Ультра қИС

O’ZBEKISTON ALOQA VA AXBOROTLASHTIRISH AGENTLIGI

Mobil Aloqa Tizimlari fanidan

Guruh: 214-08 ITu.
Bajardi: Rustamov B.
Qabul qildi: Madaminov H.

Toshkent 2011

УЛЬТРА ҚИСҚА ТЎЛҚИНЛАРНИНГ ТАРҚАЛИШ ХУСУСИЯТЛАРИ


1. УҚТ диапазонида ер тўлқинларини тарқалиши


Метрли, дециметрли ва сантиметрли диапазонининг (жуда юқори частота - ЖЮЧ, ультра юқори частота - ЎЮЧ ва ўта юқори частота - ЎЮЧ частота диапазони) радио тўлқинлари Ердаги алоқа ва эшиттириш тизимларида кенг қўлланилади. Бундай тизимларнинг кўпчилиги ер тўлқинида ишлайди. Фақат тўлқинларни трапосфера ва ионосферадаги сочилиши билан ишловчи алоқа линиялари кирмайди. Кўрилаётган частота диапазонларида ер тўлқинининг барқарор ишлаши тўғридан-тўғри кўриниш масофаси билан чегараланган. Бир вақтни ўзида дециметрли ва сантиметрли диапазонини ишлатувчи, бир неча минг километрларгача узунликдаги магистрал линиялари кенг тарқалган. Бу линиялар қабул қилиб узатувчи радиорелели станциялар (РРС) занжири кабидир. Қўшни РРС бир-биридан ўрта рефракция шароитида узатиш ва қабул қилиш антенналари орасида тўғридан-тўғри кўриниш масофаси ошмайдиган масофада жойлашади. Ҳар бир оралиқ РРС да қабул қилинаётган сигнал кучайтирилади ва кейинги станцияга узатилади. Қўшни станциялар орасидаги линия қисми ретрансляцион интервал дейилади. Бундай принцип бўйича қурилган линиялар тўғридан-тўғри кўриниш билан чегараланган интервалли радиорелели линия (РРЛ) дейилади. Рақамли РРЛ лар (РРРЛ) жуда кенг ўтказиш полосасига (100 МГц гача ва ундан юқори) эга бўлганлиги сабабли, улар асосан фақат 10 ГГц (тўлқин узунлиги 3 см дан кичик бўлган) частоталардан юқори бўлганда ишлаши мумкин. Телевизион узатиш ва радиоэшиттириш тизимлари асосан метрли тўлқин диапазонида ишлайди. Бу диапазонда эшиттириш узатгичларини барқарор таъсир қилиш радиуси ҳам таҳинан тўғридан-тўғри кўриниш масофаси билан чегараланган. Станцияни таъсир қилиш радиусини ошириш учун антенна ўрнатиладиган минора баландлиги ҳисобидан ҳам, табий рельеф баландлиги ҳисобидан ҳам узатиш антеннасини баландроқ жойга ўрнатишга интилишади. Мисол сифатида Тошкент радиотелевизион узатиш марказининг антенналар мажмуасин келтириш мумкин, унинг баландлиги 375 метр.
Сиртнинг ғадир-будирлиги. Рэлей мезони. Ер сирти ҳеч қачон идеал силлиқ бўлмайди. Теккислик ҳудуди ҳам кўп сонли хаотик жойлашган нотекисликлариги билан қопланган. Ер тўлқинининг майдонини интерференцион тузилишида тарқалиш шароитига аксланиш учун мавжуд бўлган зона чегарасидаги тақсимланган ҳудуд нотекисликлари таъсир кўрсатади. Сирпаниб тарқалишда деярли бутун трасса бўйлаб ҳудуд нотекислигини ҳисобга олиш зарур. Агар ер сиртини катта бўлмаган нотекисликлари ўртача бир текис жойлашагнан бўлса, унда бундай сиртни ғадир-будир дейилади. Ишчи тўлқин узунлигига боғлиқ равишда ғадир-будир сирт бўлиб денгизни тўлқинланган сирти, майса ёки чаклакзор билан қопланган текислик ва бошқалар. Ғадир-будир сирт устидан тўлқин тарқалганда ер тўлқинининг майдонини сочилиши юз беради, бу берилган йўналишдаги энергия оқимини кучсизланишига сабаб бўлади. Бу кучсизланишни ҳисобга олиш усули мавжуд.
Очиқ трасса шароитида метрли, дециметрли ва сантиметрли тўлқин диапазонларида ишлаганда ерни мавжудлиги аксланган тўлқин кўринишида намоён бўлади. Бу ҳолда ғадир-будир аксловчи сиртдан сочилиши натижасидаги майдон кучсизланиши самарали аксланиш коэффициенти R_сам ёрдамида ҳисобга олинади. R_сам катталиги доим кўзгули аксланиш коэффициенти R дан кичик бўлади, у силлиқ акслаш сирти учун тўғридир. Ғадир-будир сиртни нотекислик даражаси Рэлей мезони ёрдамида баҳоланади. Текис тўлқин сирпаниш бурчаги ∆ остида горизонтал ∆h чуқурликли текис сиртга тушсин (21.1-расм). А'С'В' нур чуқурликка тушиши ва сирпаниш бурчаги ∆ билан аксланади ва S текислигида текис сиртдан аксланган АСВ нуридан ∆φ = (2π/λ)2∆hsin∆ фазага фарқ қилади. Одатда нотекисликни ғалаёнланиш таъсирини ҳисобга олмаслик мумкин, агар ∆φ < (π/4…π/2) бўлса. ∆φ_mах критик қийматга мос келувчи критик баландликни ∆h_mах орқали белгилаймиз ва ∆h_max = λ/[(16…8)sin∆] оламиз. sin∆ ≈ ∆ бўлгандаги ясси траектория учун ва одатда критик қиймат сифатида қабул қилинадиган ∆φ_mах = π/2 ифодани соддалаштиради ∆h_mах ≈ λ/(8∆). Агар нотекислик баландлиги ∆h ≤∆ h_mах ≈ λ /(8∆) бўлса, унда аксланишни кўзгули дейилса бўлади. Бу шарт Рэлей мезони дейилади, у тушаётган тўлқинни траекторияси қанча ясси бўлса, нотекисликни ғалёнланиш таъсири шунчалик кучсиз бўлади. Шундай қилиб 10 см ли тўлқинни ∆ = 5° критик баландлиги фақатгина 14 см тенг, бурчакни 0,5° гача камайтирилса руҳсат этилган нотекислик ўлчами 1,4 м гача ошади. Рэлей мезони тахминий табиатга эга, чунки нотекислик шаклини, майдон қутбланишини ва бошқаларни ҳисобга олмайди. Лекин ўлчашлар сиртни ғадир-будирлиги таъсирини бу мезон сифатли тўғри баҳолайди. Агар очиқ трассаларда минимал зона чегараси аксланиш учун нотекислик баландлиги ∆h > ∆h_mах, унда интерференцион формулаларда самарали аксланиш коэффициенти R_сам қўлланилади. R_сам катталиги ҳар хил кўринишдаги ғадир-будир сиртлар учун эксперементал маълумотларни статистик қайта ишлаш натижалари бўйича аниқланади.
Радио тўлқинларни шаҳарда тарқалиши. УҚТ диапазонидаги сигналларни қабулқилиш шароити қабул қилувчи антеннанинг ўраб турган предметларга нисбатан жойлашишидан боғлиқлиги катта бўлади. Шаҳар шароитларида бундай предметлар бино, дараҳтлар, завод трубалари, миноралар ва бошқалар ҳисобланади. Яқин жойлашган бинолар жойлашувига қараб сояловчи тўсиқ ёки аксланган тўлқинларнинг маҳаллий манбаси бўлиши мумкин. Алоҳида тўсиқни сояловчи таъсири тўсиқ ортидаги майдон икки жараён натижасида ҳосил бўлишига олиб келади: Дифракция ва тўсиқ орқали сингиш. Кўрилаётган диапазони тўлқинларининг дифракцияси катта йўқотишлар билан юз беради. Бино деворлари туридаги тўсиқлар ичига сингиш ва ютилиш ҳисобига бошқа катта йўқотишлар билан ҳам кузатилади. Ўлчашлар майдон кучланганлигини алоҳида турган ғишт бино ортида одига нисбатан 20...30 дБ дан паст, темир-бетон қурилма ортида сигнал сатҳи 30...40 дБ гача пасаяди. Бутунлай шаҳар қурилмалар ичида кўп сонли сояланиш зонаси мавжуд, у ерда сигнал анчагина кучсизланишга дуч келади. Ўраб турувчи бинолар аксланган тўлқинлар манбаси сифатида, кўп сонли аксланган тўлқинларни интерференцияси сабаблифазода майдон амплитудалари нотекис тақсимланиши қуринишида намоён бўлади, сояланган зоналарни ёритилгандай ҳам бўлади. Бирламчи майдонни вертикал қутибланиши ҳолида аксланишлар вертикал бўйича йўналган (бино деворлари, дараҳтлар) предметлардан аксланиши жадалдир.
УҚТ шаҳарда тарқалиш шароитларини мураккаблиги назарий ҳам, эксперементал изланишларда ҳам статистик табиатини аниқлайди. Сигнални қабул қилиниш шароитлари бўйича асосий учта хусусий холларни ажратиш мумкин: Узатувчи ва қабул қилувчи антенналар шаҳар қурилмалари сатҳидан баланда турибди ва улар орасида тўғридан-тўғри кўринш бор; ҳаракатдаги объект билан базавий станция орасидаги алоқа; иккита ҳаракатдаги объектлар орасидаги алоқа. Биринчи холда телевизион сигнални қабул қилиш учун мойил, майдон кучланганлигини Введенский формуласи бўйича ҳисоблаш мумкин, ҳисоблаш натижасини тўғирлаш коэффициентларига (одатда 0,4...0,6) кўпайтирилади.
Иккинчи ва учинчи холларда узатиш ва қабул қилиш пунктлариорасида, қоидага биноан тўғридан-тўғри кўриниш йўқ ва кўп нурли майдонни шаклланишида асосий хиссани ҳаракатдаги пунктни атрофидаги бинолар аксланишлар билан киритишади.
Масофа, тўлқин частотаси ва антенналарни ўрнатилиш баландлигига боғлиқ шаҳар шароитида қабул қилиш нуқтасида майдон кучланганлигини ўзгариш қонуниятини кўриб чиқамиз.
21.5-расмда сигналнинг қувватини ўртача (медиан) қийматини Р_с r масофадаги таянч станциянинг антенна таянчини турлича баландликларида h₁ 922 МГц частотада боғлиқлиги ўлчанган. Ҳаракатдаги объектдаги антенна таянчини баландлиги h₂ = 3 м. Штрихли чизиқлар билан Р_с ни эркин фазо шароити учун масофага боғлиқлик эгри чизиғи келтирилган. 0 дБ сатҳи базавий станциядан 1 км узоқликдагиэркин фазо майдонига мос келади. Келтирилган боғлиқликлар анализи масофани 15 км гача оширилганда сигнал қуввати r^-3 каби камайяпти. r ни яна ҳам катталаштирилгандасигнал сатҳини жуда тез камаишига олиб келяпти. Сигнални кучсизланиши шаҳарда частота катталашиши билан ошяпти. Бу боғлиқликни P_c = Af^-n кўринишида ёзиш мумкин, бунда А – пропорционаллик коэффициенти. 100 дан 2000 МГц гача частота оширилганда n коэффициенти 0,2 дан 1 гача ўзгаряпти. r = 1 … 10 км да майдонни сатҳини частотага боғлиқлиги кучсиз, лекин кейинчалик масофа кўтарилиши билан n коэффициенти унга боғлиқ бўлиб қолиб ва сезиларли равишда катталашяпти. Кучсизланиш кўпайтирувчиси медиан қийматини часттага боғлиқлиги, бунда h₁ = 200 м ва h₂ = 3 м, 1, 5, 20 ва 40 км масофа учун (21.6-расм).

Майдонни ўртача сатҳини базвий станциянинг антеннасини жойлашиш баландлигига боғлиқлигини 21.5-расмда текшириш мумкин. Антеннани таянчининг баландлиги масофа билан сигнал сатҳини камайиш тезлигига кучли боғлиқ эмас. Лекин базавий станция антеннасини кўтариш майдон абсолют қиймати тахминан баландликни квадратига (6 дБ/октава) тўғри пропорционал куталишига олиб келади. Кабул қилиш нуқтасидаги майдонга фақат кўриб чиқилган факторларгагина боғлик эмас, балки бошқа кўп нарсаларга ҳам боғлиқ. Хусусан сигнал сатҳианчагина шаҳарда тўлқинни тарқалишига каналлаштириш таъсирини ўтказадиган кўчаларни жойлашувига боғлиқ. Радиал бўйлаб жойлашагн қўчаларда перпендикуляр йўналишдагиларга қараганда сигнал сатҳи 10...20 дБ га катта.

Бинолар деворларидан қайта аксланишлар ҳисобига ва шаҳарда қопловчи сиртини қутбланиши ўзгариши ходисаси кузатилади – тўлқин энергиясини бир қисми ўтадиган майдон кучланганлигини ортогонал (перпендикуляр) ташкил этувчиси пайдо бўлади. Қутбланиш ўзгариш коэффициенти майдон кучланганлигини асосий қутбланиши ва ортогонал ташкил этувчилари орасидаги дБ даги фарқини кўрсатади.
Тошкент шаҳарида радиал кучаларда (узатиш антеннасига нисбатан) қутбланишни ўзгариши ўртача кўндалангига нисбатан 2...4 дБ га катта. Қурилмалар зичлиги катта бўлган ҳудудларда қурилмалар зичлиги кам бўлган ҳудуддан пастроқ. Қабул қилиш антенна таянчининг баландлигни катталаштирилганда қутбланишни ўзгариш коэффициентининг қийматини ўсиши кузатилади. Шаҳарда майдон кучланганлигининг горизонтал ва вертикал ташкил этувчиларини қиймати корреляцияланмаган, бу эса узатиш ва қабул қилиш учун кроссқутбланган антенналар (ортогонал қутбланишли антеннлар) қўллашни тавсия қилиш мумкинлигини кўрсатади. Майдон тузилиши интерференцион табиатга эга. Шаҳар архитектураси майдон кучланганлигини интерференцион тасвирини квази давр катталигига (яқиндаги минимулар орасидаги ўртачалаштирилган масофаси) кучли таъсир кўрсатади. Демак, Тошкент шаҳридаги қурилмалар зичлиги кичик бўлган ҳудудларда квази давр катталиги ўртача 0,62λ ни, радиал қучаларда эса – 0,5 λ такил қилади.