Расчет поездной радиосвязи, дальности связи в гектометровом, метровом и дециметровом диапазонах

 l_{п   -} расстояние между соседними стационарными радиостанциями, км.

 

 

 

1.3 Расчет дальности  связи в гектометровом диапазоне  при использовании антенн.

 

 При использовании гектометрового диапазона волн  обеспечить передачу информации можно обеспечить излучением и приемом  электромагнитных волн при помощи антенн. В этом случае рассчитать напряженность поля в точке приема по формулам Шулейкина –Ван-дер-Поля;

                                       мВ/м                                              (1.2)

                                         ;                                                      (1.3)

                                                                   (1.4)                

 

Здесь  Р_А –мощность, подводимая к антенне в Вт;  - к.п.д. антенны; для стационарных Г-образных антенн =0,38-  для 20м;  D=1,5 – коэффициент направленного действия антенны;  l -  расстояние в км до точки приёма 13км; W- множитель ослабления, зависящий от расстояния и параметров почвы;  l  - длина волны, м (l= 140,7 м для 2,13 МГц, l = 139,4 м для 2,15 МГц);    s- проводимость почвы 0,1См/м;   e- относительная диэлектрическая проницаемость почвы, равна 20. 

Подводимая мощность  зависит  от длины фидера l_ф и затухания в устройстве согласования a_су :   .

Р - выходная мощность радиостанции, заданная в таблице,

 a_ф – погонное затухание в фидере на  1 м его длины равно (0,7-0,8)^,10^-2 дБ/м, 

a_су= 1,5 дБ. 

 

При  λ=140,7 м и a_ф = дБ/м

  ,

Для обеспечения  уверенной связь необходимо, чтобы уровень напряженности поля для стационарной радиостанции при электротяге переменного тока был не менее 4000мкВ.

 

Улучшим погонное затухание  в фидере a_ф = дБ/м, тогда

  , -связь не обеспечивается.

 

Изменим длину волны λ=139,4 м и a_ф = дБ/м, тогда

  , . Е меньше 4000 мкВ, поэтому связь тоже не обеспечивается.

 

 

 

 

При a_ф = дБ/м

  , < 4000 мкВ.

 

Проверим будет ли связь на участке К-Л равном 13км

При λ=140,7 м и a_ф = дБ/м

  ,

 Связь  не обеспечивается, т.к полученное  значение Е меньше 4000мкВ (нормированный уровень полезного сигнала на перегоне участка)

 

Улучшим погонное затухание  в фидере a_ф = дБ/м, тогда

  , -связь не обеспечивается.

 

Изменим длину волны λ=139,4 м и a_ф = дБ/м, тогда

  , . Е меньше 4000 мкВ, поэтому связь тоже не обеспечивается.

 

При a_ф = дБ/м

  , < 4000 мкВ.

 

     Таким образом можно сделать вывод, что в гектометровом диапазоне на участке И-К длиной 11км связи нет. Также связи нет и на участке К-Л длиной 13км. Не удалось обеспечить связь на участках И-К и К-Л даже при использовании более дорогого кабеля.

 

 

1.4 Расчет дальности  связи в гектометровом диапазоне  при использовании  направляющих  линий.

 

Дальность уверенной  радиосвязи, км,  между стационарными и локомотивными радиостанциями при применении направляющих линий

;                                            (1.5)

где А_доп – максимально допустимое затухание сигнала в радиотракте, дБ ,   (при одновременной работе на антенну и запитку волноводной линии затухание равно  145 дБ[6]) ;

- суммарные затухания соответственно  в станционных, линейных и локомотивных  устройствах поездной радиосвязи, дБ;

А_пер –переходное затухание между направляющими проводами и локомотивной антенной, дБ;

α_нп  -постоянная затухания направляющих проводов на перегоне, дБ/км (Затухание сигнала в локомотивных устройствах определяется в основном к. п. д. согласующего устройства и составляет = 2 дБ.

Суммарное затухание, дБ, на станционных устройствах радиосвязи в общем случае

;                                                        (1.6)

 

 

 

 

где a_ф- погонное затухание фидера, дБ/м; a_ф =(0,7-0,8)^,10^-2 дБ/м

l_ф- длина фидера, соединяющего радиостанцию с согласующим устройством, м;

 

 

 

а_{су    -} затухание, вносимое согласующим устройством, равно 1,5 дБ;

 η -к. п. д. индуктивного способа возбуждения направляющих (для расчёта использовать значение 0,6).

 a₀  - концевое затухание (a₀₌5 дБ). В данном случае концевое затухание не берется.

 

дБ;

 

Таблица 1.4.  Переходное затухание и километрическое затухание
Характеристики тракта	Апер ,дБ	αнп, дБ/км
Синфазное возбуждение  проводов ДПР, подвешенных с разных сторон пути	32	4,5-6

 

Суммарное затухание  линии зависит от типа и количества линейных  устройств на участке  длиной l_ур:

;                                                     (1.7)

где затухания, вносимые соответственно схемами высоко частотного обхода тяговой подстанции и нормально разомкнутого разъединителя, дБ (равны по 2 дБ)

a_н -затухание, вызываемое нарушением однородности длины направляющих проводов, дБ; учитывается только при использовании линии ДПР, когда один из них переходит на противоположную сторону пути (a_н = 2,6 дБ). Так как у меня не предусмотрена линия ДПР, то и a_н   не берется.

a_п - затухание, вносимое изменением сторонности подвески направляющих проводов, дБ; при воздушном переходе провод a_п = 0,5-0,8 дБ, а при кабельном переходе с использованием согласующих контуров a_п = 2,2 дБ;

n - количество переходов направляющих проводов в пределах длины линии;

a_тр= 0.55 дБ - затухание, вносимое силовым трансформатором в тракт передачи (при использовании высокочастотных заградителей в месте отпая не должно превышать 0,1 дБ.);

 

т- число трансформаторов в пределах l_ур. т =18.

Рассматриваем 2 трансформатора и кабельный переход для участка в 20км:

 дБ

  = 2 дБ.

 км.

Из полученных расчетов можно сделать вывод, что дальность уверенной радиосвязи между станционными и локомотивными радиостанциями при применении направляющих линий равняется 20,8 км. Это удовлетворяет длинам почти всех перегонов, кроме перегона Г-Д, равный 19+3 км. На этом перегоне устанавливаем дополнительную выносную радиостанцию для обеспечения связи на нем.

 

 

 

 

2. Расчет дальности ПРС в радиосетях  диапазона  метровых волн 160МГц.

2.1 Базовые кривые распространения радиоволн

 

  Расчет выполняется по базовым кривым распространения (рис.2.1), представляющим собой зависимости медианного значения напряженности поля Е^¢₂ от расстояния r между точкой приема и источником излучения по прямой линии.

Рис.2.1 Базовые кривые распространения.

 

 

 

 

 

Кривая 1 соответствует случаю, когда направление       распространения  радиоволн   совпадает   с   направлением   трассы   железной   дороги, а кривая 2- когда не совпадает, кривая 3 используется для расчета связи с локомотивами. В данном случае выбирается кривая 1.

 

 

 

2.2 Типы трасс радиосвязи

 

Трасса  типа 4-горная местность, к_ст=4.

Коэффициент а_T учитывает отличие условий распространения радиоволн на конкретной трассе радиосвязи от условий, при которых снимались базовые кривые.

 

 

 

 

 

 

Уровень сигнала, дБ, на входе приемника подвижного объекта:

U₂ = Е^¢₂+а_m+B_m+G₁+G₂-a _ф1l₁- К_э-a_ф2l₂-а_аф1 -К_кc-g₂-К_и-К_в-К_м.                                   (2.1)

 

     где: Е^¢₂,дБ - уровень напряженности поля, отсчитываемый по соответствующей базовой кривой для заданного расстояния;

a_T = -6,8 дБ.

В_м-коэффициент, учитывающий отличие мощности передатчика от мощности 1Вт;

В_м = l0∙lgP₁

В_м = l0∙lg7=8,45 Вт.

G₁ =8,G₂ =8- коэффициенты усиления передающей и приемной антенн;

a _ф1 и a_ф2-0,08-0,23 дБ/м в зависимости от типа коаксиального кабеля.

a _ф1l₁ = 6,67 и a_ф2l₂ = 1,15 - погонные затухания и длины антенных фидеров соответственно передатчика и приемника, при a _ф1 и a_ф2=0,23 дБ/м ;

К_э - коэффициент экранирования, учитывает ослабление напряженности поля крышевым оборудованием подвижного объекта; К_э. зависит от типа локомотива и места установки антенны на крыше; для тепловозов:

К_э = 3,0 дБ;

М - высотный коэффициент, который учитывает отличие произведения высот установки антенн от 100 м² ,дБ:   M=20∙lg(h₁h₂/100)

M=20∙lg(100/100) = 0 дБ.

К_кс - коэффициент ослабления напряженности поля контактной сетью, для двухпутного участка К_кс = 2 дБ;

g₂ -коэффициент, учитывающий трансформацию напряженности поля в пространстве к напряжению на разъеме приемной антенны, g₂ = 12 дБ для антенно-фидерных систем с волновым сопротивлением 50 Ом;

К_и, К_м и К_в-вероятностные коэффициенты, которые учитывают флуктуации полезного сигнала вследствие явлений интерференции (K_и), изменения рельефа местности (К_м) и изменения рефракции в тропосфере (К_в). При этом К_в = 1,8 дБ; К_и = 5 дБ для электрифицированных участков.

Коэффициент К_м зависит от типа трассы (тип 4): К_м =5 дБ.

Дальность связи  рассчитывается исходя из условия U₂³U_2min (где U_2min-минимально допустимый уровень полезного сигнала, который необходимо обеспечить на входе приемника радиостанции в конкретных условиях эксплуатации радиосредств, с тем чтобы получить требуемое качество связи).

 

 

Минимально  допустимый уровень полезного сигнала

Условия  эксплуатации радиосредств	УПП 2
Участок, электрофицированный  на постоянном токе при скорости движения, км/ч: до 120	12

 

Дальность связи  рассчитывается исходя из условия  . Считая, что , определяем уровень напряженности поля Е2:

 

Е^¢₂₌ U₂ -а_m-B_m-G₁-G₂-М+a _ф1l₁+ К_э+a_ф2l₂ +К_кc+g₂+К_и+К_в+К_м

 

 

 

 

 

При a _ф1=   a _ф2=0,23 дБ/м, G1=8,    G1=8                        

Е^¢₂₌ 12 -6,8-8,45-8-8-0+6,67+ 1,15+3 +2+2+5+1,8+5=17,37дБ

_{r=28 км}

    Вывод:

    Полученное  значение удовлетворяет условию  дальности уверенной радиосвязи. Следовательно, в диапазоне метровых волн можно обеспечить уверенную радиосвязь на данных перегонах.

2.3 Поправочные коэффициенты.

Коэффициент экранирования К_э учитывает ослабление напряженности поля, вызванное влиянием металлической крыши и наличием в месте расположения возимой антенны различного оборудования. Значения К_э для дискоконусных антенн АЛП/2,3,  расположенных на крыше тепловоза составляет 2 Дб.

Коэффициенты  К_м учитывают медленные колебания напряженности поля вследствие изменения рельефа местности. Коэффициенты К_в учитывают колебания напряженности поля (суточные и сезонные) из-за изменения рефракции в тропосфере.

Коэффициент мощности, дБ:

В_M=10∙lg(P/P₁),                                                                      (2.2)

учитывается отличие мощности передатчика P от мощности P₁=1 Вт,

В_M=10∙lg(7/1)=8,45, дБ

Высотный  коэффициент М, дБ:

M=20lg(h₁h₂/100),                                                                   (2.3)

учитывает отличие  произведения высот установки антенн от 100 м² и используется при расчетах по кривым 1 и 2 (см. рис. 2.1).

M=20lg(100/100)=-0 дБ

2.4 Расчет дальности связи между локомотивами.

 

Напряжение сигнала  на входе приемника возимой радиостанции определяется при условии, что параметры  передающего и приемного антенно-фидерных трактов одинаковы:

Уровень сигнала на входе приемника возимой радиостанции:

u₂ = E₂ +a_т + В_М +2 G₂ +М - 2a₂l₂ -2K_Э - K_КС - g₂ - K_И - K_В - K_М

Принимая , считаем:

E₂=u₂ - a_т - В_М - 2 G₂ - М +2a₂l₂ +2K_Э + K_КС+ g₂ + K_И + K_В + K_М

E₂=12 - 6,8 - 8,45 – 16 – 0+2,3+6+2+12+5+1,8+5= 14,85 дБ.