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      1. 車載短波近距離通信分析與研究論文

        時間:2020-12-08 17:00:14 通信工程畢業(yè)論文 我要投稿

        車載短波近距離通信分析與研究論文

          短波分為地波和天波兩種,通常在〇?30公里用地波傳播,而100公里以上用天波傳輸。對于30?100公里的距離通常稱為短波通信盲區(qū)。短波的通信距離通常由電離層的高度、濃度,反射臨界角和短波發(fā)射仰角決定。本文選用雙層平谷電離層電子密度模式,研究近距離通信中頻率的選擇和仰角的選擇。

        車載短波近距離通信分析與研究論文

          1理論分析

          1.1電離層分析

          電離層(Ionosphere)是地球大氣的一個電離區(qū)域。電離層可從低到高依次分為D層、E層和F層等,其中F層還可分為F1層和F2層。中午時E層的最大電子密度約為x=10"F層的最大電子密度約為N=7.15*10u在短波通信中起作用的通常是E層和F層。因此本文主要研究E層和F層對短波通信的影響。

          1.2反射與透射理論

          在電磁場理論中,當(dāng)電磁波入射到均勻介質(zhì)時,在入射的邊界上,在該區(qū)域中產(chǎn)生反射波和透射波?紤]一個平面式兩邊均勻介質(zhì)的邊界。

          任意極化的入射波都可以分解為TE波(水平極化)和TM波(垂直極化)分量。對于TM波,當(dāng)以布儒斯特角入射時,反射矢量kr與透射介質(zhì)中偶極子振蕩方向一致,所以沒有TM波被反射。布儒斯特角公式為:

          其中:&為布儒斯特角;ki為入射波矢量;A為介電常數(shù);&為透射面介電常數(shù)。

          當(dāng)入射角大于臨界角時功率全反射,入射角小于反

          射角時反射的功率迅速減小。因此,為了提高短波的輻射功率在電離層的反射效率,要求輻射仰角要大于電離層的臨界角。臨界角由電離層的介電常數(shù)和短波發(fā)射頻率決定。

          因此電離層的臨界角如下:

          其中:為反射角;£〇為短波發(fā)射角頻率;為電離層的體頻率。

          1.3雙層平谷電子模式

          根據(jù)短波信道傳輸?shù)奶攸c,本文采用的電子密度模式分為上下兩部分,下層從E層最大高度以上直到F層電子,密度等于E層最大電子密度NmE的高度范圍內(nèi),電子密度保持等于NmE;從F層最大電子密度對應(yīng)高度之上為電離層,上電離層采用查普曼分布。該模式簡稱為雙平谷模式,其電阻,密度分布如下:廣-7^N(h)是高度h處的電子密度,N(h)的單位是個/m3,h的單位是km;NmE,HmE與NmF,HmF分別是E層和F層最大電子密度及相應(yīng)的高度;YmE,YmF分別是E層和F層的半厚度;HoE是E層的底高,HoE=HmE—YmE;H是查普曼層標(biāo)高,取經(jīng)驗值H=0.542YmF;Hq是相應(yīng)于F層電子密度等于NmE的高度:

          Hq=HmF-YmF[l-(foEfoF■;"

          其中:foE,foF分別為E層和F層體頻率。

          YmE=25kmHmE=125kmfoE=2.84MHzfoF=7.6MHzYmF=100kmHmF=300KM設(shè)收發(fā)點之間的地面距離為D,—個以頻率工fob斜向離開地面發(fā)射點T的電波射線(進入電離層的`入射角為^),經(jīng)路徑達地面接收點R;而與該斜入射波在相同高度反射(反射點為A)的等效垂直入射波的頻率為fv。兩個入射波的等效反射點,HecA=B'!./v(2sV./;--,/v;

          根據(jù)上述電子密度模式以及電離層特性,可得到垂直入射頻率fv與反射虛高h(yuǎn)’的關(guān)系:

          當(dāng)fv=HoE+(YmE*Jv/2*foE)In近距離通信分析與計算根據(jù)通信距離估算計算最大可用通信頻率MUF。最大可用通信頻率MUF*0.85得FOT最佳通信頻率。然后設(shè)利用FOT估算發(fā)射虛高h(yuǎn)’。根據(jù)反射虛高估算鏈路損耗是否滿足要。然后根據(jù)車載短波天線的方向特性,把增益最大的方向?qū)χc其通信的短波站臺.獲取最佳通信效果。

          2.1估算最大可用頻率

          利用公式(2),根據(jù)傳輸距離和反射層高度,估算發(fā)射仰角,然后估算最大可用頻率。利用公式(2)對2?11MH頻率的日間的臨界角計算。根據(jù)估算的仰角可以查找到最大可用頻率。

          頻率越高則通信臨界角越高。根據(jù)臨界角和E層與F層的高度,可以粗略估計通信距離。根據(jù)經(jīng)驗值,可以先選取E層高100Km,F(xiàn)層高240km。利用簡單三角關(guān)系估算通信距離。

          通信距離越短則要求通信頻率越低,只有底頻率才能獲取小的臨界角。由于車載鞭狀天線方向圖的仰角較低,因此優(yōu)先選取臨界角大的頻率3.5MHz,最佳工作頻率=0.85*3.5=2.975MHz。

          2.2計算發(fā)射虛高和可用通信頻率

          以給定通信距離為D=150km,以斜射頻率OWF=2.975為參數(shù),可由公式(6)作出一組工fv?h’的傳輸曲線;而由公式(7)又可以確定fv?h’的E,F(xiàn)層頻高圖曲線。對于給定的斜射頻率,傳輸曲線與頻高圖曲線的交點就是從發(fā)射點到接收點的可能傳播路徑和反射虛高。

          3短波盲區(qū)通信分析與計算

          由于短波盲區(qū)通常指30km至100km之間的距離,由臨界關(guān)系和反射角可知,只要30km能通信時,30km至100km之間就能通信。

          可選用的通信頻率有兩組,分別為2.85?2.87MHz,對應(yīng)的臨界角為5?8.3度;7.6?7.61MHz,對應(yīng)的臨界角為0.04?3.71度。

          近距離通信時的反射臨界角很小,而反射臨界角的隨頻率增大而增大,因此要實現(xiàn)近距離通信首先要選用低頻段頻率。對與100km至500km作左右的通信,建議頻率選擇在3MHz左右。

          對于30km?40km的通信,只有F層中有一條傳輸路徑,實際可用頻率7.6MHZ。反射角2.94度,反射虛高300km;發(fā)射仰角90-2.94=87.06度。應(yīng)急通信中,近距離短波通信效果并不理想,駐車時建議更換斜拉天線或雙極天線。

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