями, было найдено, что при небольшой аппроксимации (k << 1 и точка разрыва x_k приближается к 1):

Тогда точку разрыва "1" можно заменить плавающей точкой разрыва x_k.

При этом выражение (45) принимает вид:

для

(46)

для

,
с

1.2 Определение области, где выражения остаются справедливыми

При оценке измерений диаграмм направленности антенн было установлено, что для антенн, работающих в диапазоне от 1 ГГц до приблизительно 6 ГГц, требуются различные выражения.

1.3 Исследование значений параметра k

Результаты анализа параметра k и измеренных диаграмм направленности антенн представлены в таблице 3, в которой также прослеживается тенденция к улучшению характеристик боковых лепестков за 10-летний период.

1.4 Влияние параметра k на диаграмму направленности секторной антенны

Вообще показано, что для большинства случаев (типовой случай боковых лепестков) применимы диаграммы направленности антенны с максимальными значениями с типовым значением параметра k = 0,7 (см. раздел 2 данного Приложения).

Следует отметить, что при k = 0 эти диаграммы направленности антенн соответствуют диаграммам направленности секторных антенн с улучшенными характеристиками боковых лепестков.

ТАБЛИЦА 3

Значение параметра k в настоящей Рекомендации

Рекомендация МСЭ-R F.1336			1997 г.	2000 г.	2006 г. (используемые в настоящей Рекомендации)
Всенаправленная антенна	Типовые боковые лепестки	1–3 ГГц	k = 1,5	k = 0,7	k = 0,7
		3–70 ГГц	k = 1,5	k = 0	k = 0
	Боковые лепестки с улучшенными характеристиками	1–70 ГГц	k = 0	k = 0	k = 0
Секторная антенна	Типовые боковые лепестки	1–3 ГГц	–	k = 0,7	Максимальное значение: k = 0,7 Среднее значение: k = 0,2 (Примечание 1 )
		3–6 ГГц	–	k = 0
		6–70 ГГц	–	k = 0	k = 0
	Боковые лепестки с улучшенными характеристиками	1–70 ГГц	–	k = 0	k = 0
ПРИМЕЧАНИЕ 1. – Для секторных антенн используются выражения (46).

Выражение (47) следует использовать для диаграмм направленности секторных антенн с максимальными значениями:

для ,

для , (47)

для ,

с и

и

x_k: точка разрыва, обеспечивающая непрерывность между значениями уровней главного лепестка и первых боковых лепестков;

λ_k: необходимый коэффициент затухания, уменьшающий значение усиления антенны для обеспечения непрерывности значений уровней боковых лепестков и задних лепестков для x = 4.

Выражение (47) используется в пп. 3.1.1 и 3.2.1 раздела рекомендует.

2 Рассмотрение параметра k для секторных антенн в диапазоне 1–6 ГГц

Для оценки надлежащего значения параметра k была вычислена общая разница между эталонной диаграммой направленности и измеренными диаграммами направленности, предоставленными некоторыми странами для фиксированных и для подвижных применений. Эти измеренные диаграммы направленности содержат данные об усилении при многих значениях углов места.

Для диаграммы направленности с максимальными значениями была произведена прямая сверка экспериментальных данных с выражением (47) при коэффициенте k, равном 0,7.

Для диаграммы направленности со средними значениями вычисления были проведены только для диапазона боковых лепестков (а не для участка главного лепестка); отсчеты разницы между рассчитанной и реальной диаграммами направленности антенн выбирались через каждый градус для определения "общей погрешности".

Общая погрешность определяется, как показано ниже. E_i вычисляется для действительных значений, а не для значений в дБ.

Общая погрешность = .

Для каждой диаграммы направленности была вычислена общая погрешность с использованием нескольких значений параметра k в интервале между 0 и 0,3. Результаты приведены на рис. 19. Значение параметра k, при котором обеспечивается минимальная общая погрешность, можно рассматривать как оптимальное значение. Из этого следует, что значение параметра k = 0,2 следует использовать для диаграмм направленности антенн со средними значениями

Еще одним важным фактором, который следует учитывать, является "значение Сигма", которое определяется путем интегрирования суммарной мощности по диапазону значений углов.

Основная идея такова:

для огибающих максимальных значений диаграмм направленности значение Сигмы должно быть в интервале 2–4 дБ;
для средних значений боковых лепестков диаграмм направленности значение Сигмы должно быть в интервале 0–1 дБ.

Результаты вычислений значений Сигмы для выражений, рекомендованных для репрезентативных примеров типовых антенн, приведены в таблице 4.

Для огибающей максимальных значений диаграмм направленности значение Сигма при k = 0,7 находится в допустимых пределах. Кроме того, k = 0,2 будет возможным значением для средних значений боковых лепестков диаграмм направленности.

ТАБЛИЦА 4

Результаты вычисления значений Сигмы

	Диаграмма направленности	Выражения	Параметр k	Значение Сигмы
				16 дБи, сектор 60°	16 дБи, сектор 120°
Типовая антенна, в диапазоне 1–6 ГГц	Огибающая максимальных значений	п. 3.1.1 раздела рекомендует	k = 0,7	3,8 дБ	2,55 дБ
	Среднее значение боковых лепестков	п. 3.2.1 раздела рекомендует	k = 0,2	0,8 дБ	0,12 дБ
			k = 0,4	1,43 дБ	0,57 дБ
			k = 0,6	1,93 дБ	0,97 дБ

______________

Настоящая Рекомендация должна быть доведена до сведения 4-й (РГ 4A), 6-й (РГ 6S), 7-й (РГ 7B), 8 й (РГ 8D) Исследовательских комиссий по радиосвязи и РГ 4-9S.

жүктеу/скачать 11.23 Mb.

Достарыңызбен бөлісу:

1 2 3 4 5 6