6.5: Передача прямої видимості

Цілі навчання

• Описує зв'язок прямої видимості.

Передача на великі відстані по будь-якому виду каналу стикається з проблемами загасання. Втрати в каналах провідної лінії досліджуються в модулі Circuit Models, де ретранслятори можуть розширити відстань між передавачем і приймачем за межі пасивних втрат, які завдає канал провідної лінії. У бездротових каналах відбувається не тільки втрата випромінювання, але і одна антена може не «бачити» іншу через кривизну землі.

Малюнок 6.5.1 Показані дві антени, кожна з яких має однакову висоту. Передача прямої видимості означає, що передавальні та приймальні антени можуть «бачити» один одного, як показано на малюнку. Максимальна відстань, на якій вони можуть бачити один одного, d _LOS, виникає, коли прицільна лінія просто пасе земну поверхню.

На звичайних радіочастотах поширюється електромагнітна енергія не йде за земною поверхнею. Лінійний зв'язок має передавач і приймач антени в візуальному контакті один з одним. Припускаючи, що обидві антени мають висоту

$$d_{LOS}=2\sqrt{2hR+H^{2}}\simeq 2\sqrt{2Rh} \nonumber$$

де R - радіус землі і R = 6,38×10 ⁶ м.

Вправа$\PageIndex{1}$

Вивести вираз відстані прямої видимості, використовуючи лише теорему Піфагора. Узагальніть його до випадку, коли антени мають різну висоту (як у випадку з комерційним радіо та стільниковим телефоном). Який діапазон стільникового телефону, де антена трубки має по суті нульову висоту?

Рішення

Малюнок 6.5.2

Використовуйте теорему Піфагора,

$$(h+R)^{2}=R^{2}+d^{2} \nonumber$$

де h - висота антени, d - відстань від вершини землі до точки дотику з земною поверхнею, а R радіус землі. Відстань прямої видимості між двома земними антенами дорівнює

$$d_{LOS}=\sqrt{2h_{1}R+h_{1}\, ^{2}}+\sqrt{2h_{2}R+h_{2}\, ^{2}} \nonumber$$

Оскільки радіус землі набагато більший за висоту антени, ми маємо гарне наближення, що

$$d_{LOS}=\sqrt{2h_{1}R}+\sqrt{2h_{2}R} \nonumber$$

Якщо одна антена знаходиться на висоті землі, скажімо

$$h_{2}=0 \nonumber$$ , діапазон іншої антени $$\sqrt{2h_{1}R} \nonumber$$

Вправа$\PageIndex{1}$

Чи можете ви уявити ситуацію, коли глобальний бездротовий зв'язок можливий лише з однією передавальною антеною? Зокрема, що відбувається з довжиною хвилі, коли частота несучої зменшується?

Рішення

Зі зменшенням частоти довжина хвилі збільшується і може наближатися до відстані між земною поверхнею і іоносферою. Припускаючи відстань між двома 80 км, співвідношення λf = c дає відповідну частоту 3,75 кГц. Такі низькі несучі частоти будуть обмежені аналоговим зв'язком з низькою пропускною здатністю та цифровим зв'язком з низькою передачею даних. ВМС США дійсно використовували таку схему зв'язку, щоб дістатися до всіх своїх підводних човнів відразу.

Використання антени 100 м забезпечить передачу прямої видимості на відстані 71.4 км. Використання таких дуже високих антен забезпечить бездротовий зв'язок у межах міста або між близько розташованими населеними пунктами. Отже, мережі антен посипають сільську місцевість (кожна розташована на максимально високому пагорбі), щоб забезпечити міжміський бездротовий зв'язок: кожна антена отримує енергію від однієї антени і ретранслює на іншу. Цей вид мережі відомий як ретрансляційна мережа.