Введение к работе
Актуальность темы. Радиовещание в диапазоне декаметрових (ДКМ) или коротких волн в современных условиях играет важную роль как средство передачи массовой информации в любое место земного шара. В настоящее время это самый дешевый и самый оперативный по сравнению с другими диапазонами способ обслуживания радиовещанием больших территорий с многомиллионным населением. Большому распространению вещания в этом диапазоне' способствует наличие огромного парка приемников (около 400 000 000) с ДКМ диапазонами во всех странах мира и применение существующих во многих странах высокоэффективнх передающих антенн, расходы на сооружение и эксплуатацию которых составляют до 40...50% общих расходов на передающие вещательные центры.
Значительная часть потребителей программ вещания - радиослушателей сосредоточена в современных крупных городах с большим числом многоэтажных зданий. Влияние их взаимного расположения, материала стен зданий (кирпич, железобетон и т. п.). разветвленной сети металлических проводов и труб внутри зданий, может привести к изменению характеристик направленности приемных антенн радиослушателей и ослаблению напряженности поля в месте-приема.
В научно-технической литературе не имеется данных о влиянии городской среды на характеристики направленности приемных антенн декаметровых волн (ДКМВ) и изменение уровня сигнала при приеме пространственных волн, при помощи которых осуществляется вещание на удаленные территории.
В документах Международного союза электросвязи (МСЭ) также отсутствуют какие-либо данные об"~условйях приема ДКМ"вещания в городах и о характеристиках направленности приемных антенн, которые необходимы для составления рекомендаций по проектированию радиолиний ДКМ вещания.
Таким образом, актуальность данной работы объясняется тем, что до настоящего времени не имелось данных о влиянии условий города на эффективность работы и характеристики направленности приемных антенн радиослушателей ДКМ диапазона и определяется необходимостью получения этих данных для оптимального проектирования радиолиний ДКМ вещания и повышения их эффективности.
Цель работы. Цель работы состояла в определении характеристик направленности антенн радиослушателей, установленных внутри зданий
города, и их эффективности при приеме пространственных волн ДКМ диапазона и в разработке на базе этих исследований рекомендаций для проектирования линий радиовещания на удаленные территории с наличием крупных городов, оптимального выбора для конкретных трасс вещания существующих передающих антенн, и разработки новых типов этих антенн.
Задачи исследований состояли в следующем:
-
Определение реальных характеристик направленности приемных антенн радиослушателей и возможных искажений формы диаграмм направленности (ДН) этих антенн в вертикальной и горизонтальной плоскостях в зависимости от местоположения приемной антенны в городе.
-
Определение реальной (усредненной в целом по городу) форми ДН в вертикальной плоскости приемных антенн, расположенных: внутри городских зданий, которую целесообразно использовать при проектировании трасс ДКМ вещания.
-
Теоретическое и экспериментальное исследование степени ослабления уровня напряженности поля пространственных ДКМВ городскими строениями и их взаимным расположением при приеме вещания внутри зданий города и средней величины этого ослабления в целом для современного города.
-
Определение "статистического закона (и его числовых характеристик) пространственного распределения уровня напряженности поля ДКМВ в крупном городе.
Научная новизна результатов, полученных в диссертационной работе, состоит в том. что впервые:
- разработаны алгоритмы определения коэффициентов прохождения
ДКМВ через различные типы стен современных городских зданий;
-"разр^1боТана_Мтодака_вычислёнйя~ напряжённости" поля" за "железобетонной стеной с отверстием (окном) современного городского здания и проведен анализ зависимости ослабления поля за этим препятствием от положения точки наблюдения;
проведен теоретический анализ зависимости уровня напряженности поля от угла прихода волны и его ослабления в области тени, образованной зданиями города;
проведен анализ вариаций уровня сигнала ДКМВ в городе, принимаемого в городе антеннами, расположенными внутри зданий;
исследовано изменение характеристик направленности приемных антенн, расположенных внутри зданий, обусловленное влиянием городской застройки;
исследованы статистические закономерности уровня напряженности поля в слое городской застройки;
предложена методика применения полученных в работе результатов, позволяющая осуществлять проектирование радиолиний ДКМ вещания, предназначенных для обслуживания вещанием регионов с наличием крупных городов.
Методы исследований.'. Для достижения" цели работы при'решении модельных задач использованы следующие современные методы электродинамики и антенной техники:
при решении задачи -прохождения радиоволн через слоистые среды применен метод геометрической оптики, дающий в данном случае строгое решение задачи, при этом вводится понятие нормальных импе-дансов, упрощающее проведение расчетов;
при решении задачи дифракции на отверстии в проводящем экране используется метод Бете (Bethe), заключающийся в замене поля на отверстии эквивалентными электрическим и магнитным диполями, что дает удобные выражения для вычисления поля за отверстием;
при определении поля в области тени от городских зданий используется метод равномерной геометрической теории дифракции.
При экспериментальных исследованиях используются статистические методы обработки данных измерений с применением соответствующих критериев оценки достоверности полученных результатов. Исследования проведены с использованием специально поставленного эксперимента по измерению напряженности поля в зданиях крупного города с применением аппаратуры, установленной на самолете. Применение самолета позволило провести исследования, исключив влияние ионосферы на характеристики сигнала при приеме пространственных ДКМВ в городе.
Достоверность полученных расчетных "данных-13бусЖвлёна~йЖолъ-зованием при решении модельных задач строгих методов электродинамки и соответствием полученных при этом результатов с результатами экспериментальных исследований в реальной городской среде. Высокая достоверность результатов экспериментальных исследований достигнута обработкой большого объема данных методами математической статистики с определением доверительных интервалов и критериев вероятности.
Практическая ценность результатов работы состоит в следующем.
-
Впервые определено медианное значение ослабления, необходимое для проектирования .зон уверенного приема вещания, обслуживающего территории с наличием крупных городов.
-
Получено аналитическое выражение для формы усредненной ДН
- 6 -приемных антенн, применяемых радиослушателями в современных городах, учитывающее влияние города при приеме в нем ДКМВ и необходимое для оптимального выбора траекторий распространения радиоволн и ДН передающих антенн при проектировании трасс вещания на удаленные территории.
-
Экспериментально установлен статистический закон пространственного распределения уровня напряженности поля в городе, необходимый для определения зон уверенного приема вещания с требуемым для качественного приема уровнем напряженности поля.
-
Результаты, полученные в работе, могут быть использованы также при проектировании экранированных помещений для защиты от проникновения электромагнитного излучения, учета биологического воздействия этого излучения в диапазоне ДКМВ, дают необходимую информацию при рассмотрении вопросов электромагнитной совместимости.
Реализация результатов работы. Основные результаты диссертационной работы реализованы в Государственном научно-исследовательском институте радио (НИИР), в Главном центре управления сетями магистральной радиосвязи и радиовещания (ГЦУРС) и в Государственной комиссии по радиочастотам (ГКРЧ).
На основе полученных в работе результатов составлены вклады, представленные Администрацией связи России в Международный консультативный комитет радио (МККР). На основе этих вкладов 10-й Исследовательской комиссией (10 ИК) подготовлена новая редакция Рекомендации 705 "HF transmitting antennas characteristics and diagrams", в которой впервые при проектировании радиолиний вещания учитывается влияние условий города на прием ДКМВ.
Апробация результатов работы. Диссертационная работа рассматривалась' на"заседании секщш'НаучнУ-техничёск6го~сбвета НИИР. Результаты работы были доложены на 3-ей Всесоюзной научно-технической конференции по антеннам и фидерным трактам для радиосвязи, радиовещания и телевидения (Москва, 25...28 декабря 1973 г.) и на Международном совещании экспертов 10-й исследовательской комиссии сектора радиосвязи МСЭ (Москва, май 1993 г.).
Публикации по работе. Результаты диссертационной работы нашли отражение в 11 статьях в научно-технических журналах, докладе на указанной выше конференции и в документах 10-й исследовательской комиссии МСЭ. Материалы диссертационной работы содержатся также в научно-технических отчетах НИИР по теме "Город" (5 отчетов, диссертант - ответственный исполнитель), заключительном отчете по этой
- 7 -теме, микрофильмированном во ВНТИЦентре (г. Москва).
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 разделов, заключения, списка литературы из 86 наименований. Она содержит 154 страницы основного текста. 93 рисунка на 73 страницах и 60 страниц приложений. Общий объем работы 279 страниц.