LINII RADIORELEU

Schema bloc a unui sistem radioreleu este urmatoarea :

Statiile intermediare :

Semnalul este translatat dintr-o banda in alta fara a ajunge in banda de baza ;

Semnalul este demodulat putandu-se extrage si insera in anumite cai .

Transmisiile prin radioreleu folosesc propagarea dincolo de orizont prin difuzia troposferica, spatiul difuzat preia functia unui radiator secundar cu caracteristica aproximativ sferica. Exista trei puncte de vedere prin care propagarea dincolo de orizont difera de propagarea prin vizibilitatea directa :

1) - atenuarea este mult mai mare

(ex. 2500MHz , 400 km :

152dB in spatiul liber;

232dB dincolo de orizont.

Atenuarea suplimentara variaza cu distanta si frecventa, dar variaza cu mai putin de 10dB intre 1.000 4.000MHz .

2) - Fluctuatiile atenuarii sunt mai mari in cazul propagarii dincolo de orizont , unde apar si interferente intre unde ce parcurg trasee diferite. Fluctuatiile rapide sunt suprapuse peste fluctuatii lente.

3) - Largimea benzii transmise (frecventa medie de modulatie) este limitata in trasmisiile dincolo de orizont datorita timpului de propagare diferit al undelor ce trec prin diverse puncte ale volumului de difuzie.

Pentru a reduce efectul cresterii atenuarii se folosesc antene cu directivitate mare si metode adecvate de modulatie (de obicei FM). Antenele pentru vizibilitate directa cupleaza puteri de cativa watti si au diametrul de aproape 3 m , iar cele dincolo de orizont cupleaza puteri de ordinul 10 20 kW (100 kW) si au diametre de aproape 20 m.

Legaturile prin difuzie troposferica lucreaza la frecvente mai joase ~ 1GHz pentru distante mari si ~ 8 GHz pentru distante scurte.

Legarea mai multor tronsoane cu difuzie troposferica nu este in general folosibila, dar ele pot fi interconectate cu cele cu vizibilitate.

Stabilirea unor legaturi mai lungi (exemplu: intercontinentale), peste lungimea unor linii de radioreleu cu difuzie, se face cu ajutorul satelitilor artificiali. Acestia se bazeaza pe faptul ca undele decimetrice si centimetrice nu sunt reflectate de ionosfera ci o traverseaza. Acestia pot indeplini acelasi rol ca o statie intermediara terestra de redioreleu. Satelitii pot fi :

pasivi (reflecta undele emise) - mai putin utilizati deoarece necesita puteri mari la statiile de sol ;

activi - care receptioneaza si emit instantaneu sau intarziat dupa ce memoreaza datele - transmisia este posibila dupa ce satelitul a parcurs o distanta pe orbita sa. Din punct de vedere al vitezei de rotatie ei pot fi :

sincroni (stationari);

subsincroni (sincronizati) ;

cu repartitie aleatoare.

Banda satelitilor este uzual intre 2 6 GHz (sub 2 GHz este zgomotul cosmic, iar peste 6 GHz radiatia termica a oxigenului devine suparatoare). Modulatia folosita este FM cu deviatie mare de frecventa.

Planul de frecvente al unei linii de radioreleu

Pentru ca in timpul functionarii liniei de radioreleu statiile intermediare sa nu se perturbe reciproc , frecventele se aleg dupa anumite criterii (cu cat numarul de frecvente este mai mare sistemul devine mai scump).

Exemplu de sistem cu 2 si 4 frecvente :

Antene si fideri : Antena este dispozitivul conceput in cazul emisiei pentru a trece energia de frecevnta foarte inalta (provenita prin fider de la echipamentul terminal de emisie ) in spatiul liber.

Trecerea energiei de la fider in spatiul liber, emisia trebuie sa se faca fara pierderi (impedanta antenei trebuie sa fie egala cu impedanta caracteristica a fiderului).

In cazul receptiei impedanta antenei trebuie sa fie egala cu impedanta caracteristica a fiderului.

Proprietatea unei antene de a radia diferit in spatiu pe diverse directii se numeste directivitate . Puterea radiata pe o anumita directie depinde de puterea injectata in antena si de caracteristica de directivitate a acesteia.

Castigul unei antene este castigul pe directia de radiatie maxima. O antena este complet caracterizata daca se cunosc parametrii :

Frecventa (domeniul de frecventa = banda) in care lucreaza ;

Diagrama de radiatie, castigul si suprafata echivalenta ;

Impedanta la bornele de intrare ;

Puterea maxima la care poate lucra in regim de emisie (fara descarcari).

O sursa de unde emise care imprastie puterea P_E uniform in toate directiile este o sursa izotropa (din punct de vedere fizic nu exista surse perfect izotrope).

T densitatea de putere radiata

Caracteristica de directivitate a unei antene

(aceeasi si in regim de receptie si in regim de emisie).

Intr-un mediu fara pierderi neglijam puterea din lobii secundari (raport fata/spate este infinit) :

T

Cu cat o antena este mai directiva ea are un castig mai ridicat .

Calculul atenuarii unei linii de radioreleu

Pentru o antena izotropa P_{E β} este caracterizat de : g = 1 si .

La receptie obtinem relatia :

deci se va obtine : T

unde si .

Domeniul de frecventa al antenei este acela in care adaptarea cu fiderul este realizata. Antenele utilizate pentru statiile de radioreleu trebuie sa aiba un castig ridicat (20 ÷ 60 dB) iar energia sa fie concentrata in lobul principal . Raportul fata / spate este aproximativ de 60 ÷ 70dB. Antenele pot fi de banda larga unde Df = 10% din f_centrala sau foarte larga unde Df=25% di f_centrala . Antena trebuie sa functioneze in polarizare verticala si orizontala .

Tipuri de antene utilizate :

Parabolica ;

Horn (cu lentila, cu segment de parabola) ;

Periscopica ;

Elicoidala .

Antena parabolica

Antena parabolica are urmatoarea forma :

unde G creste cu 6 dB la fiecare dublare de frecventa, iar si . Pentru G = 10 lg g_max exista urmatoarele valori :.

Caracteristicile depind in mare masura de natura sursei utilizate la iluminarea reflectorului. Sursa poate fi axiala si laterala , Cassegram :

Antena horn

Antena horn este antena care are ghidul de unda deschis (elementul radiant este suprafata hornului).

Alte tipuri de antene :

Filtre optice

O fibra optica (FO) este constituita dintr-un "miez" transparent prin care se propaga

"ghidat" razele luminoase. Miezul este acoperit de un invelis cu indice de refractie usor inferior miezului (n₂ n₁). La interfata miez-invelis apare un fenomen de reflexie totala (TIR) pentru anumite raze de lumina. Miezul si invelisul FO sunt protejate printr-unul (sau mai multe) straturi din material plastic.

Utilizarea fibrelor optice (FO) in sistemele de comunicatii a permis , pe de-o parte cresterea numarului

canalelor telefonice transmise in linie (banda de frecventa utilizata) si pe de alta parte , cresterea distantei intre receptoarele "canalului optic" (pasul de regenerare). Este , de asemenea, de notat totala insensibilitate a transmisiei la parazitii electromagnetici . Aceste calitati ale sistemelor optice de comunicatii (SOC) sunt strans dependente de calitatea FO utilizate.

Un SOC unidirectional consta dintr-un transmitator, fibra optica si receptorul sistemului .

Alegerea fibrei optice pentru SOC se poate face avandu-se in vedere influenta parametrilor acesteia asupra performantelor legaturii. O schita a dependentei amintite este prezentata in continuare :

Dependenta tipica a atenuarii "liniei" [α (λ)] a unei FO (dB / km) si a curbei ce reprezinta dispersia cromatica [D (λ)] in functie de lungimea de unda utilizata sunt prezentate in figura urmatoare :

Principalele limite ale canalului optic sunt date de :

Atenuarea semnalului optic pe fibra se datoreaza pierderilor de cuplaj intre sursa optica si fibra (SO -FO) , suduri ale fibrei optice (FO - FO), pierderile datorate absorbtiei provocate de dopantii si impuritatile din materialul fibrei, pierderilor prin difuzie legate de structura atomica a materialului si dopantilor la care se adauga incluziunile si imperfectiunile de structura si , in sfarsit, pierderile datorate curburilor , care pot conduce la scoaterea unor raze din modul ghidat.

Dispersia poate fi intermodala (in FOD_n si FOG ) la care se adauga cea cromatica (sau intramodala) si dispersia ghidului , care este prezenta in toate variantele de fibra optica. Dispersia are ca rezultat largirea prin propagare a unui impuls optic limitand debitul de simboluri (sau echivalent banda de trecere a sistemului).

In tabelul urmator sunt prezentate cele patru clase ( I - IV ) uzuale de calitate minima garantata de fabricanti :

Cateva profile tipice si performantele unor FO sunt date in figurile urmatoare :

FOD_n : 2r₁ = 60 mm

2r₂ = 80 mm

2r₃ = 125 mm

n₁ = 1,47

n₂ = 1,45

n₃ = 1,458

Atenuare

Banda ~ 20 MHz / km limitata de dispersie;

"NA" ~ 0,3 - 0,6

FOG : n₁ = 1,47(1 -ar^g

n₂ = 1,45

n₃ = 1,458

d₁ = 60 mm

d₂ = 80 mm

d₃ = 125 mm

Atenuare : pierderi prin difuzie care cresc odata cu "NA"

Banda > 1GHz / km pentru profil optimizat si scade odata cu "NA";

FOD₁ : n₁ = 1,46

n₂ = 1,454

n₃ = 1,458

d₁ = 3 mm

d₂ = 40 mm

d₃ = 100 mm

Atenuare : a = 1 dB / km (l mm)

Banda = 40 GHz/ km

Propagarea in ghiduri ideale cilindrice (raze geometrice)

Consideram un profil de FOD_n cu sectiunea similara din figura urmatoare :

Doua tipuri de raze pot exista in astfel de structuri :

Meridionale, care intersecteaza axa ghidului dupa fiecare reflexie totala interna (TIR) ;

Oblice , ("skew") care nu intersecteaza axa ghidului .

O raza meridionala a fost prezentata in figura anterioara. Atat timp cat raza va fi reflectata total la interfata miez-invelis. In sensul traditional al opticii apertura numerica ("NA") va fi . Apertura numerica caracterizeaza capacitatea unei FO de a accepta energia transmisa de sursa optica .

Lungimea drumului parcurs de raza de lumina va fi dependent de unghiul q si astfel se obtine :

si atunci diferenta intre timpii de propagare de grup Dt_g va fi :

si atunci :

dar cum rezulta ca . Dispersia modala si NA sunt contradictorii. O dispersie redusa se obtine daca n₁ ~ n₂ , dar NA va fi de asemenea redusa, aspect ce va conduce la eficiente slabe de cuplaj SO - FO . De exemplu, pentru Dt_g = D = 50 ns/km rezulta

Dispersia poate fi redusa prin diminuarea progresiva convenabila a indicelui de refractie a miezului pe masura ce creste distanta de la axul ghidului; astfel razele cu drum lung se vor propaga cu viteze mai mari micsorand intervalul intre sosirea "primului si a ultimului mod" la capetele FO.