Приближенный график определения максимальной дальности действия по усилению Y тракта системы при прямой видимости.
Порядок ориентировочного расчета: вычисляется Y и по графику определяется дальность действия в условиях прямой видимости антенн.
Исходные данные для расчета Y: выходные мощности передатчиков Gprd, чувствительность приемника Gprm и коэффициенты усиления антенн Gant.
Для примера рассмотрим длину трассы для передатчика TV-PRD-3500 c одинаковыми направленными антеннами для передачи и приема сигнала (КНД = +12дБ).
Y = Gprd + Gant + Gant - Gprm = -3 + 12 + 12 -(-100) = 121 ДБ.
По приведенному выше графику можно определить, что в этом случае ориентировочная максимальная длинна трассы составит 3,3 - 3,5 км. В данном примере приемник и передатчик оснащены одинаковыми направленными антеннами с Gant = 12 ДБ.
*** Реальная дальность передачи будет на 15 - 20% больше из-за того, что при построении графика учитывались максимальные значения Lдоп. и Z (см. далее), а рабочая частота бралась из более высокого диапазона частот. Это дает в расчетную величину Yтракта дополнительную прибавку + (5…7) дБ. Более точно дальность связи вычисляется по расчетной формуле. Необходимо так же и понимать, что дальность связи зависит от отношения уровня полезного сигнала к уровню шумов (бытовых, производственных и атмосферных) на входе приемника. Уровень шумов на входе приемника имеет переменную величину как от времени суток (от времени года) , так и от внешних непредсказуемых факторов.
Расчет подъема антенн для обеспечения прямой видимости.
Для обеспечения передачи сигнала от передающей антенны на приемную антенну необходимо правильно выбрать условия установки антенн над уровнем земли. Высоту установки антенн при условии идеально гладкой Земли можно определить по следующему графику.
В системах беспроводного видеонаблюдения используются радиочастоты от 1 ГГц и выше. Такие волны распространяются вдоль прямой линии, соединяющей антенны и называемой линией визирования. Однако основная доля энергии волны сосредоточена не на линии визирования, а в определенной области пространства, называемой эллипсоидом Френеля, с радиусом, определяемым по формуле:
где l - длина волны в метрах, а смысл остальных переменных, также выраженных в метрах, ясен из следующего рисунка:
Из этого следует, что препятствия не должны закрывать не только линию визирования, но и эллипсоид Френеля. На практике допускается небольшое, в пределах 20 %, перекрытие препятствиями поперечного сечения эллипсоида.
Не следует забывать, что Земля круглая. Поэтому даже в степи, при абсолютно ровной поверхности, чтобы обеспечить прямую видимость, антенны необходимо поднимать.
Также необходимо обеспечить такие значения параметров радиолинии, чтобы мощность полезного сигнала на входе приемника была равна или немного превышала значение реальной чувствительности приемника. Если это условие не выполняется - радиолиния работать не будет. Если превышение слишком большое - увеличивается риск создания помех другим радиосредствам, работающим в том же диапазоне.
Примечание: Следует знать, что практически все расчеты в радиотехнике ведутся в децибелах. Для перевода в децибелы необходимо взять десятичный логарифм числа и умножить его на 10. Например, 1 000 000 будет равно 60 дБ, а 0,001 - -30 дБ. Преимущества использования децибелов состоят в том, что вместо умножения исходных чисел достаточно сложить их в децибелах, а для деления - вычесть из делимого делитель, также выраженные в децибелах. Еще одно преимущество - отсутствие необходимости написания большого количества нулей или использования показателей степени. И еще одна тонкость. Часто можно встретить не дБ, а, например - дБм, дБи и другие буквы после дБ. Что это означает? Означает ту единицу, по отношению к которой нормируется децибел. Так, дБм - это децибел к милливатту, т.е. исходное значение в милливаттах необходимо разделить на 1 милливатт и уже после этого вычислить значение в дБ. Это делается для того, чтобы избавиться от размерности и помнить, к какой единице измерения привязаны переменные.
Что нужно знать расчета дальности передачи ?
Знать необходимо энергетические параметры радиолинии, входящие в выражение для мощности полезного сигнала на входе приемника и реальную чувствительность приемника. Мощность полезного сигнала в точке приема определяется выражением:
В этих выражениях используются следующие параметры радиолинии:
Pпрд - выходная мощность передатчика (в ДБ).
Gпрд и Gпрм - коэффициенты усиления передающей и приемной антенны. Какую антенну назначить передающей, а какую приемной - разницы нет. Коэффициенты усиления типовых антенн имеют значения от 2 до 12 дБ и выше.
l - длина волны.
r - дальность передачи.
Lдоп - дополнительные потери, обусловленные целым комплексом причин, включая ослабление сигнала в соединительных разъемах, потери из-за неточного несовпадения плоскостей поляризации антенн и т.п. В рассматриваемых радиолиниях обычно полагают Lдоп = 5-10 дБ.
Z - запас помехоустойчивости к внешним помехам, величина которого определяется электромагнитной обстановкой в районе размещения радиолинии и обычно задается в пределах от 5 до 15 дБ.
Кроме этого, при использовании внешних антенн, подключаемых к радиооборудованию с помощью коаксиальных кабелей, необходимо знать длину кабелей и величину погонного затухания в них, выражаемого в дБ/м.
Результирующее затухание в кабелях добавляется к величине Lдоп. Реальную чувствительность приемника обозначают как Pmin, что соответствует физическому смыслу этого показателя, определяющего минимально необходимую для нормального приема мощность полезного сигнала на входе приемника.
Величина этого параметра для приемников беспроводных систем видеонаблюдения лежит в пределах от -102 до -95 дБ.
Что необходимо сделать при проектировании беспроводной системы ?
Рассчитать высоту подвеса антенн. Для ориентировочной оценки на ровном рельефе при одинаковой высоте антенн можно использовать простую формулу, учитывающую сферичность Земли и размеры эллипсоида Френеля. Высота подвеса антенн в метрах равна:
где r - расстояние между антеннами в километрах.
Когда одна антенна находится на уровне поверхности Земли, коэффициент 8,24 в формуле надо заменить на 4,12.
Если на трассе между антеннами есть неровности, необходимо построить профиль трассы с учетом сферичности Земли. Делается это так. По величине требуемой дальности r с помощью графика определяется величина подъема Земли в центре трассы и на лист бумаги наносятся три точки: с нулевой высотой на концах трассы и с высотой, полученной по графику, в центре трассы. Через эти точки строится дуга окружности, являющаяся уровнем моря для построения трассы. На эту дугу в выбранном масштабе переносятся с топографической карты точки уровней высот.
Полученные точки соединяются отрезками прямой, в результате получается профиль трассы, подобной изображенному на рис. 1.
Для ориентировочного расчета дальности связи для беспроводных систем телеметрии, можно так же воспользоваться этой же методикой, которая приведена выше. При этом необходимо в соответствующую формулу ввести значение частоты (длины волны). Необходимо также учесть, что в отличии от чувствительности приемников для приема видеоизображения, которая равна - 95 … - 100 дБ, средняя чувствительность приемников телеметрических сигналов лежит в диапазоне - 130 … - 135 дБ.
Для беспроводных систем передачи телеметрической информации в диапазоне радиочастот от 300 до 1000 МГц полученные данные по дальности связи при более строгом расчете будут несколько отличаться от данных, полученных при расчетах по приведенной выше методике. Но в большинстве случаев данной погрешностью можно пренебречь.
Взято с http://os-info.ru