Аса кеңжолақты радиолокациялар
5
6
7
8
АҢДАТПА
Бұл дипломдық жоба жерсеріктік тарату жүйелеріндегі аса кеңжолақты
таратуды зерттеуге арналған. Радиолокациялық нысаналарды тану міндеттері
мен амалдары қарастырылды. Радиолокация үшін АКЖ дабылдарды
пайдалану перспективалы екені көрсетілді.
Заманауи ғимараттардың қабырғалары және қабатаралық
жабындылары арқылы өтуінде АКЖ дабылдардың басылу дәрежесін өлшеу.
Әдеби зерттеулерге қарағанда, ғимараттардың қабырғасында 400-1000 МГц
диапазондағы радиотолқындардың таралуы туралы деректер талданды.
Заманауи ғимараттардың қабырғасында АКЖ үздіксіз ретсіз дабылдардың
басылу параметрлері өлшенді. Таржолақты зондаушы
дабылдарды
пайдаланғанда, алынған нәтижелерімен АКЖ
дабылдар басылуының
эксперименттік деректері салыстырылуда.
АННОТАЦИЯ
Данный дипломный проект посвящен исследованию
сверхширокополосных передачи сигналов в спутниковых системах передачи.
Рассмотрены подходы к задаче распознавания радиолокационных целей.
Показано, что
использование для радиолокации СШП
сигналов
представляется в этом смысле достаточно перспективным.
Измерения степени затухания СШП сигналов при прохождении через
стены и межэтажные перекрытия современных зданий. Проанализированы
имеющиеся в литературе данные по распространению радиоволн диапазона
400 - 10000 МГц в стенах зданий. Проведены измерения параметров
затухания СШП непрерывных хаотических сигналов в стенах современных
зданий. Проводится сравнение экспериментальных данных затухания СШП
сигналов с результатами, полученными при использовании узкополосных
зондирующих сигналов.
ABSTRACT
The main of this final capstone project is to study and investigate Ultra-
Wide Band signal transmission in the satellite communication systems. Numbers
of approaches were considered to the problem of recognition of radio located
targets. It is shown that the use of UWB signals for radiolocation is perspective.
The degree of attenuation of UWB signals when it goes through the wall and
floor slabs of modern buildings was considered. The data from literature about
spread of radio waves in the range of 400 - 10000 MHz in the walls of buildings
were analyzed. Measurements of the attenuation parameters of continuous, chaotic
UWB signals in the walls of modern buildings were held. The experimental data of
attenuation of UWB signals is being compared to the results obtained using
narrowband probing signals.
9
МАЗМҰНЫ
Кіріспе
7
1
1.1
1.2
1.3
1.4
2
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
Негізгі бөлім
АКЖ технологиясы
Аса кеңжолақты радиолокациялар
АКЖ технологияларын қолдану салалары
Әртүрлі бөгеттерден өткенде 3-5 ГГЦ диапазондағы аса
кеңжолақты ретсіз дабылдарды бәсеңдету
Есептеу бөлімі
Федералды байланыс комиссиясы (FCC) UWB қолдануын бақылау
Жерсеріктік аса кеңжолақты таратудың ұғымы
Байланыс бюджеті
Көпжолақты - UWB дабылы
Бірнеше және аса кеңжолақты таратудың өткізгіштік қасиеті
Жабдықтарды таңдау
MIMO және OFDM модельдеу үшін LabVIEW ресурстары
Эксперименталды бөлім
Жерсеріктік сызықтардың энергетикалық есептемесі. А станциясы
8
8
13
16
18
29
29
30
31
31
31
33
34
36
берілгендері негізіндегі төмен сызық энергетикалық есептемесі
2.10 Жерсеріктік навигациялық жүйені есептеу
38
42
3
3.1
3.2
3.3
4
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
Бизнес - жоспар
Жобаны экономикалық негіздеу
Өзіндік құн құрылымын есептеу
Интеллектуалды еңбектің бағасы
Өмір тіршілігінің қауіпсіздігі
Техникалық құрылғыны пайдаланғанда қызметкердің еңбек
шарттарын талдау
Өндіріс ғимараттарында жұмыс орындарындағы микроклиматтың
оңтайлы параметрлерін қамтамасыз ету
Электрмагниттік сәулеленуден қорғау
Статикалық электрден қорғау
Өрт қауіпсіздігін қамтамасыз ету
Рационалды жарықтандыруды құру
Бөлмені жасанды жарықтандыруды есептеу
53
53
54
62
63
63
64
65
68
68
69
70
Қорытынды
Қысқартылған сөздер
Әдебиеттер тізімі
А Қосымшасы
10
73
74
75
76
КІРІСПЕ
1974 жылда Морей жер асты объектілерін зерттеу үшін аса кеңжолақты
жүйені жасады, бұл жаңа бағытқа екпін болды - қабырғаны жарып
геолокациясы мен локациясы үшін АКЖ радарлар. АКЖ технологиялардың
дамуында маңызды кезең шетелде және КСРО да 10 ГГц тең жоғары
сканерлеу жылдамдығымен стробоскоптық осциллографтың пайда болуы
болды.
АКЖ дабылдарды қолдану бойынша негізгі күш локация саласына
шоғырланды. Бұл кезде ауалы және әуе нысаналарын анықтау үшін АКЖ
радарлар, беткейүстілік зондаутың АКЖ радарлары құрылды. Мұндай
радарлардың ерекшеліктері тек қана жоғары шешілетін қабілет есе, сонымен
қатар нысана туралы координатты емес ақпараттарды алу мүмкіндігі болып
табылады. Бұл уақытта АКЖ технологияларының спектрлік бағалары жиі
айтылды. Олардың дамуына кедергі болатын физикалық шектеулердің
қатары бар екені анықталды. Келесі тұжырымдалды:
Біріншіден, антендік жүйелер жолақтарының шектеулік қасиеті
дабылдардың өтімен жиілікті спектрлік құрамдастарын таратуға мүмкіндік
бермейді. Екіншіден, таралу ортасында дисперсияның анықтаушы болып
табылады. Үшіншіден, таратушы жүйелердің спектрін кеңейту үшін,
сонымен қатар олардың сенімділігі мен пайдалану жағдайын қамтамасыз ету
үшін біршама қаржы жұмсалымы қажет. Төртіншіден, қарапайым
радиожүйелермен АКЖ жүйелерін үйлесімді пайдаланғанда туындауы
мүмкін тәжірибелік және экономикалық сипаттағы қиыншылықтардың
болуы АКЖ технологияларын жасаудың мақсаттылығына күмән тудырады.
Алайда көптеген зерттеушілердің, бірінші кезекте Х.Хармуттың
талпынысының арқасында аса кеңжолақты дабылдарды пайдалану идеясы
теориялық негізділік, шынайы әрекеттегі жүйелердің көзқарасы бойынша
өзінің бар болу құқығына ие.
1998 жылдың басында үш америкалық компания - U.S. Radar, Time
Domain және Zircon - лицензияланбаған негізде эсперимент жүзінде АКЖ
жүйелерін (қабырғаны
жарып көруге қабілетті радарлар мен
коммутациялық жүйелер) пайдалануға рұқсат беру туралы сұраныстарымен
АҚШ байланыс бойынша Федералды комиссиясына (FCC) жүгінді.
Бұл фирмалардың жүгінуі, сонымен қатар өндірушілер мен
әзірлеушілердің жалпы қысымы 2002 жылдың 14 ақпанында FCC АКЖ
жүйелерін пайдалануға шектеулі рұқсат беруіне әкелді. Бұл үш әртүрлі
санаттағы құрылғы үшін лицензияланбаған негізде АКЖ технологияларын
коммерциялау процесіне бастама қойды: деректерді табыстау жүйелері,
портативтік радарлар және өлешуіш жүйелер.
11
1 НЕГІЗГІ БӨЛІМ
1.1 АКЖ технологиясы
Соңғы жылдарда дәстүрлі радиотехникалық жүйелерде түбегейлі
ерекшеленетін, барлық мүмкіндіктерін ашуға қабілетті аса кеңжолақты
(АКЖ) технологиялардың элементтік базасы ашылды. Дәстүрлі
радиотехникалық жүйелердің көпшілігі жиіліктің салыстырмалы
таржолағында жұмыс істейді және ақпаратты жіберу үшін әкелуші тербеліс
ретінде гармоникалық (синусоидтық) дабылдарды пайдаланады. Алайда
жиіліктер жолағының кеңдігі радиотехникалық жүйелердің ақпараттылығын
анықтайды, және ақпараттық мүмкіндіктерді жоғарылату үшін оның жиілік
жолағын кеңейту қажет.
Ақпараттың қарқынды ақпараттандырылуымен және ақпараттық
ағындардың үнемі жоғарылап отыруына байланысты бұл мәселе
радиобайланыс үшін де, радиолокация үшін де ең өзекті болып табылады.
Мәселенің өзектілігі соңғы жылдарды аса кеңжолақты
дабылдарды
пайдаланатын технологиялардың жылдам дамуын анықтады.
АКЖ дабылдардың анықталуына сай, АҚШ қорғаныс Министрлігінің
DARPA эксперттерімен енгізілген және АҚШ-тың байланыс бойынша
Федералды комиссиясымен (FCC) құпталған дабыл спектрінің кеңдігі
орталық жиіліктен 25% жоғары болуы тиіс. Бұл анықтама аса кеңжолақты
жүйелер мен дабылдардың әрқилылығын қамтымаса да, оны қазіргі кезде
көптеген әзірлеушілер пайдаланады.
АКЖ дабылдарға ауысу мәселесі әсіресе радиолокация үшін өзекті.
Жиілік жолағы әкелуші жиіліктен 10% аспайтын қарапайым радарлар тек
қана нысананы табуға және оның координаталарын (салыстырмалы жоғары
емес дәлдікпен) беруге мүмкіндік береді, бірақ нысананың кескінін және
оның суретін алуға мүмкіндік бермейді. Радардың ақпараттылығын арттыру
үшін сәйкес өңдеуден кейін бірнеше белгілер (радиобейне) бойынша
қосымша ақпаратты алуға мүмкіндік беретін нысана типін тану режимі
қолданылады. Бұл режимге радардың жиілік жолағын едәуір жоғарылату
қажет, нәтижесінде, тәсілдерде де, технологияларда да жаңа амалдар
пайдаланылады.
Аса кеңжолақты жиілікті
дабылдарды қолданғанда радардың
ақпараттылығының жоғарылауы қашықтық бойынша импульстік көлемнің
азаюы нәтижесінде болады. Сонымен, сәулеленіп жатқан импульс
ұзындығының 1 мкс-тан 1 нс-қа дейін азаюында радардың импульстік
көлемінің тереңдігі 300 м-ден 30 см-ге дейін азаяды. Осылайша, кеңістікті
зерттейтін құрал аса жіңішке және сезімтал болады. Ал АКЖ дабылы
жолағының кеңдігі бірнеше гигагерцке жетеді.
12
1.1 Сурет - Аса кеңжолақты жиілікті сигналдар
Импульстік көлемнің кішіреюіне байланысты АКЖ радар бірқатар
жаңа сапаға ие болады:
- нысанаға дейінгі қашықтықты өлшеу дәлдігі және ұзақтық бойынша
рұқсат етілетін қабілет жоғарылайды;
- радардың бос аймағы азаяды;
- нысананың класы мен түрін тану жүреді, сонымен қатар нысананың
радиобейнесі алынады, өйткені қабылданған дабыл нысана туралы
бүтіндей ақпаратты емес, сонымен қатар оның жеке элементтері туралы
ақпаратты алып жүреді;
- радардың пассивті кедергінің барлық түрлерінің - жаңбыр, тұман,
аэрозольдар, металданған жолақтар және
т.б әсеріне тұрақтылығы
жоғарылайды, өйткені кедергілердің тиімді шашырау беткейі (ТШБ) кіші
импульстік көлемде нысананың ТШБ мен шамалас болады;
- радардың сыртқы электрмагниттік сәулелену мен кедергілер әсеріне
тұрақтылығы жоғарылайды;
- нысананың ТШБ ұлғаюы есебінен нысананы сүйемелдеу тұрақтылығы
және табу ықтималдығы жоғарылайды;
- сәулеленіп жатқан нысананың екіншілік бағытталу диаграммасы (БД)
жапырақты құрылымын жоқ қылу есебінен нысананы сүйемелдеу
13
тұрақтылығы және табу ықтималдығы жоғарылайды, өйткені нысананың
алыс бөлігінен көрінген тербелістер интерферацияланады;
- антеннаның бағытталу диаграммасында
интерферацияланған
сәтсіздіктерді болдырмау есебінен орынды кіші бұрыш бойында нысананы
сүйемелдеу тұрақтылығы жоғарылайды, өйткені нысанадан көрсетілген
дабыл және жерден қайта көрсетілген дабылдар олардың селекциясын
жасалуға мүмкіндік беретін уақытқа бөлінеді;
- сәулеленіп жатқан дабылдың параметрлерін өзгерту жолымен
сәулелену сипаттамаларын (бағытталу диаграммасының кеңдігі мен пішіні)
өзгерту мүмкіндігі туады; сонымен қатар аса тар БД алу мүмкіндігі пайда
болады;
- радар жұмысының құпиялығы жоғарылайды.
АКЖ дабылдардың кеңінен және барлық жерде таралуы жүйелердің
функциялық құрылымы, критикалық түйіндердің техникалық, технологиялық
және әдістемелік шешімдеріне түбегейлі жаңа амалды талап етеді.
Генерация, сәулелену, дабылдарды қабылдау және өңдеу құрылғыларын
құрудың технологиялық кешенінде соңғы жылдардағы революциялық
жетістік алғыр тәсілдер мен шешімдер негізінде АКЖ дабылдармен
жүйелерді тәжірибелік іске асыру мүмкіндігін береді, ол алдын тек жеке
зертханалық және эксперименттік нұсқаларда жетімді болған. АКЖ
радиоэлектроникасында негізгі келесі технологиялар пайда болды:
- жоғары тұрақтылықпен
және жоғары қайталану жиілігімен
шектелмеген ресурстары бар аса қысқа (ұзындығы 1 нс және одан қысқа)
импульстерді генерациялау технологиясы;
- осындай импульстерді тікелей кеңістікте зерттеу технологиясы (АКЖ
антендік техника);
- ақпараттардың үлкен ауқымын жылдам сандық өңдеу технологиясы
(есептеу технологиясы).
Бұл жоспарда АКЖ
дабылдардың радиолокациясын пайдалану
теориялық талдаудың өзіндік әдістері және дәстүрлі емес схематехникалық
шешімдері бар дербес ғылыми-техникалық бағытқа құйылады.
АКЖ радарларына қызығушылық 80 жылдарда қарқынды өсті.
Олардың қолданылуының бірінші саласы - аз байқалатын нысаналарды
анықтау болса керек. Алайда осы мәселені шешуде толық айқындылық жоқ.
Бұдан басқа, АКЖ радарларын қолданудың бұл саласы өзекті болып қалады.
АКЖ қолданудың екінші саласы - бір және ондаған метрлерді
құрайтын қысқа дистанцияларда объектілерді табу және бақылау болып
табылады. Бұлар ауада объектілерді анықтайтын радарлар және тығыз
орталарда (топырақ, мұз) объектілерді анықтайтын радарлар. Радарлардың
бұл кластарына тәжірибелік сұраныс өте жоғары. Сондықтан бүгінде әртүрлі
міндеттерді шешетін әрекет етуші әскери және өндірістік радарлардың көп
саны құрылды. Кіші дистанцияларда жұмыс істейтін радарлар құрылысы
бойынша қарапайым болып табылады және аппаратурасының кішігірім
14
көлеміне ие. Бұл олардың өте қысқа уақытта жасалуына және жетілдірілуіне
және де нарықтың сұранысына жылдам әсер етуге мүмкіндік береді.
АКЖ радарларды қолданудың үшінші саласы - ақпаратты санын едәуір
жоғарылату және сапасын жоғарылату есебінен радиобейнені алу. Мұндай
радарлар да кең қолданыс табады, бірақ алыс болашақта. Қазірде АКЖ
дабылдар ауалы тасымалдаушыларда орнатылған синтезделген апертурасы
бар радарларда ғана радиобейнені алу үшін қолданылады. Бұл радарлар
картографиялық орындар және өсімділігімен жасырын немесе басқа
бейнемен маскаланған әртүрлі объектілер орнын іздеуге арналған.
АКЖ радарларын қолданудың төртінші саласы - бұл акваторийлерді,
әуежайларды, ормандарды, әртүрлі тағайындаудағы аумақтарды бақылау.
Мұндай радарлар кіші және үлкен қашықтықтағы радарлар арасында аралық
орынды иеленеді. Олар нысаналардың жоғары шешілуін ғана емес, сонымен
қатар пассивті және активті кедергілермен жұмыс істегенде үлкен
тұрақтылықты қамтамасыз етеді.
АКЖ радарларын радиобайланыстарда да қолдану өзекті, олар
радиотолқындардың көп сәулелі таралуымен байланысты байланыс
жүйелерінің кемшіліктерін түзеуге мүмкіндік береді.
Соңғы жылдарда бүкіл әлемде тұтастай АКЖ технологияларына және
жеке АКЖ радарларына жылдам өсуші қызығушылық байқалады. Бүгінде
әлемнің жетекші мемлекеттерінің қатарында АКЖ технологиялары бойынша
жұмыс саласында үлкен қарылар жоспарлануда. АКЖ технологиясы
саласында көзге көрінбейтін жарыс болып жатыр деп айтса да болады. Кім
жетістікке қол жеткізсе, сол жоғары технологиялардың осы перспективалы
нарығында едәуір үлесті иелену мүмкіндігіне ие.
Аса кеңжолақты (АКЖ)
дабылдар
-
жиіліктің аса үлкен
кеңжолақтарымен радиодабылдар (АЖЖ-дабылдар). Аса кеңжолақты
радиолокация және аса кеңжолақты радиобайланыс үшін қолданылады.
Аса кеңжолақтылыққа бірнеше түсініктемелер бар. Кеңестік және
ресейлік радиотехника дәстүрлерінде аса кеңжолақты деп жолағының кеңдігі
октавадан көп дабылдар саналды, яғни жиілік
жолағының жоғары шегі
төменгі шекарадан
2 есе жоғары
дабылдар.
Аса кеңжолақты радиолокацияда дабылдарды салыстырмалы жиілік
жолағының кеңдігімен атау ұсынылды (1985 жылы):
.
(1.1)
Радиолокацияда осы терминнің тағы бір түсінігі бар: аса кеңжолақты
деп
мұндағы
қатынасын қанағаттаныратын импульстік дабылдарды атайды,
- импульстің кеңістіктегі ұзындығы ( - дабылдың ұзындығы
немесе оның автокорреляциялық функциясы,
15
- жарық жылдамдығы),
-
таратушы (қабылдаушы) апертура көлемі немесе дабылды бейнелейтін
объектінің көлемі [3].
Радиобайланыс мақсаттары үшін, АҚШ байланыс бойынша Федералды
комиссияның анықтамасына сай, аса кеңжолақты деп жолының
салыстырмалы кеңдігі 20-25%-дан аз емес дабылдар айтылады,
яғни
немесе жолағының аблосютті кеңдігімен
(3,1-10,6 ГГц жиілік диапазонында).
,
дабылдар
2002 жылдан бастап, әлемнің
көптеген мемлекеттерінде
радиобайланыста аса кеңжолақты дабылдарды лицензияланбаған қолдану
үшін АЖЖ - диапазонында спектр учаскелері ажыратылды.
АҚШ-та АКЖ дабылдарды 3,1...10,6 ГГц диапазонда қолдау рұқсат
етілген, мұнда АКЖ қабылдағыш-таратқыш қуатының спектрлік тығыздығы
41,3 дБмМГц-тен аспауы тиіс.
Ресей Федерациясында байланыс үшін 2,85...10 ГГц диапазон
ажыратылған. Осы диапазонның әртүрлі аймақтарында АКЖ қабылдағыш -
таратқыш қуатының спектрлік тығыздығына -65- тен - 45 дБмМГц - ке дейін
шектеулер қойылған (1.2 сурет). Ең бос аймақтар - 6000...8100 МГц
(−47 дБмМГц),
(−45 дБмМГц ).
8625...9150 МГц (−47 дБмМГц),
9150...10600 МГц
Еуропа
одақта 6...8
ГГц диапазоны дұрысырақ,
онда АКЖ
қабылдағыш-таратқыш қуатының спектрлік тығыздығына -41,3 дБмМГц
деңгейінде шектеу қойылған.
АКЖ дабылдарды лицензиясы қолдану Оңтүстік Корея, Жапонияда да
рұқсат етілген. Қытай және басқа мемлекеттерде де рұқсаттар дайындалуда.
1.2 Сурет - АКЖ үшін бөлме ішінде спектрлік маскалар: АҚШ-та,
Еуропа одақта және Ресей Федерациясында
16
Аса кеңжолақты дабылдар аса қысқа (ультрақысқа) импульстермен,
OFDM - дабылдармен, ретсіз радиоимпульстермен, СЖМ - модуляциясымен
(сызықтық жиілік модуляциясы) көрсетілуі мүмкін.
1.2 Аса кеңжолақты радиолокациялар
Соңғы 30 жылдар көлемінде ғылыми-техникалық әдебиетте аса
кеңжолақты (Ultra-Wide Band - UWB) дабылдардың технологиясы белсенді
талқылануда. Көбісі оны телефонның құрылуы немесе жартылай өткізгіш
технологиялардың дамуымен салыстырып, соңғы жылдардағы маңызды
жаңалықтардың бірі деп санайды.
Мұнда асыра сілтеушілік те бар, алайда көптеген басылымдар ондаған
инвесторлар мен әзірлеушілердің оған назарын еліктіреді. Бірнеше жылдар
бойы әскери орта тарапынан осы технологияға қызығушылық бәсеңдемеді.
Модуляцияланған ЖЖ - дабылдардың заманауи техникасынан фундаменттік
ерекшеленетін UWB - ақпаратты таратуы аса кеңжолақты радиолокациялар
максимальді пайдаланатын бірегей мүмкіндіктер ұсынады.
Аса кеңжолақты (UWB) дабылдардың анықтамасына сай АҚШ DARPA
эксперттерімен енгізілген және FCC
нақтыланған аса кеңжолақты
радиолокатор - орталық жиіліктен дабыл спектрінің кеңдігі 25%-тен аса
жоғары радиолокатор. Мұндай радиолокаторда сәулелену жалғыз
импульстер немесе орталық жиілікте тербелістің бірнеше кезеңдері түрінде
жүреді. Типтік жағдайларда импульстің ұзақтығы 100 пс-тен 1,5 нс-ке дейінгі
шекте болады, орталық жиілік - 650 МГц-тен 5 ГГц диапазонға дейін,
спектрдің кеңдігі - бірнеше гигагерцке дейін [9, 10]. UWB - локаторлар үшін
тек қана аса қысқа имльпустерді қолдану ғана емес, сонымен қатар таралып
жатқан қуаттың аса төмен деңгейі тән. Бұдан басқа, таралудың орта
қуаттылық деңгейінде бірнеше милливатта бірнеше метрден бірнеше
километрге дейін жұмыс ұзақтығына жетуге болады.
UWB - радиолокаторлар өзіне үлкен қызығушылық тудырады, және
аса кеңжолақты радиолокациялардың дамуы қарқынды жүреді. UWB -
радиолокаторларының төменде аталатын әлеуетті ақпараттық
артықшылықтары таржолақты
дабылдарды қолданатын
радиолокаторлардың алдында нақты аса қысқа импульстермен жұмыс істеуге
негізделген, соған сай аса кеңжолақты: UWB - радиолокаторларының
кеңжолағы оларға ұзақтығы бойынша және нысанаға дейін өлшеудің
дәлдігімен жоғары шешуші қасиетті қамтамасыз етеді. Жоғары тарамдалған
шешім фондық кедергілерден нысананы бөліп алуға да мүмкіндік жаратады.
UWB - радиолокаторларды синтезделген апертуралармен қолданғанда
орманның жабынында жасырын шағылдырғыштардың бейнесі алынған.
Дәстүрлі радиолокация үшін бұл байсалды мәселені туындатады, әсіресе кіші
биіктікте шашыраудың аз тиімді ауданымен нысаналар немесе құрғақ жер
немесе теңіздің беткейіндегі нысаналарға қатысты [14]:
17
- UWB радиолокаторлар нысананың типін және пішінін тануға
қабілетті, өйткені қабылданған эхо-дабыл тұтастай объект туралы ғана емес,
оның элементтері туралы да ақпаратты тасиды. Кеңістікте пикосекундтық
импульстің ұзындығы ct (мұндағы с - жарық жылдамдығы, t - импульстің
ұзындығы) нысананың ұзындығынан едәуір аз, және мұндай жағдайда
нысана дәстүрлі радиолокаторлардағы секілді нүктелік шағылғыш емес,
элементтерді бейнелейтін матрица (миронысана) болып табылады. UWB -
радиолокаторының зондауты
дабылы жеке элементтерден кезекпен
бейнеленіп, импульсті тізбек құрайды, оның парамтерлері объектінің
геометриясына және нысананың импульсті сипаттамаларына байланысты.
Нысана бейнесі деп аталатын бұл тізбек бейнеленген қуаттың уақыттағы
үлестірілуінен тұрады. Нәтижесінде ШТБ-де уақытқа тәуелді болады және
бұл тәуелділік нысананы бақылаудың ракурсын ауыстырғанда өзгереді.
Бейнені құрайтын импульстер амплитудасы сәйкес бейнелеуші
элементтердің ШТБ сай келеді, ал олардың полярлығы - элементтер
материалдарының магниттің өткізгіштігінен;
- UWB - радиолокаторының қарапайым таржолақты РЛС пен
электрмагниттік үйлесімділігі қамтамасыз етіледі. Бұл радарлардың
үйлесімді жұмысында таржолақты жиілік жолағына UWB - радиолокаторы
дабылының энергиясының кішігірім бөлігі ғана түседі. Олардың жиілігінің
жолағы үш қатармен ерекшеленетіндіктен, UWB - радиолокатор қызметінің
уақытында одан таржолағы РЛС қабылдағышында туындайтын кедергі
едәуір өлшемге жетіп үлгермейді. Бұдан басқа, екі радардың да сәулеленуінің
тең қуатында UWB - радиолокаторында жиілік бірлігіне салыстырмалы қуат
шамамен үш есе төмен, яғни таржолақты РЛС қабылдағышына аса
кеңжолақты дабыл энергиясының мыңдық үлесі ғана түседі. Кері әсер
еткенде кедергілерден дабылмен таржолақты РЛС алатын жиілік жолағының
UWB - радиолокаторының дабыл спектрінен қиып алатын жиілік реакциясы
тиімді қорғайды. Екі немесе бірнеше UWB - радиолокаторлардың үйлесімді
жұмысында дабылдардың уақыттық бөлінуі мүмкін. Аса кеңжолақты
дабылдың кіші ұзындығынан, көрші локатордан келетін кедергі өте кіші
аймақты алып жатады;
- пассивті кедергілердің ШТБ едәуір азаюы - жаңбыр, тұман,
аэрозолдардан - олардың фонында нысананы бақылауды жеңілдетеді;
- UWB - радиолокаторларды жүзеге асыру өте қарапайым және арзан
аппараттық құрылғылармен жүзеге асырылады. Қабылдаушы аппаратура
әдетте тікелей түрлендіргіш схемасы бойынша құрылады (ЖТ арнасынсыз,
дәлірек айтқанда гомодиндік архитектураны қолданумен). Әртүрлі
радиолокациялық қосымшаларда таратқыш пен қабылдағыштың сол базалық
схемаларын қолданылады [3, 12].
UWB - радиолокаторларының артықшылықтары әсіресе олардың
нысаналар мен олардың селекциясының бейнесін алу және тану үшін әскери
жүйелерде қолданылуы, РЭК жүйелерінен жасырын қамтамасыз ету мен
дабылдарды ұстап қалудың төмен ықтималдығында маңызды. Бұдан басқа,
18
олар орналасу орнын анықтауда, қақтығысу мүмкіндіктерін ескеруде,
аралықты нақты есептеуде, рұқсатсыз кіруді анықтағанда, топырақтағы
(жабық миналар, сонымен қатар пластикалық), қыбырғаларда, жапырақпен
оралған және т.б. объектілерді анықтауда, медициналық диагностика жасауда
кеңінен қолданылады. Байланыс бойынша Федералды комиссиямен
мақұлданған радиолокациялық құрылғылар тыныс алуды және қабырғаның
ар жағындағы басқа типтегі қимылдарды анықтайды. UWB
-
технологиясының дамуы қазір де жалғасып жатыр, әрі жетілдіру жалпы
тұжымдамаларға емес, жеке аппараттық құралдар мен қосалқы жүйелерге
тиесілі.
UWB - аппаратурасының негізгі әзірлеушілері - Time Domain
фирмасы, Ливемор ұлттық зертханасы (LLNL), Multispectral Solutions,
McEwan Technologies фирмалары, Калифорния университеті. Әртүрлі UWB -
аппаратурасын Aether Wire & Location, QDS және т.б. компаниялар ұсынады.
1.3 Сурет - Аса кеңжолақты импульсті дабыл (IR-UWB)
19
1.4 Сурет - Импульсті аса кеңжолақты дабыл спектрі (IR-UWB)
1.3 АКЖ технологияларын қолдану салалары
Қабылдағаш-таратқыш модульдер, күшейткіштер, антенналар,
бағдарламалық жасақтамалар мен басқа да өнімдер және АКЖ
технологиясының қызметтерін құралдарды, құрылғыларды, оқу ғылыми-
зертханалық кешендерді жасауда ғылым мен техниканың келесі салаларында
пайдалану ұсынылады:
- сигнализациялық кешендердің радиолокализациялық тетіктерінде:
бүлдірушінің объектіге немесе аумаққа кіруін анықтау, қозғалмалы объектіні
анықтау, қарудың және металл нәрселердің бар-жоқтығын анықтау үшін;
- геолокация желілерінде: топырақты су қойылмаларының түбін беткей
үстілік зондылау, жер үстіндегі, металл іздеушілермен анықталмайтын
пластикалық жаяу әскерлерге қарсы және басқа бейматалл миналарды,
құрылыстық конструкцияларды зондылау, материалдардың, кабельдер мен
қиын қол жетімді құралдардың бұзбайтынын бақылаудың жағдайын анықтау
үшін;
20
1.5 Сурет - Геолокация желісінің сұлбасы
Геолокациялық позициялау мына сфераларда кеңейтіледі:
- жедел көмек көрсету орталықтарында;
- әскерде;
- мұнай өндірісінде.
1.6 Сурет - Геолокация желісі
-
деңгей тетіктерінде, қашықтық өлшеуіш пен бөлшектерде:
цистерналарда сұйықтықтардың, сусымалы денелердің деңгейін анықтау,
әртүрлі технологиялық операцияларда объектілерге дейінгі қашықтықты
21
анықтау, қар қалыңдығының, мұз жабынының тереңдігін және т.б. анықтау
үшін;
- қабырға артындағы және құрылыстық конструкциялар астында
объектілерді және тірі адамдарды анықтау жүйелерінде: күш құрылымдары
үшін, қабырға артынан сығалау үшін, жер сілкінісінде, су тасқынында
және техногендік апаттарда зардап шеккендерді іздеу үшін;
- қақтығыстарды болдырмау және транспорттың қимылын басқарудың
интеллектуалды жүйелерінде: транспорттық объектілер арасында (автокөлік,
вагон, ұшақ, теңіз кемелері) дистанцияны анықтау және қақтығыс туралы
ескерту үшін, қоршаған транспортты құралдар және транспорттың қимылын
перспективалық басқарудың интеллектуалды жүйелеріндегі бөгеттер туралы
деректер жинау үшін, ұшу аппараттарының аз байқалатын бөгеттермен
соғылысуын болдырмау үшін;
- радиокөру жүйелерінде: кеңістік шешімінің бірлікте және тіпті
миллиметр үлесіндегі әлеуетті сипаттамасы әртүрлі техникалық объектілер
және роботтар үшін техникалық радиокөру жүйесін іске асыруға мүмкіндік
береді;
- медициналық қосымшаларда: адамдардың жүрек пен тыныс алу
қызметін дистанциялық диагностикалау, медицинада өмірді қамтамасыз ету
жүйелерін, сонымен бірге емшектегі балалардың жағдайын мониторингілеу.
1.4 Әртүрлі бөгеттерден өткенде 3-5 ГГЦ диапазондағы аса кеңжолақты
ретсіз дабылдарды бәсеңдету
Соңғы онжылдықта 3-10 ГГЦ жиілік диапазонындағы аса кеңжолақты
дабылдар негізінде радиобайланыс жүйелері белсенді дамып жатыр [5, 13].
АКЖ дабылдарын өте төмен спектрлік тығыздықпен (-40 дБмМГц-дан
төмен) пайдаланудың арқасында, АКЖ байланыс жүйелері аталған жиілік
диапазонында жұмыс істейтін дәстүрлі радиобайланыстың таржолақты
жүйелеріне кедергі келтірмейді. Сонымен қатар, жиіліктің аса кеңжолағының
арқасында (500 МГц-тен жоғары) жүйелер олар үшін дәстүрлі
радиобайланыстың таржолақты жүйелерін құрылатын кедергілерге тұрақты.
Осылайша, спектрлік ресурсты тиімді пайдалану жүзеге асырылады. АКЖ
дабылдарда радиобайланыс жүйелері салыстырмалы аз ғана қашықтықтарда
(30 м-ге дейін), негізінен, мекемелер ішінде жұмыс істеуге арналған,
сондықтан АКЖ дабылдарының ғимараттар ішінде таралу мәселелері едәуір
қызығушылық тудырады.
Радиобайланыстың ғимарат ішінде болуы міндеттерін шешуде негізгі
факторлар құрылыстық конструкцияларда радиотолқындарды жұту болып
табылады [2]. Бұл фактор радиобайланыс ұзақтығына да, радиобайланыстың
мүмкін болған жиілік диапазонына шектеулер қояды, өйткені дерлік барлық
орталар, құрылыс материалдарын қосқанда радиотолқындарды жұту
жиілігінің өсуімен біркелкі жоғарылаумен сипатталады. Сондықтан
радиобайланыс жүйесін жобалағанда ғимараттың типтік қабырғасында
22
таңдалған жиілікте радиотолқындар жұтылуының есебіне қабылдау қажет.
Радиотолқындарды жұту құрылыстық конструкциялардың басқа
элементтерінде де (есік, терезе, ағаш қалқалар) болады, алайда 10 ГГц-ке
дейінгі жиіліктерде олардағы дабылдың бәсеңдеуі 3-5 дБ-ден аспайды, яғни
қабырғалар мен қабат аралық жабындыларға қарағанда едәуір аз, және егер
жүйе дабылдың қабырға немесе қабатаралық жабындылардан өтуін есепке
ала отырып жобаланған болса, ол радиодабылдардың терезелер мен есіктер
арқылы өтуінде көріну жұмысқа қабілетті болады.
Осы жұмыста ғимараттардың қабырғалары мен қабатаралық
жабындыларында радиотолқындардың бәсеңдеу көрсеткіштері зерттеледі.
Әдебиеттегі таржолақты зондтаушы дабылдардың көмегімен алынған
деректер талданады [4, 8], сонымен қатар ғимарат қабырғаларында АКЖ
дабылдарының бәсеңдеуін өлшеген авторлардың алған нәтижелері
келітірледі. Осы деректердің негізінде қалыңдығы 30 см кірпіш немесе бетон
қабырғалар түсінілетін заманауи ғимараттардың типтік қабырғаларындағы
АКЖ дабылдарының жоғарғы бағасы алынады.
1.4.1 Құрылыс материалдарында таржолақты дабылдардың бәсеңдеуі
бойынша деректер
Ғимараттар
қабырғаларының негізгі материалдары кірпіш
(сылақталған), темір бетон (әртүрлі арматурамен), ағаш болып табылады.
Әдебиеттер талдауы [4, 8] дабылдың бәсеңдеуі құрғақ ағашта бетон мен
кірпішке қарағанда едәуір (3-5 есе) аз екенін көрсетті.
Құрылыс
конструкциялары мен материалдарында
дабылдардың
әлсіреуіне қатысты деректер [8, 11] 1-кестеде келтірілген. 1-кестенің талдауы
басылу мәндерің өте үлкен шашылуын көрсетеді. Мұның себебі деректер
әртүрлі жағдайларда алынғанына байланысты болуы мүмкін.
1.1 К е с т е - Қабырғалық материалдарда радиодабылдың бәсеңдеуі
бойынша жинақы деректер
23 Материал
Қалыңдығы,
мм
Жұту, дБ
Материал
Қалыңдығы,
мм
900
МГц
2.4 ГГц
3 ГГц
5 ГГц
10 ГГц
Кірпіш
89
3.5
6
Кірпіш, сыланған
120
5
Кірпіш
120
15
15
Кірпіш, сыланған
150
8
22
Кірпіш
178
5
Кірпіш, сыланған
240
9
Кірпіш
267
7
1.1 кестенің жалғасы
Ораталардың (сонымен қатар құрылыс материалдарының да) электрлік
параметрлерінің мәндерін анықтайтын негізгі параметрлердің бірі
материалдың ылғалдылығы болып табылады. Радиотолқындардың бәсеңдеуі
ылғалдылық көрсеткіші өскенде бірден жоғарылайды.
1.7-суретте 1-10 ГГц диапазонда ылғалдылыққа байланысты құрылыс
материалдарының (бетон, кірпіш) негізгі түрлерінде радиотолқындар бойлық
(материалдың 1 м қалыңдығына есептегенде) басылуы бойынша еңбектерден
[4] таңдамалы деректер келтірілді.
1.7 а) Сурет - Цементтік ерітіндіде әртүрлі ылғалдылықта
радиотолқындардың бойлық басылуының (дБм) жиілік тәуелділіктері
24
Бетон
102
12
Бетон
120
12
Бетон, кірпішпен
қапталған
192
14
14
Бетон
203
23
23
Темір бетон
203
27
Бетон
305
35
35
Бетон
400
14
Бетон
457
18
Қож-бетон
460
14,5
21
Бетон (сыртқы
қабырға)
685
53
Капиталды стена
700
16
12
Ағаш-бетон
қабатаралық
жабындылары
бір
екі үш
131925
Темір бетон
қабатаралық
жабындылары
бір екі
3344
1.7 б) Сурет - Кірпіште әртүрлі ылғалдылықта радиотолқындардың
бойлық басылуының (дБм) жиілік тәуелділіктері
1.7-суреттен көріп тұрғанымыздай, бойлық басылу барлық осы
орталарда ылғалдылықтың жоғарылауымен кенет өседі. 1.7-суреттегі
графиктерді пайдалана отырып, 1.1-кестедегі деректер қандай жағдайларда
алынғанын аңғаруға болады.
1.4.2
Ғимарат
қабырғаларында таржолақты радиодабылдардың
бәсеңдеу параметрлерін эксперименттік зерттеу
Әдебиеттерден [8, 11] радиотолқындардың жұтылуы туралы деректерді
талдай отырып, олар негізінен лицензияланбаған ISM - диапазондары немесе
ұялы байланыс жүйелерінің диапазондары секілді белсенді пайдаланылатын
жеке спектр учаскелеріне жататынын байқауға болады. АКЖ дабылдарында
радиобайланыс үшін өткізілген 3-10 ГГц диапазондары үшін деректер
әдебиеттерде өте аз.
Сондықтан осы жұмыста радио сәулесін түсіру әдісімен қабырғаларда
және ғимараттардың жабындыларында 0,5 -8 ГГц жиіліктің кең диапазонында
радиотолқындардың басылу өлшемдері жасалды. Эксперименттік орнату
схемасы 1. 8- суретте келтірілген. А1 (қабылдағыш) және А2 (сәулелендіргіш)
екі антенна t қалыңдықпен қабырғадан (немесе қабатаралық жабындыдан)
әртүрлі жаққа Х1 және Х2 қашықтықта орналасты, ал зондтаушы дабыл
таратуының кешенді коэффициенті S21W(f) таратудың кешенді
коэффициенттерін өлшеуіш ROHDE & SCHWARZ Vector Network Ana lyzer
ZVCE көмегімен анықталды.
25
1.8 Сурет - Қабырға және ғимарат жабындылары арқылы тарату
коэффициентінің модулі мен фазасының жиілікті тәуелділіктерін өлшеудің
блок-схемасы.
Одан кейін антенналар сол қашықтықта XΣ = X1+X2+t жердің кең
ойығында немесе бөлменің бөгде заттардан бос бөліктерінде орналасты және
жиіліктің сол диапазонында бос кеңістікте тарату коэффициенті S21FS (f)
анықталды. Қабырғаның қалыңдығына нормаланған осы коэффициенттердің
әртүрлігі бірінші жақындауда қабырға материалында бойлық басылудың
жиілік тәуелділігін анықтайды:
, дБм.
(1.2)
Формуланың (1.2) жақындығы радиотолқындардың қабырғадан
бейнеленуі мен тіркелген өткен толқын амплитудасының рефракциялық
жоғарылауын есепке алу қажеттілігіне байланысты. Біріншісі - қабырға
материалында жұтудың жоғарылауына, екіншісі - төмендеуіне әкеледі. Егер
материалдың диэлектрлік кешенді өткізгіштігі , қабырға материалы арқылы
радиотолқындардың өтуінде фаза жазықтарының графигі анықталса, осы екі
түзету де нақты есепке алынады.
Экспериментте қабырғалар мен
жабындылардың орташа өлшенген өткізгіштік мәні 3,5...4,0 құрады.
1.9 а) - суретте ішкі дерлік құрғақ кірпіш қабырғаларында (кірпіш
қалауының ылғалдылығы 2...3%) бойлық басылу жиілігінің тәуелділігі
келтірілген. 3,5...4,0 ГГц - тен жоғары жиіліктерде басылу функцияларының
ұсақ ауқымды тербелістері кірпіш қалауларының әртектілігіндегі
радиотолқындардың шашырауына, сонымен қатар қабылдағыш антеннамен
бөлме ішіндегі дабылды қайта бейнелеуге байланысты.
26
1.9 а) Сурет - Ғимараттың ішкі кірпіш қабырғаларындағы бойлық
басылу
1.9 б) Сурет - Ғимараттың сыртқы кірпіш қабырғаларындағы бойлық
басылу
Біркелкі азаюдың басылған функциясы шамамен тұрақты деңгейге
шығатын соңғы жиілік кесіндісі ұсақ ауқымды осцилляциялардың басқа
табиғатын меңзейді. Олар басым жағдайда едәуір алыстатылған бейнелеуші
беткейлерден (төбе, қабырғалар, ірі жиһаз және т.б.) бөлме ішіне қабырға
арқылы өткен дабылдардың көп реттік қайта бейнелуіне негізденген.
27
1.10 Сурет - Қабатаралық жабындыларда басылу
Осы ғимараттың сыртқы қабырғасында бойлық басылу біршама
жоғары, бұл осы қабырғаның ішкі қабырғамен салыстырғанда жоғары
ылғалдығымен (3...5%) байланысты. Осы суреттерден көріп тұрғанымыздай,
2,4 ГГц жиілікте бойлық басылу 24 және 37 дБм құрайды (30 см қабырғаға
есептегенде 7 және 11 Дб); қалыңдығы 30 см қабырғаның 4 ГГц жиіліктегі
басылуы сәйкес 10 және 15 дБм-ді құрайды.
Темір бетондық қабатаралық жабындылардың бойлық басылуын
өлшеулер екі поляризация үшін орындалған: Ех - күш бойлық арматураның
көлденеңі және Еу - соның бойы. Диапазонның ортасына дейінгі бойлық
басылулар айырмашылығы сезіледі және жеке жиіліктерде 10 дБ-ден асады.
Электрлік өрістің векторын негізгі күш арматурасының бойымен
бағыттағанда (Еу) үлкен тиімді бойлық басылу өрістің экрандалуына
негізделді. Едәуір жоғары жиіліктерде толқын ұзындығының жартысы 2
күш арматурасының өзектері арасындағы қашықтықтан аз болғанда, әртүрлі
поляризациялар үшін бойлық басылулардың айырмашылығы жәймен азаяды.
Кірпіш қалауымен салыстырғанда басылудың жоғары өлшемін байқауға
болады.
1.4.3 Аса кеңжолақты дабылды жұту параметрлерін өлшеу
[4, 8] бөлімдегі әдебиеттер мен эксперименттерден алынған деректер
таржолақты дабылдардан алынған. Қабырғалық материалдар арқылы аса
кеңжолақты дабылдардан өту сипаттамасы және оларды таржолақты
өлшемдер үшін деректермен салыстыруды зерттеу қызығушылық тудырады.
28
Мұндай өлшемдер тік ретсіз АКЖ қабылдағыш-таратқыштардың
көмегімен жүргізілді. Осы қабылдағыш-таратқыштардың дабылы 3-5 ГГц
диапазонда 10 нс ұзындықпен АКЖ ретсіз импульстерден тұрады. Осы
қабылдағыш-таратқыштардың қабылдағышы логарифмдік детекторда
құрылған, яғни қуат логарифміне пропорционалды детектордың
шығысындағы кернеу
кіріс дабылы
,
.
(1.3)
Пропорционалдық коэффициентін S детектордың тігі деп аталады. Осы
экспериментте S = 22 мВдБ тігіне ие AD8317 логарифмдік детекторы
пайдаланылды
[7].
Таратқыш пен қабылдағыштың антенналары
бағытталмаған.
Эксперимент схемасы 1.8-суреттегі схемамен сәйкес келеді. Қабырға
қалыңдығы t = 64 см. Қабырғалардың бірнеше орындарында іріктемелер бар,
оларда қабырғалардың қалыңдығы t = 34 см.
Қабылдағыш кеңдігі шамамен 3 м қабырғаның басқа тарапында
орналасты. Қабылдағыштың логарифмдік детектордың шығысында кернеу
өлшенді. Одан кейін қабылдағыш пен таратқыш сол қашықтықта және
қайтадан логарифмдік детектордың шығысында кернеу
қайтадан
өлшенді. Қабырғадағы дабылдың бәсеңдеуі мына формуламен өлшенді:
, дБм.
(1.4)
Ретсіз радиоимпульстердің амплитудасы Tektronix DPO-4054 сандық
осциллографтың көмегімен бағаланды. Өлшеудің суреттелген схемасының
дәлдігі шамамен 1 дБ құрайды.
Қалыңдығы t = 34 және 64 см кірпіштік қабырғаларда дабылдың
бәсеңдеуі өлшенді. Әрбір қабырға үшін өлшемдер үш түрлі жағдайда
жүргізілді (1.11-сурет):
1) қабылдағыш пен таратқыш қабырғаға жымқырылған;
2) таратқыш қабырғаға жымқырылған, қабылдағыш таратқыштан 1 м
қашықтықта қабырға артында орналасқан;
3) таратқыш қабырғаға жымқырылған, қабылдағыш таратқыштан 2 м
қашықтықта қабырға артында орналасқан.
29
1.11 Сурет - АКЖ дабылдарының бәсеңдеуін өлшеу бойынша
экспериментте таратқыш (Т) пен қабылдағыштардың (R) орналасу сұлбасы
Эксперименттің нәтижелерін талдауда рефракция салдарынан
толқындық ағынның фокустануы және радиотолқындардың қалыпты
түсуінде қабырғаларға АКЖ дабылдың бейнеленуіне назар аудару қажет.
Радиотолқынның әртүрлі көрсеткіштермен екі орта бөлімінің беткейіне
түсуінде толқын бөлігінің сынуы кері бейнеленеді. S11 бейнеленуі мен S21
өтуінің коэффициенті (қуат бойынша) мына формулалармен анықталады:
.
(1.5)
мұндағы: n1, n2 - орталардың сыну көрсеткіштері [6]. 3-5 ГГц жиілік
диапазонында кірпіш пен бетонның диэлектрлік өткізгіштігінің шынайы
бөлігі әлсіз өзгереді және құрайды, сондықтан есептеуде n1 = 1
(ауа), n2 = 1,9-2 (қабырға) алуға болады, онда қабырғадан шамамен 10%
дабыл бейнеленеді. Бұл әсерді есепке алмау бәсеңдеудің Q мәнін 0,5 дБ-ге
жоғарылауына әкеледі.
Екінші
фактор
-
рефракция салдарынан
радиотолқынның
фокусталуы 1.12-суретте көрсетілгендей жұту көлемінің төмендеуіне
әкеледі. О1 нүктесінен таралатын сфералық радиотолқын n1 сыну
көрсеткішімен ортадан n2 көрсеткішті ортаға ауысқанда және қайтадан n1
көрсеткішімен ортаға қайтқанда О1О2 осіне тығыздалады.
30
1.12 Сурет - Қабырғадан өткенде радиотолқынның таралуы
(фокусталуы)
Қабылдағыш О2 нүктесінде орналассын. Егер қабырға болмағанда,
ашылу бұрышы мен конусының радиусы О1 нүктесінде биіктікпен
(H1+t+H2) аралықта Ri құрайтын еді. мен қабырға болғанда конустың
радиусы Rf құрайды. Осылайша, бірінші жақындауда осы конуста таратқыш
энергиясы бірінші жағдайда
ауданында үлестіріледі, екінші жағдайда
-
ауданда. Онда қабылдағышта дабылдың салыстырмалы күшеюі
(қабырғада жұту болмаған жағдайда) құрайды:
,
(1.6)
мұндағы:
. О1О2 (
) осінің бойында күшею құрайды:
.
(1.7)
Рефракция салдарынан күшею максимальді, егер қабылдағыш пен
таратқыш қабырғаға қысылған болса (H1 = H2 = 0), (3 дБ).
Қабылдағыш пен таратқыштың қабырғаға дейінгі қашықтығының
ұлғаюымен бұл әсер жылдам төмендейді.
Қарастырылған факторларды есепке ала отырып, 1-3 жағдайларда жұту
Q өлшемінің нәтижесі құрады:
1. Q 2,5 1 дБ;
2. қабырға 34 см Q 5,5 1 дБ;
31
қабырға 64 см Q 9,5 1 дБ;
3. қабырға 34 см Q 3 1 дБ;
қабырға 64 см Q 6 1 дБ.
Осылайша, эксперименттер кезінде анықталды: егер қабылдағыш пен
таратқыш қабырғадан бірнеше сантиметр қашықтықта орналасса (әртүрлі
тарапқа) рефракцияны есепке алғанда шамамен 2,5 дБ бәсеңдеуге ие болады.
Өлшенген деректерді шашу салыстырмалы жоғары емес өлшемдердің
дәлдігі ( 1 дБ), қабырға материалының жергілікті сипаттамаларымен
түсіндіріледі. Бұдан басқа, 3 жағдайда 2 жағдаймен салыстырғанда жұтудың
кіші көрсеткіштерін дәліздің екінші қабырғасынан бейнеленген толқынның
әсерімен түсіндіруге болады.
Тік өлшемдерден бөлек, қабырғада дабылдардың бәсеңдеуін бағалау
нүкте- нүкте режимінде қабылдағыш- таратқыш жұптарының әсер
ұзақтығын талдау жолымен мүмкін болады. Егер қабылдағыш - таратқыш
жұптары әсерінің максимальді ұзақтығы тікелей көру жағдайларында
(бөгетсіз) l1 13 м құраса, қалыңдығы t = 64 см кірпіш қабырға арқылы
жұмыс істегенде байланыс жүйесі әрекетінің ұзақтығы l2 4 м - ге дейін
азаяды (қабылдағыш - таратқыштардың антенналары бағытталмаған;
радиотолқын қабырғаға қалыпты түседі). l1n = Sl2n формуласымен есептеу,
мұндағы n - кеңістікте дабылдың басылу көрсеткіші, n = 2 , қабырға S = 10 дБ
тең қосымша бәсеңдеуге ие екенін көрсетеді. Қалыңдығы t = 34 см кірпіш
қабырғадан өткенде байланыс жүйесі әрекетінің ұзақтығы шамамен екі есеге
түседі, бұл мұндай қабырға S = 6 дБ-ге тең қосымша бәсеңдеу әкелетінін
білдіреді.
Өлшеулер мен бағалаулардың деректерін орташаландырып, келесі
қорытындыны шығарамыз: 3 -5 ГГц диапазондағы АКЖ дабылының
бәсеңдеуі кірпіш қабырғада құрайды:
34 см қабырғада 5-7 дБ;
64 см қабырғада 6-10 дБ.
32
2 ЕСЕПТЕУ БӨЛІМІ
2.1
Федералды байланыс комиссиясы (FCC) UWB қолдануын
бақылау
2.1.1 Кеңжолақты таратуды қолданатын құрылғылардың техникалық
сипаттамасы
- Өлшем: ұсақ өлшем 0.2-ге тең немесе одан да жоғары, немесе өлшем
500 МГц-қа тең немесе одан да жоғары.
2.1 Сурет - Кеңжолақты таратудың жиіліктік сұлбасы
- Сәулеленген электрондық кедергілер:
0.96 - 1.61 GHz -75.3 dBmMHz;
1.61 - 1.99 GHz -63.3 dBmMHz;
1.99 - 3.1 GHz -61.3 dBmMHz;
3.1 - 10.6 GHz -41.3 dBmMHz;
10.6 GHz - -61.3 dBmMHz.
2.2 Сурет - UWB шығару деңгейі
33
- Шығарылған қалдықтардың ең жоғарғы мөлшері: енінің өлшемі 50
МГц-ке тең кеңжолақты ең жоғарғы қалдықтардың мөлшері, шығарылған
қалдықтардың ең жоғарғы мөлшері 0 dBm-ге тең болатын жиілікте
шоғырланған.
2.2 Жерсеріктік аса кеңжолақты таратудың ұғымы
- Аса кеңжолақты таратудың жерсеріктік байланыста қолданыла
бастауы.
- FSS Ku-диапазондарының қолданылуы.
2.3 Сурет - Жерсеріктік АКЖ сұлбасы
2.4 Сурет - Жерсеріктік АКЖ спектрі
34
2.3 Байланыс бюджеті
2.1 К е с т е - Қабылданған қуат мөлшері, жердегі аса кеңжолақты
тарату өте төмен
Жердегі 3 метр ара қашықтықтағы аса кеңжолақты тарату - 100.0
dBmMHz.
2.4 Көпжолақты - UWB дабылы
2.5 Сурет - MB-UWB символдық құрылымдық мысалы
2.5 Бірнеше және аса кеңжолақты таратудың өткізгіштік қасиеті
- Бірнеше және аса кеңжолақты таратуда қате пайда болу мүмкіндігі:
35
Орта жиілік
12
GHz
Өлшем
500
... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
6
7
8
АҢДАТПА
Бұл дипломдық жоба жерсеріктік тарату жүйелеріндегі аса кеңжолақты
таратуды зерттеуге арналған. Радиолокациялық нысаналарды тану міндеттері
мен амалдары қарастырылды. Радиолокация үшін АКЖ дабылдарды
пайдалану перспективалы екені көрсетілді.
Заманауи ғимараттардың қабырғалары және қабатаралық
жабындылары арқылы өтуінде АКЖ дабылдардың басылу дәрежесін өлшеу.
Әдеби зерттеулерге қарағанда, ғимараттардың қабырғасында 400-1000 МГц
диапазондағы радиотолқындардың таралуы туралы деректер талданды.
Заманауи ғимараттардың қабырғасында АКЖ үздіксіз ретсіз дабылдардың
басылу параметрлері өлшенді. Таржолақты зондаушы
дабылдарды
пайдаланғанда, алынған нәтижелерімен АКЖ
дабылдар басылуының
эксперименттік деректері салыстырылуда.
АННОТАЦИЯ
Данный дипломный проект посвящен исследованию
сверхширокополосных передачи сигналов в спутниковых системах передачи.
Рассмотрены подходы к задаче распознавания радиолокационных целей.
Показано, что
использование для радиолокации СШП
сигналов
представляется в этом смысле достаточно перспективным.
Измерения степени затухания СШП сигналов при прохождении через
стены и межэтажные перекрытия современных зданий. Проанализированы
имеющиеся в литературе данные по распространению радиоволн диапазона
400 - 10000 МГц в стенах зданий. Проведены измерения параметров
затухания СШП непрерывных хаотических сигналов в стенах современных
зданий. Проводится сравнение экспериментальных данных затухания СШП
сигналов с результатами, полученными при использовании узкополосных
зондирующих сигналов.
ABSTRACT
The main of this final capstone project is to study and investigate Ultra-
Wide Band signal transmission in the satellite communication systems. Numbers
of approaches were considered to the problem of recognition of radio located
targets. It is shown that the use of UWB signals for radiolocation is perspective.
The degree of attenuation of UWB signals when it goes through the wall and
floor slabs of modern buildings was considered. The data from literature about
spread of radio waves in the range of 400 - 10000 MHz in the walls of buildings
were analyzed. Measurements of the attenuation parameters of continuous, chaotic
UWB signals in the walls of modern buildings were held. The experimental data of
attenuation of UWB signals is being compared to the results obtained using
narrowband probing signals.
9
МАЗМҰНЫ
Кіріспе
7
1
1.1
1.2
1.3
1.4
2
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
Негізгі бөлім
АКЖ технологиясы
Аса кеңжолақты радиолокациялар
АКЖ технологияларын қолдану салалары
Әртүрлі бөгеттерден өткенде 3-5 ГГЦ диапазондағы аса
кеңжолақты ретсіз дабылдарды бәсеңдету
Есептеу бөлімі
Федералды байланыс комиссиясы (FCC) UWB қолдануын бақылау
Жерсеріктік аса кеңжолақты таратудың ұғымы
Байланыс бюджеті
Көпжолақты - UWB дабылы
Бірнеше және аса кеңжолақты таратудың өткізгіштік қасиеті
Жабдықтарды таңдау
MIMO және OFDM модельдеу үшін LabVIEW ресурстары
Эксперименталды бөлім
Жерсеріктік сызықтардың энергетикалық есептемесі. А станциясы
8
8
13
16
18
29
29
30
31
31
31
33
34
36
берілгендері негізіндегі төмен сызық энергетикалық есептемесі
2.10 Жерсеріктік навигациялық жүйені есептеу
38
42
3
3.1
3.2
3.3
4
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
Бизнес - жоспар
Жобаны экономикалық негіздеу
Өзіндік құн құрылымын есептеу
Интеллектуалды еңбектің бағасы
Өмір тіршілігінің қауіпсіздігі
Техникалық құрылғыны пайдаланғанда қызметкердің еңбек
шарттарын талдау
Өндіріс ғимараттарында жұмыс орындарындағы микроклиматтың
оңтайлы параметрлерін қамтамасыз ету
Электрмагниттік сәулеленуден қорғау
Статикалық электрден қорғау
Өрт қауіпсіздігін қамтамасыз ету
Рационалды жарықтандыруды құру
Бөлмені жасанды жарықтандыруды есептеу
53
53
54
62
63
63
64
65
68
68
69
70
Қорытынды
Қысқартылған сөздер
Әдебиеттер тізімі
А Қосымшасы
10
73
74
75
76
КІРІСПЕ
1974 жылда Морей жер асты объектілерін зерттеу үшін аса кеңжолақты
жүйені жасады, бұл жаңа бағытқа екпін болды - қабырғаны жарып
геолокациясы мен локациясы үшін АКЖ радарлар. АКЖ технологиялардың
дамуында маңызды кезең шетелде және КСРО да 10 ГГц тең жоғары
сканерлеу жылдамдығымен стробоскоптық осциллографтың пайда болуы
болды.
АКЖ дабылдарды қолдану бойынша негізгі күш локация саласына
шоғырланды. Бұл кезде ауалы және әуе нысаналарын анықтау үшін АКЖ
радарлар, беткейүстілік зондаутың АКЖ радарлары құрылды. Мұндай
радарлардың ерекшеліктері тек қана жоғары шешілетін қабілет есе, сонымен
қатар нысана туралы координатты емес ақпараттарды алу мүмкіндігі болып
табылады. Бұл уақытта АКЖ технологияларының спектрлік бағалары жиі
айтылды. Олардың дамуына кедергі болатын физикалық шектеулердің
қатары бар екені анықталды. Келесі тұжырымдалды:
Біріншіден, антендік жүйелер жолақтарының шектеулік қасиеті
дабылдардың өтімен жиілікті спектрлік құрамдастарын таратуға мүмкіндік
бермейді. Екіншіден, таралу ортасында дисперсияның анықтаушы болып
табылады. Үшіншіден, таратушы жүйелердің спектрін кеңейту үшін,
сонымен қатар олардың сенімділігі мен пайдалану жағдайын қамтамасыз ету
үшін біршама қаржы жұмсалымы қажет. Төртіншіден, қарапайым
радиожүйелермен АКЖ жүйелерін үйлесімді пайдаланғанда туындауы
мүмкін тәжірибелік және экономикалық сипаттағы қиыншылықтардың
болуы АКЖ технологияларын жасаудың мақсаттылығына күмән тудырады.
Алайда көптеген зерттеушілердің, бірінші кезекте Х.Хармуттың
талпынысының арқасында аса кеңжолақты дабылдарды пайдалану идеясы
теориялық негізділік, шынайы әрекеттегі жүйелердің көзқарасы бойынша
өзінің бар болу құқығына ие.
1998 жылдың басында үш америкалық компания - U.S. Radar, Time
Domain және Zircon - лицензияланбаған негізде эсперимент жүзінде АКЖ
жүйелерін (қабырғаны
жарып көруге қабілетті радарлар мен
коммутациялық жүйелер) пайдалануға рұқсат беру туралы сұраныстарымен
АҚШ байланыс бойынша Федералды комиссиясына (FCC) жүгінді.
Бұл фирмалардың жүгінуі, сонымен қатар өндірушілер мен
әзірлеушілердің жалпы қысымы 2002 жылдың 14 ақпанында FCC АКЖ
жүйелерін пайдалануға шектеулі рұқсат беруіне әкелді. Бұл үш әртүрлі
санаттағы құрылғы үшін лицензияланбаған негізде АКЖ технологияларын
коммерциялау процесіне бастама қойды: деректерді табыстау жүйелері,
портативтік радарлар және өлешуіш жүйелер.
11
1 НЕГІЗГІ БӨЛІМ
1.1 АКЖ технологиясы
Соңғы жылдарда дәстүрлі радиотехникалық жүйелерде түбегейлі
ерекшеленетін, барлық мүмкіндіктерін ашуға қабілетті аса кеңжолақты
(АКЖ) технологиялардың элементтік базасы ашылды. Дәстүрлі
радиотехникалық жүйелердің көпшілігі жиіліктің салыстырмалы
таржолағында жұмыс істейді және ақпаратты жіберу үшін әкелуші тербеліс
ретінде гармоникалық (синусоидтық) дабылдарды пайдаланады. Алайда
жиіліктер жолағының кеңдігі радиотехникалық жүйелердің ақпараттылығын
анықтайды, және ақпараттық мүмкіндіктерді жоғарылату үшін оның жиілік
жолағын кеңейту қажет.
Ақпараттың қарқынды ақпараттандырылуымен және ақпараттық
ағындардың үнемі жоғарылап отыруына байланысты бұл мәселе
радиобайланыс үшін де, радиолокация үшін де ең өзекті болып табылады.
Мәселенің өзектілігі соңғы жылдарды аса кеңжолақты
дабылдарды
пайдаланатын технологиялардың жылдам дамуын анықтады.
АКЖ дабылдардың анықталуына сай, АҚШ қорғаныс Министрлігінің
DARPA эксперттерімен енгізілген және АҚШ-тың байланыс бойынша
Федералды комиссиясымен (FCC) құпталған дабыл спектрінің кеңдігі
орталық жиіліктен 25% жоғары болуы тиіс. Бұл анықтама аса кеңжолақты
жүйелер мен дабылдардың әрқилылығын қамтымаса да, оны қазіргі кезде
көптеген әзірлеушілер пайдаланады.
АКЖ дабылдарға ауысу мәселесі әсіресе радиолокация үшін өзекті.
Жиілік жолағы әкелуші жиіліктен 10% аспайтын қарапайым радарлар тек
қана нысананы табуға және оның координаталарын (салыстырмалы жоғары
емес дәлдікпен) беруге мүмкіндік береді, бірақ нысананың кескінін және
оның суретін алуға мүмкіндік бермейді. Радардың ақпараттылығын арттыру
үшін сәйкес өңдеуден кейін бірнеше белгілер (радиобейне) бойынша
қосымша ақпаратты алуға мүмкіндік беретін нысана типін тану режимі
қолданылады. Бұл режимге радардың жиілік жолағын едәуір жоғарылату
қажет, нәтижесінде, тәсілдерде де, технологияларда да жаңа амалдар
пайдаланылады.
Аса кеңжолақты жиілікті
дабылдарды қолданғанда радардың
ақпараттылығының жоғарылауы қашықтық бойынша импульстік көлемнің
азаюы нәтижесінде болады. Сонымен, сәулеленіп жатқан импульс
ұзындығының 1 мкс-тан 1 нс-қа дейін азаюында радардың импульстік
көлемінің тереңдігі 300 м-ден 30 см-ге дейін азаяды. Осылайша, кеңістікті
зерттейтін құрал аса жіңішке және сезімтал болады. Ал АКЖ дабылы
жолағының кеңдігі бірнеше гигагерцке жетеді.
12
1.1 Сурет - Аса кеңжолақты жиілікті сигналдар
Импульстік көлемнің кішіреюіне байланысты АКЖ радар бірқатар
жаңа сапаға ие болады:
- нысанаға дейінгі қашықтықты өлшеу дәлдігі және ұзақтық бойынша
рұқсат етілетін қабілет жоғарылайды;
- радардың бос аймағы азаяды;
- нысананың класы мен түрін тану жүреді, сонымен қатар нысананың
радиобейнесі алынады, өйткені қабылданған дабыл нысана туралы
бүтіндей ақпаратты емес, сонымен қатар оның жеке элементтері туралы
ақпаратты алып жүреді;
- радардың пассивті кедергінің барлық түрлерінің - жаңбыр, тұман,
аэрозольдар, металданған жолақтар және
т.б әсеріне тұрақтылығы
жоғарылайды, өйткені кедергілердің тиімді шашырау беткейі (ТШБ) кіші
импульстік көлемде нысананың ТШБ мен шамалас болады;
- радардың сыртқы электрмагниттік сәулелену мен кедергілер әсеріне
тұрақтылығы жоғарылайды;
- нысананың ТШБ ұлғаюы есебінен нысананы сүйемелдеу тұрақтылығы
және табу ықтималдығы жоғарылайды;
- сәулеленіп жатқан нысананың екіншілік бағытталу диаграммасы (БД)
жапырақты құрылымын жоқ қылу есебінен нысананы сүйемелдеу
13
тұрақтылығы және табу ықтималдығы жоғарылайды, өйткені нысананың
алыс бөлігінен көрінген тербелістер интерферацияланады;
- антеннаның бағытталу диаграммасында
интерферацияланған
сәтсіздіктерді болдырмау есебінен орынды кіші бұрыш бойында нысананы
сүйемелдеу тұрақтылығы жоғарылайды, өйткені нысанадан көрсетілген
дабыл және жерден қайта көрсетілген дабылдар олардың селекциясын
жасалуға мүмкіндік беретін уақытқа бөлінеді;
- сәулеленіп жатқан дабылдың параметрлерін өзгерту жолымен
сәулелену сипаттамаларын (бағытталу диаграммасының кеңдігі мен пішіні)
өзгерту мүмкіндігі туады; сонымен қатар аса тар БД алу мүмкіндігі пайда
болады;
- радар жұмысының құпиялығы жоғарылайды.
АКЖ дабылдардың кеңінен және барлық жерде таралуы жүйелердің
функциялық құрылымы, критикалық түйіндердің техникалық, технологиялық
және әдістемелік шешімдеріне түбегейлі жаңа амалды талап етеді.
Генерация, сәулелену, дабылдарды қабылдау және өңдеу құрылғыларын
құрудың технологиялық кешенінде соңғы жылдардағы революциялық
жетістік алғыр тәсілдер мен шешімдер негізінде АКЖ дабылдармен
жүйелерді тәжірибелік іске асыру мүмкіндігін береді, ол алдын тек жеке
зертханалық және эксперименттік нұсқаларда жетімді болған. АКЖ
радиоэлектроникасында негізгі келесі технологиялар пайда болды:
- жоғары тұрақтылықпен
және жоғары қайталану жиілігімен
шектелмеген ресурстары бар аса қысқа (ұзындығы 1 нс және одан қысқа)
импульстерді генерациялау технологиясы;
- осындай импульстерді тікелей кеңістікте зерттеу технологиясы (АКЖ
антендік техника);
- ақпараттардың үлкен ауқымын жылдам сандық өңдеу технологиясы
(есептеу технологиясы).
Бұл жоспарда АКЖ
дабылдардың радиолокациясын пайдалану
теориялық талдаудың өзіндік әдістері және дәстүрлі емес схематехникалық
шешімдері бар дербес ғылыми-техникалық бағытқа құйылады.
АКЖ радарларына қызығушылық 80 жылдарда қарқынды өсті.
Олардың қолданылуының бірінші саласы - аз байқалатын нысаналарды
анықтау болса керек. Алайда осы мәселені шешуде толық айқындылық жоқ.
Бұдан басқа, АКЖ радарларын қолданудың бұл саласы өзекті болып қалады.
АКЖ қолданудың екінші саласы - бір және ондаған метрлерді
құрайтын қысқа дистанцияларда объектілерді табу және бақылау болып
табылады. Бұлар ауада объектілерді анықтайтын радарлар және тығыз
орталарда (топырақ, мұз) объектілерді анықтайтын радарлар. Радарлардың
бұл кластарына тәжірибелік сұраныс өте жоғары. Сондықтан бүгінде әртүрлі
міндеттерді шешетін әрекет етуші әскери және өндірістік радарлардың көп
саны құрылды. Кіші дистанцияларда жұмыс істейтін радарлар құрылысы
бойынша қарапайым болып табылады және аппаратурасының кішігірім
14
көлеміне ие. Бұл олардың өте қысқа уақытта жасалуына және жетілдірілуіне
және де нарықтың сұранысына жылдам әсер етуге мүмкіндік береді.
АКЖ радарларды қолданудың үшінші саласы - ақпаратты санын едәуір
жоғарылату және сапасын жоғарылату есебінен радиобейнені алу. Мұндай
радарлар да кең қолданыс табады, бірақ алыс болашақта. Қазірде АКЖ
дабылдар ауалы тасымалдаушыларда орнатылған синтезделген апертурасы
бар радарларда ғана радиобейнені алу үшін қолданылады. Бұл радарлар
картографиялық орындар және өсімділігімен жасырын немесе басқа
бейнемен маскаланған әртүрлі объектілер орнын іздеуге арналған.
АКЖ радарларын қолданудың төртінші саласы - бұл акваторийлерді,
әуежайларды, ормандарды, әртүрлі тағайындаудағы аумақтарды бақылау.
Мұндай радарлар кіші және үлкен қашықтықтағы радарлар арасында аралық
орынды иеленеді. Олар нысаналардың жоғары шешілуін ғана емес, сонымен
қатар пассивті және активті кедергілермен жұмыс істегенде үлкен
тұрақтылықты қамтамасыз етеді.
АКЖ радарларын радиобайланыстарда да қолдану өзекті, олар
радиотолқындардың көп сәулелі таралуымен байланысты байланыс
жүйелерінің кемшіліктерін түзеуге мүмкіндік береді.
Соңғы жылдарда бүкіл әлемде тұтастай АКЖ технологияларына және
жеке АКЖ радарларына жылдам өсуші қызығушылық байқалады. Бүгінде
әлемнің жетекші мемлекеттерінің қатарында АКЖ технологиялары бойынша
жұмыс саласында үлкен қарылар жоспарлануда. АКЖ технологиясы
саласында көзге көрінбейтін жарыс болып жатыр деп айтса да болады. Кім
жетістікке қол жеткізсе, сол жоғары технологиялардың осы перспективалы
нарығында едәуір үлесті иелену мүмкіндігіне ие.
Аса кеңжолақты (АКЖ)
дабылдар
-
жиіліктің аса үлкен
кеңжолақтарымен радиодабылдар (АЖЖ-дабылдар). Аса кеңжолақты
радиолокация және аса кеңжолақты радиобайланыс үшін қолданылады.
Аса кеңжолақтылыққа бірнеше түсініктемелер бар. Кеңестік және
ресейлік радиотехника дәстүрлерінде аса кеңжолақты деп жолағының кеңдігі
октавадан көп дабылдар саналды, яғни жиілік
жолағының жоғары шегі
төменгі шекарадан
2 есе жоғары
дабылдар.
Аса кеңжолақты радиолокацияда дабылдарды салыстырмалы жиілік
жолағының кеңдігімен атау ұсынылды (1985 жылы):
.
(1.1)
Радиолокацияда осы терминнің тағы бір түсінігі бар: аса кеңжолақты
деп
мұндағы
қатынасын қанағаттаныратын импульстік дабылдарды атайды,
- импульстің кеңістіктегі ұзындығы ( - дабылдың ұзындығы
немесе оның автокорреляциялық функциясы,
15
- жарық жылдамдығы),
-
таратушы (қабылдаушы) апертура көлемі немесе дабылды бейнелейтін
объектінің көлемі [3].
Радиобайланыс мақсаттары үшін, АҚШ байланыс бойынша Федералды
комиссияның анықтамасына сай, аса кеңжолақты деп жолының
салыстырмалы кеңдігі 20-25%-дан аз емес дабылдар айтылады,
яғни
немесе жолағының аблосютті кеңдігімен
(3,1-10,6 ГГц жиілік диапазонында).
,
дабылдар
2002 жылдан бастап, әлемнің
көптеген мемлекеттерінде
радиобайланыста аса кеңжолақты дабылдарды лицензияланбаған қолдану
үшін АЖЖ - диапазонында спектр учаскелері ажыратылды.
АҚШ-та АКЖ дабылдарды 3,1...10,6 ГГц диапазонда қолдау рұқсат
етілген, мұнда АКЖ қабылдағыш-таратқыш қуатының спектрлік тығыздығы
41,3 дБмМГц-тен аспауы тиіс.
Ресей Федерациясында байланыс үшін 2,85...10 ГГц диапазон
ажыратылған. Осы диапазонның әртүрлі аймақтарында АКЖ қабылдағыш -
таратқыш қуатының спектрлік тығыздығына -65- тен - 45 дБмМГц - ке дейін
шектеулер қойылған (1.2 сурет). Ең бос аймақтар - 6000...8100 МГц
(−47 дБмМГц),
(−45 дБмМГц ).
8625...9150 МГц (−47 дБмМГц),
9150...10600 МГц
Еуропа
одақта 6...8
ГГц диапазоны дұрысырақ,
онда АКЖ
қабылдағыш-таратқыш қуатының спектрлік тығыздығына -41,3 дБмМГц
деңгейінде шектеу қойылған.
АКЖ дабылдарды лицензиясы қолдану Оңтүстік Корея, Жапонияда да
рұқсат етілген. Қытай және басқа мемлекеттерде де рұқсаттар дайындалуда.
1.2 Сурет - АКЖ үшін бөлме ішінде спектрлік маскалар: АҚШ-та,
Еуропа одақта және Ресей Федерациясында
16
Аса кеңжолақты дабылдар аса қысқа (ультрақысқа) импульстермен,
OFDM - дабылдармен, ретсіз радиоимпульстермен, СЖМ - модуляциясымен
(сызықтық жиілік модуляциясы) көрсетілуі мүмкін.
1.2 Аса кеңжолақты радиолокациялар
Соңғы 30 жылдар көлемінде ғылыми-техникалық әдебиетте аса
кеңжолақты (Ultra-Wide Band - UWB) дабылдардың технологиясы белсенді
талқылануда. Көбісі оны телефонның құрылуы немесе жартылай өткізгіш
технологиялардың дамуымен салыстырып, соңғы жылдардағы маңызды
жаңалықтардың бірі деп санайды.
Мұнда асыра сілтеушілік те бар, алайда көптеген басылымдар ондаған
инвесторлар мен әзірлеушілердің оған назарын еліктіреді. Бірнеше жылдар
бойы әскери орта тарапынан осы технологияға қызығушылық бәсеңдемеді.
Модуляцияланған ЖЖ - дабылдардың заманауи техникасынан фундаменттік
ерекшеленетін UWB - ақпаратты таратуы аса кеңжолақты радиолокациялар
максимальді пайдаланатын бірегей мүмкіндіктер ұсынады.
Аса кеңжолақты (UWB) дабылдардың анықтамасына сай АҚШ DARPA
эксперттерімен енгізілген және FCC
нақтыланған аса кеңжолақты
радиолокатор - орталық жиіліктен дабыл спектрінің кеңдігі 25%-тен аса
жоғары радиолокатор. Мұндай радиолокаторда сәулелену жалғыз
импульстер немесе орталық жиілікте тербелістің бірнеше кезеңдері түрінде
жүреді. Типтік жағдайларда импульстің ұзақтығы 100 пс-тен 1,5 нс-ке дейінгі
шекте болады, орталық жиілік - 650 МГц-тен 5 ГГц диапазонға дейін,
спектрдің кеңдігі - бірнеше гигагерцке дейін [9, 10]. UWB - локаторлар үшін
тек қана аса қысқа имльпустерді қолдану ғана емес, сонымен қатар таралып
жатқан қуаттың аса төмен деңгейі тән. Бұдан басқа, таралудың орта
қуаттылық деңгейінде бірнеше милливатта бірнеше метрден бірнеше
километрге дейін жұмыс ұзақтығына жетуге болады.
UWB - радиолокаторлар өзіне үлкен қызығушылық тудырады, және
аса кеңжолақты радиолокациялардың дамуы қарқынды жүреді. UWB -
радиолокаторларының төменде аталатын әлеуетті ақпараттық
артықшылықтары таржолақты
дабылдарды қолданатын
радиолокаторлардың алдында нақты аса қысқа импульстермен жұмыс істеуге
негізделген, соған сай аса кеңжолақты: UWB - радиолокаторларының
кеңжолағы оларға ұзақтығы бойынша және нысанаға дейін өлшеудің
дәлдігімен жоғары шешуші қасиетті қамтамасыз етеді. Жоғары тарамдалған
шешім фондық кедергілерден нысананы бөліп алуға да мүмкіндік жаратады.
UWB - радиолокаторларды синтезделген апертуралармен қолданғанда
орманның жабынында жасырын шағылдырғыштардың бейнесі алынған.
Дәстүрлі радиолокация үшін бұл байсалды мәселені туындатады, әсіресе кіші
биіктікте шашыраудың аз тиімді ауданымен нысаналар немесе құрғақ жер
немесе теңіздің беткейіндегі нысаналарға қатысты [14]:
17
- UWB радиолокаторлар нысананың типін және пішінін тануға
қабілетті, өйткені қабылданған эхо-дабыл тұтастай объект туралы ғана емес,
оның элементтері туралы да ақпаратты тасиды. Кеңістікте пикосекундтық
импульстің ұзындығы ct (мұндағы с - жарық жылдамдығы, t - импульстің
ұзындығы) нысананың ұзындығынан едәуір аз, және мұндай жағдайда
нысана дәстүрлі радиолокаторлардағы секілді нүктелік шағылғыш емес,
элементтерді бейнелейтін матрица (миронысана) болып табылады. UWB -
радиолокаторының зондауты
дабылы жеке элементтерден кезекпен
бейнеленіп, импульсті тізбек құрайды, оның парамтерлері объектінің
геометриясына және нысананың импульсті сипаттамаларына байланысты.
Нысана бейнесі деп аталатын бұл тізбек бейнеленген қуаттың уақыттағы
үлестірілуінен тұрады. Нәтижесінде ШТБ-де уақытқа тәуелді болады және
бұл тәуелділік нысананы бақылаудың ракурсын ауыстырғанда өзгереді.
Бейнені құрайтын импульстер амплитудасы сәйкес бейнелеуші
элементтердің ШТБ сай келеді, ал олардың полярлығы - элементтер
материалдарының магниттің өткізгіштігінен;
- UWB - радиолокаторының қарапайым таржолақты РЛС пен
электрмагниттік үйлесімділігі қамтамасыз етіледі. Бұл радарлардың
үйлесімді жұмысында таржолақты жиілік жолағына UWB - радиолокаторы
дабылының энергиясының кішігірім бөлігі ғана түседі. Олардың жиілігінің
жолағы үш қатармен ерекшеленетіндіктен, UWB - радиолокатор қызметінің
уақытында одан таржолағы РЛС қабылдағышында туындайтын кедергі
едәуір өлшемге жетіп үлгермейді. Бұдан басқа, екі радардың да сәулеленуінің
тең қуатында UWB - радиолокаторында жиілік бірлігіне салыстырмалы қуат
шамамен үш есе төмен, яғни таржолақты РЛС қабылдағышына аса
кеңжолақты дабыл энергиясының мыңдық үлесі ғана түседі. Кері әсер
еткенде кедергілерден дабылмен таржолақты РЛС алатын жиілік жолағының
UWB - радиолокаторының дабыл спектрінен қиып алатын жиілік реакциясы
тиімді қорғайды. Екі немесе бірнеше UWB - радиолокаторлардың үйлесімді
жұмысында дабылдардың уақыттық бөлінуі мүмкін. Аса кеңжолақты
дабылдың кіші ұзындығынан, көрші локатордан келетін кедергі өте кіші
аймақты алып жатады;
- пассивті кедергілердің ШТБ едәуір азаюы - жаңбыр, тұман,
аэрозолдардан - олардың фонында нысананы бақылауды жеңілдетеді;
- UWB - радиолокаторларды жүзеге асыру өте қарапайым және арзан
аппараттық құрылғылармен жүзеге асырылады. Қабылдаушы аппаратура
әдетте тікелей түрлендіргіш схемасы бойынша құрылады (ЖТ арнасынсыз,
дәлірек айтқанда гомодиндік архитектураны қолданумен). Әртүрлі
радиолокациялық қосымшаларда таратқыш пен қабылдағыштың сол базалық
схемаларын қолданылады [3, 12].
UWB - радиолокаторларының артықшылықтары әсіресе олардың
нысаналар мен олардың селекциясының бейнесін алу және тану үшін әскери
жүйелерде қолданылуы, РЭК жүйелерінен жасырын қамтамасыз ету мен
дабылдарды ұстап қалудың төмен ықтималдығында маңызды. Бұдан басқа,
18
олар орналасу орнын анықтауда, қақтығысу мүмкіндіктерін ескеруде,
аралықты нақты есептеуде, рұқсатсыз кіруді анықтағанда, топырақтағы
(жабық миналар, сонымен қатар пластикалық), қыбырғаларда, жапырақпен
оралған және т.б. объектілерді анықтауда, медициналық диагностика жасауда
кеңінен қолданылады. Байланыс бойынша Федералды комиссиямен
мақұлданған радиолокациялық құрылғылар тыныс алуды және қабырғаның
ар жағындағы басқа типтегі қимылдарды анықтайды. UWB
-
технологиясының дамуы қазір де жалғасып жатыр, әрі жетілдіру жалпы
тұжымдамаларға емес, жеке аппараттық құралдар мен қосалқы жүйелерге
тиесілі.
UWB - аппаратурасының негізгі әзірлеушілері - Time Domain
фирмасы, Ливемор ұлттық зертханасы (LLNL), Multispectral Solutions,
McEwan Technologies фирмалары, Калифорния университеті. Әртүрлі UWB -
аппаратурасын Aether Wire & Location, QDS және т.б. компаниялар ұсынады.
1.3 Сурет - Аса кеңжолақты импульсті дабыл (IR-UWB)
19
1.4 Сурет - Импульсті аса кеңжолақты дабыл спектрі (IR-UWB)
1.3 АКЖ технологияларын қолдану салалары
Қабылдағаш-таратқыш модульдер, күшейткіштер, антенналар,
бағдарламалық жасақтамалар мен басқа да өнімдер және АКЖ
технологиясының қызметтерін құралдарды, құрылғыларды, оқу ғылыми-
зертханалық кешендерді жасауда ғылым мен техниканың келесі салаларында
пайдалану ұсынылады:
- сигнализациялық кешендердің радиолокализациялық тетіктерінде:
бүлдірушінің объектіге немесе аумаққа кіруін анықтау, қозғалмалы объектіні
анықтау, қарудың және металл нәрселердің бар-жоқтығын анықтау үшін;
- геолокация желілерінде: топырақты су қойылмаларының түбін беткей
үстілік зондылау, жер үстіндегі, металл іздеушілермен анықталмайтын
пластикалық жаяу әскерлерге қарсы және басқа бейматалл миналарды,
құрылыстық конструкцияларды зондылау, материалдардың, кабельдер мен
қиын қол жетімді құралдардың бұзбайтынын бақылаудың жағдайын анықтау
үшін;
20
1.5 Сурет - Геолокация желісінің сұлбасы
Геолокациялық позициялау мына сфераларда кеңейтіледі:
- жедел көмек көрсету орталықтарында;
- әскерде;
- мұнай өндірісінде.
1.6 Сурет - Геолокация желісі
-
деңгей тетіктерінде, қашықтық өлшеуіш пен бөлшектерде:
цистерналарда сұйықтықтардың, сусымалы денелердің деңгейін анықтау,
әртүрлі технологиялық операцияларда объектілерге дейінгі қашықтықты
21
анықтау, қар қалыңдығының, мұз жабынының тереңдігін және т.б. анықтау
үшін;
- қабырға артындағы және құрылыстық конструкциялар астында
объектілерді және тірі адамдарды анықтау жүйелерінде: күш құрылымдары
үшін, қабырға артынан сығалау үшін, жер сілкінісінде, су тасқынында
және техногендік апаттарда зардап шеккендерді іздеу үшін;
- қақтығыстарды болдырмау және транспорттың қимылын басқарудың
интеллектуалды жүйелерінде: транспорттық объектілер арасында (автокөлік,
вагон, ұшақ, теңіз кемелері) дистанцияны анықтау және қақтығыс туралы
ескерту үшін, қоршаған транспортты құралдар және транспорттың қимылын
перспективалық басқарудың интеллектуалды жүйелеріндегі бөгеттер туралы
деректер жинау үшін, ұшу аппараттарының аз байқалатын бөгеттермен
соғылысуын болдырмау үшін;
- радиокөру жүйелерінде: кеңістік шешімінің бірлікте және тіпті
миллиметр үлесіндегі әлеуетті сипаттамасы әртүрлі техникалық объектілер
және роботтар үшін техникалық радиокөру жүйесін іске асыруға мүмкіндік
береді;
- медициналық қосымшаларда: адамдардың жүрек пен тыныс алу
қызметін дистанциялық диагностикалау, медицинада өмірді қамтамасыз ету
жүйелерін, сонымен бірге емшектегі балалардың жағдайын мониторингілеу.
1.4 Әртүрлі бөгеттерден өткенде 3-5 ГГЦ диапазондағы аса кеңжолақты
ретсіз дабылдарды бәсеңдету
Соңғы онжылдықта 3-10 ГГЦ жиілік диапазонындағы аса кеңжолақты
дабылдар негізінде радиобайланыс жүйелері белсенді дамып жатыр [5, 13].
АКЖ дабылдарын өте төмен спектрлік тығыздықпен (-40 дБмМГц-дан
төмен) пайдаланудың арқасында, АКЖ байланыс жүйелері аталған жиілік
диапазонында жұмыс істейтін дәстүрлі радиобайланыстың таржолақты
жүйелеріне кедергі келтірмейді. Сонымен қатар, жиіліктің аса кеңжолағының
арқасында (500 МГц-тен жоғары) жүйелер олар үшін дәстүрлі
радиобайланыстың таржолақты жүйелерін құрылатын кедергілерге тұрақты.
Осылайша, спектрлік ресурсты тиімді пайдалану жүзеге асырылады. АКЖ
дабылдарда радиобайланыс жүйелері салыстырмалы аз ғана қашықтықтарда
(30 м-ге дейін), негізінен, мекемелер ішінде жұмыс істеуге арналған,
сондықтан АКЖ дабылдарының ғимараттар ішінде таралу мәселелері едәуір
қызығушылық тудырады.
Радиобайланыстың ғимарат ішінде болуы міндеттерін шешуде негізгі
факторлар құрылыстық конструкцияларда радиотолқындарды жұту болып
табылады [2]. Бұл фактор радиобайланыс ұзақтығына да, радиобайланыстың
мүмкін болған жиілік диапазонына шектеулер қояды, өйткені дерлік барлық
орталар, құрылыс материалдарын қосқанда радиотолқындарды жұту
жиілігінің өсуімен біркелкі жоғарылаумен сипатталады. Сондықтан
радиобайланыс жүйесін жобалағанда ғимараттың типтік қабырғасында
22
таңдалған жиілікте радиотолқындар жұтылуының есебіне қабылдау қажет.
Радиотолқындарды жұту құрылыстық конструкциялардың басқа
элементтерінде де (есік, терезе, ағаш қалқалар) болады, алайда 10 ГГц-ке
дейінгі жиіліктерде олардағы дабылдың бәсеңдеуі 3-5 дБ-ден аспайды, яғни
қабырғалар мен қабат аралық жабындыларға қарағанда едәуір аз, және егер
жүйе дабылдың қабырға немесе қабатаралық жабындылардан өтуін есепке
ала отырып жобаланған болса, ол радиодабылдардың терезелер мен есіктер
арқылы өтуінде көріну жұмысқа қабілетті болады.
Осы жұмыста ғимараттардың қабырғалары мен қабатаралық
жабындыларында радиотолқындардың бәсеңдеу көрсеткіштері зерттеледі.
Әдебиеттегі таржолақты зондтаушы дабылдардың көмегімен алынған
деректер талданады [4, 8], сонымен қатар ғимарат қабырғаларында АКЖ
дабылдарының бәсеңдеуін өлшеген авторлардың алған нәтижелері
келітірледі. Осы деректердің негізінде қалыңдығы 30 см кірпіш немесе бетон
қабырғалар түсінілетін заманауи ғимараттардың типтік қабырғаларындағы
АКЖ дабылдарының жоғарғы бағасы алынады.
1.4.1 Құрылыс материалдарында таржолақты дабылдардың бәсеңдеуі
бойынша деректер
Ғимараттар
қабырғаларының негізгі материалдары кірпіш
(сылақталған), темір бетон (әртүрлі арматурамен), ағаш болып табылады.
Әдебиеттер талдауы [4, 8] дабылдың бәсеңдеуі құрғақ ағашта бетон мен
кірпішке қарағанда едәуір (3-5 есе) аз екенін көрсетті.
Құрылыс
конструкциялары мен материалдарында
дабылдардың
әлсіреуіне қатысты деректер [8, 11] 1-кестеде келтірілген. 1-кестенің талдауы
басылу мәндерің өте үлкен шашылуын көрсетеді. Мұның себебі деректер
әртүрлі жағдайларда алынғанына байланысты болуы мүмкін.
1.1 К е с т е - Қабырғалық материалдарда радиодабылдың бәсеңдеуі
бойынша жинақы деректер
23 Материал
Қалыңдығы,
мм
Жұту, дБ
Материал
Қалыңдығы,
мм
900
МГц
2.4 ГГц
3 ГГц
5 ГГц
10 ГГц
Кірпіш
89
3.5
6
Кірпіш, сыланған
120
5
Кірпіш
120
15
15
Кірпіш, сыланған
150
8
22
Кірпіш
178
5
Кірпіш, сыланған
240
9
Кірпіш
267
7
1.1 кестенің жалғасы
Ораталардың (сонымен қатар құрылыс материалдарының да) электрлік
параметрлерінің мәндерін анықтайтын негізгі параметрлердің бірі
материалдың ылғалдылығы болып табылады. Радиотолқындардың бәсеңдеуі
ылғалдылық көрсеткіші өскенде бірден жоғарылайды.
1.7-суретте 1-10 ГГц диапазонда ылғалдылыққа байланысты құрылыс
материалдарының (бетон, кірпіш) негізгі түрлерінде радиотолқындар бойлық
(материалдың 1 м қалыңдығына есептегенде) басылуы бойынша еңбектерден
[4] таңдамалы деректер келтірілді.
1.7 а) Сурет - Цементтік ерітіндіде әртүрлі ылғалдылықта
радиотолқындардың бойлық басылуының (дБм) жиілік тәуелділіктері
24
Бетон
102
12
Бетон
120
12
Бетон, кірпішпен
қапталған
192
14
14
Бетон
203
23
23
Темір бетон
203
27
Бетон
305
35
35
Бетон
400
14
Бетон
457
18
Қож-бетон
460
14,5
21
Бетон (сыртқы
қабырға)
685
53
Капиталды стена
700
16
12
Ағаш-бетон
қабатаралық
жабындылары
бір
екі үш
131925
Темір бетон
қабатаралық
жабындылары
бір екі
3344
1.7 б) Сурет - Кірпіште әртүрлі ылғалдылықта радиотолқындардың
бойлық басылуының (дБм) жиілік тәуелділіктері
1.7-суреттен көріп тұрғанымыздай, бойлық басылу барлық осы
орталарда ылғалдылықтың жоғарылауымен кенет өседі. 1.7-суреттегі
графиктерді пайдалана отырып, 1.1-кестедегі деректер қандай жағдайларда
алынғанын аңғаруға болады.
1.4.2
Ғимарат
қабырғаларында таржолақты радиодабылдардың
бәсеңдеу параметрлерін эксперименттік зерттеу
Әдебиеттерден [8, 11] радиотолқындардың жұтылуы туралы деректерді
талдай отырып, олар негізінен лицензияланбаған ISM - диапазондары немесе
ұялы байланыс жүйелерінің диапазондары секілді белсенді пайдаланылатын
жеке спектр учаскелеріне жататынын байқауға болады. АКЖ дабылдарында
радиобайланыс үшін өткізілген 3-10 ГГц диапазондары үшін деректер
әдебиеттерде өте аз.
Сондықтан осы жұмыста радио сәулесін түсіру әдісімен қабырғаларда
және ғимараттардың жабындыларында 0,5 -8 ГГц жиіліктің кең диапазонында
радиотолқындардың басылу өлшемдері жасалды. Эксперименттік орнату
схемасы 1. 8- суретте келтірілген. А1 (қабылдағыш) және А2 (сәулелендіргіш)
екі антенна t қалыңдықпен қабырғадан (немесе қабатаралық жабындыдан)
әртүрлі жаққа Х1 және Х2 қашықтықта орналасты, ал зондтаушы дабыл
таратуының кешенді коэффициенті S21W(f) таратудың кешенді
коэффициенттерін өлшеуіш ROHDE & SCHWARZ Vector Network Ana lyzer
ZVCE көмегімен анықталды.
25
1.8 Сурет - Қабырға және ғимарат жабындылары арқылы тарату
коэффициентінің модулі мен фазасының жиілікті тәуелділіктерін өлшеудің
блок-схемасы.
Одан кейін антенналар сол қашықтықта XΣ = X1+X2+t жердің кең
ойығында немесе бөлменің бөгде заттардан бос бөліктерінде орналасты және
жиіліктің сол диапазонында бос кеңістікте тарату коэффициенті S21FS (f)
анықталды. Қабырғаның қалыңдығына нормаланған осы коэффициенттердің
әртүрлігі бірінші жақындауда қабырға материалында бойлық басылудың
жиілік тәуелділігін анықтайды:
, дБм.
(1.2)
Формуланың (1.2) жақындығы радиотолқындардың қабырғадан
бейнеленуі мен тіркелген өткен толқын амплитудасының рефракциялық
жоғарылауын есепке алу қажеттілігіне байланысты. Біріншісі - қабырға
материалында жұтудың жоғарылауына, екіншісі - төмендеуіне әкеледі. Егер
материалдың диэлектрлік кешенді өткізгіштігі , қабырға материалы арқылы
радиотолқындардың өтуінде фаза жазықтарының графигі анықталса, осы екі
түзету де нақты есепке алынады.
Экспериментте қабырғалар мен
жабындылардың орташа өлшенген өткізгіштік мәні 3,5...4,0 құрады.
1.9 а) - суретте ішкі дерлік құрғақ кірпіш қабырғаларында (кірпіш
қалауының ылғалдылығы 2...3%) бойлық басылу жиілігінің тәуелділігі
келтірілген. 3,5...4,0 ГГц - тен жоғары жиіліктерде басылу функцияларының
ұсақ ауқымды тербелістері кірпіш қалауларының әртектілігіндегі
радиотолқындардың шашырауына, сонымен қатар қабылдағыш антеннамен
бөлме ішіндегі дабылды қайта бейнелеуге байланысты.
26
1.9 а) Сурет - Ғимараттың ішкі кірпіш қабырғаларындағы бойлық
басылу
1.9 б) Сурет - Ғимараттың сыртқы кірпіш қабырғаларындағы бойлық
басылу
Біркелкі азаюдың басылған функциясы шамамен тұрақты деңгейге
шығатын соңғы жиілік кесіндісі ұсақ ауқымды осцилляциялардың басқа
табиғатын меңзейді. Олар басым жағдайда едәуір алыстатылған бейнелеуші
беткейлерден (төбе, қабырғалар, ірі жиһаз және т.б.) бөлме ішіне қабырға
арқылы өткен дабылдардың көп реттік қайта бейнелуіне негізденген.
27
1.10 Сурет - Қабатаралық жабындыларда басылу
Осы ғимараттың сыртқы қабырғасында бойлық басылу біршама
жоғары, бұл осы қабырғаның ішкі қабырғамен салыстырғанда жоғары
ылғалдығымен (3...5%) байланысты. Осы суреттерден көріп тұрғанымыздай,
2,4 ГГц жиілікте бойлық басылу 24 және 37 дБм құрайды (30 см қабырғаға
есептегенде 7 және 11 Дб); қалыңдығы 30 см қабырғаның 4 ГГц жиіліктегі
басылуы сәйкес 10 және 15 дБм-ді құрайды.
Темір бетондық қабатаралық жабындылардың бойлық басылуын
өлшеулер екі поляризация үшін орындалған: Ех - күш бойлық арматураның
көлденеңі және Еу - соның бойы. Диапазонның ортасына дейінгі бойлық
басылулар айырмашылығы сезіледі және жеке жиіліктерде 10 дБ-ден асады.
Электрлік өрістің векторын негізгі күш арматурасының бойымен
бағыттағанда (Еу) үлкен тиімді бойлық басылу өрістің экрандалуына
негізделді. Едәуір жоғары жиіліктерде толқын ұзындығының жартысы 2
күш арматурасының өзектері арасындағы қашықтықтан аз болғанда, әртүрлі
поляризациялар үшін бойлық басылулардың айырмашылығы жәймен азаяды.
Кірпіш қалауымен салыстырғанда басылудың жоғары өлшемін байқауға
болады.
1.4.3 Аса кеңжолақты дабылды жұту параметрлерін өлшеу
[4, 8] бөлімдегі әдебиеттер мен эксперименттерден алынған деректер
таржолақты дабылдардан алынған. Қабырғалық материалдар арқылы аса
кеңжолақты дабылдардан өту сипаттамасы және оларды таржолақты
өлшемдер үшін деректермен салыстыруды зерттеу қызығушылық тудырады.
28
Мұндай өлшемдер тік ретсіз АКЖ қабылдағыш-таратқыштардың
көмегімен жүргізілді. Осы қабылдағыш-таратқыштардың дабылы 3-5 ГГц
диапазонда 10 нс ұзындықпен АКЖ ретсіз импульстерден тұрады. Осы
қабылдағыш-таратқыштардың қабылдағышы логарифмдік детекторда
құрылған, яғни қуат логарифміне пропорционалды детектордың
шығысындағы кернеу
кіріс дабылы
,
.
(1.3)
Пропорционалдық коэффициентін S детектордың тігі деп аталады. Осы
экспериментте S = 22 мВдБ тігіне ие AD8317 логарифмдік детекторы
пайдаланылды
[7].
Таратқыш пен қабылдағыштың антенналары
бағытталмаған.
Эксперимент схемасы 1.8-суреттегі схемамен сәйкес келеді. Қабырға
қалыңдығы t = 64 см. Қабырғалардың бірнеше орындарында іріктемелер бар,
оларда қабырғалардың қалыңдығы t = 34 см.
Қабылдағыш кеңдігі шамамен 3 м қабырғаның басқа тарапында
орналасты. Қабылдағыштың логарифмдік детектордың шығысында кернеу
өлшенді. Одан кейін қабылдағыш пен таратқыш сол қашықтықта және
қайтадан логарифмдік детектордың шығысында кернеу
қайтадан
өлшенді. Қабырғадағы дабылдың бәсеңдеуі мына формуламен өлшенді:
, дБм.
(1.4)
Ретсіз радиоимпульстердің амплитудасы Tektronix DPO-4054 сандық
осциллографтың көмегімен бағаланды. Өлшеудің суреттелген схемасының
дәлдігі шамамен 1 дБ құрайды.
Қалыңдығы t = 34 және 64 см кірпіштік қабырғаларда дабылдың
бәсеңдеуі өлшенді. Әрбір қабырға үшін өлшемдер үш түрлі жағдайда
жүргізілді (1.11-сурет):
1) қабылдағыш пен таратқыш қабырғаға жымқырылған;
2) таратқыш қабырғаға жымқырылған, қабылдағыш таратқыштан 1 м
қашықтықта қабырға артында орналасқан;
3) таратқыш қабырғаға жымқырылған, қабылдағыш таратқыштан 2 м
қашықтықта қабырға артында орналасқан.
29
1.11 Сурет - АКЖ дабылдарының бәсеңдеуін өлшеу бойынша
экспериментте таратқыш (Т) пен қабылдағыштардың (R) орналасу сұлбасы
Эксперименттің нәтижелерін талдауда рефракция салдарынан
толқындық ағынның фокустануы және радиотолқындардың қалыпты
түсуінде қабырғаларға АКЖ дабылдың бейнеленуіне назар аудару қажет.
Радиотолқынның әртүрлі көрсеткіштермен екі орта бөлімінің беткейіне
түсуінде толқын бөлігінің сынуы кері бейнеленеді. S11 бейнеленуі мен S21
өтуінің коэффициенті (қуат бойынша) мына формулалармен анықталады:
.
(1.5)
мұндағы: n1, n2 - орталардың сыну көрсеткіштері [6]. 3-5 ГГц жиілік
диапазонында кірпіш пен бетонның диэлектрлік өткізгіштігінің шынайы
бөлігі әлсіз өзгереді және құрайды, сондықтан есептеуде n1 = 1
(ауа), n2 = 1,9-2 (қабырға) алуға болады, онда қабырғадан шамамен 10%
дабыл бейнеленеді. Бұл әсерді есепке алмау бәсеңдеудің Q мәнін 0,5 дБ-ге
жоғарылауына әкеледі.
Екінші
фактор
-
рефракция салдарынан
радиотолқынның
фокусталуы 1.12-суретте көрсетілгендей жұту көлемінің төмендеуіне
әкеледі. О1 нүктесінен таралатын сфералық радиотолқын n1 сыну
көрсеткішімен ортадан n2 көрсеткішті ортаға ауысқанда және қайтадан n1
көрсеткішімен ортаға қайтқанда О1О2 осіне тығыздалады.
30
1.12 Сурет - Қабырғадан өткенде радиотолқынның таралуы
(фокусталуы)
Қабылдағыш О2 нүктесінде орналассын. Егер қабырға болмағанда,
ашылу бұрышы мен конусының радиусы О1 нүктесінде биіктікпен
(H1+t+H2) аралықта Ri құрайтын еді. мен қабырға болғанда конустың
радиусы Rf құрайды. Осылайша, бірінші жақындауда осы конуста таратқыш
энергиясы бірінші жағдайда
ауданында үлестіріледі, екінші жағдайда
-
ауданда. Онда қабылдағышта дабылдың салыстырмалы күшеюі
(қабырғада жұту болмаған жағдайда) құрайды:
,
(1.6)
мұндағы:
. О1О2 (
) осінің бойында күшею құрайды:
.
(1.7)
Рефракция салдарынан күшею максимальді, егер қабылдағыш пен
таратқыш қабырғаға қысылған болса (H1 = H2 = 0), (3 дБ).
Қабылдағыш пен таратқыштың қабырғаға дейінгі қашықтығының
ұлғаюымен бұл әсер жылдам төмендейді.
Қарастырылған факторларды есепке ала отырып, 1-3 жағдайларда жұту
Q өлшемінің нәтижесі құрады:
1. Q 2,5 1 дБ;
2. қабырға 34 см Q 5,5 1 дБ;
31
қабырға 64 см Q 9,5 1 дБ;
3. қабырға 34 см Q 3 1 дБ;
қабырға 64 см Q 6 1 дБ.
Осылайша, эксперименттер кезінде анықталды: егер қабылдағыш пен
таратқыш қабырғадан бірнеше сантиметр қашықтықта орналасса (әртүрлі
тарапқа) рефракцияны есепке алғанда шамамен 2,5 дБ бәсеңдеуге ие болады.
Өлшенген деректерді шашу салыстырмалы жоғары емес өлшемдердің
дәлдігі ( 1 дБ), қабырға материалының жергілікті сипаттамаларымен
түсіндіріледі. Бұдан басқа, 3 жағдайда 2 жағдаймен салыстырғанда жұтудың
кіші көрсеткіштерін дәліздің екінші қабырғасынан бейнеленген толқынның
әсерімен түсіндіруге болады.
Тік өлшемдерден бөлек, қабырғада дабылдардың бәсеңдеуін бағалау
нүкте- нүкте режимінде қабылдағыш- таратқыш жұптарының әсер
ұзақтығын талдау жолымен мүмкін болады. Егер қабылдағыш - таратқыш
жұптары әсерінің максимальді ұзақтығы тікелей көру жағдайларында
(бөгетсіз) l1 13 м құраса, қалыңдығы t = 64 см кірпіш қабырға арқылы
жұмыс істегенде байланыс жүйесі әрекетінің ұзақтығы l2 4 м - ге дейін
азаяды (қабылдағыш - таратқыштардың антенналары бағытталмаған;
радиотолқын қабырғаға қалыпты түседі). l1n = Sl2n формуласымен есептеу,
мұндағы n - кеңістікте дабылдың басылу көрсеткіші, n = 2 , қабырға S = 10 дБ
тең қосымша бәсеңдеуге ие екенін көрсетеді. Қалыңдығы t = 34 см кірпіш
қабырғадан өткенде байланыс жүйесі әрекетінің ұзақтығы шамамен екі есеге
түседі, бұл мұндай қабырға S = 6 дБ-ге тең қосымша бәсеңдеу әкелетінін
білдіреді.
Өлшеулер мен бағалаулардың деректерін орташаландырып, келесі
қорытындыны шығарамыз: 3 -5 ГГц диапазондағы АКЖ дабылының
бәсеңдеуі кірпіш қабырғада құрайды:
34 см қабырғада 5-7 дБ;
64 см қабырғада 6-10 дБ.
32
2 ЕСЕПТЕУ БӨЛІМІ
2.1
Федералды байланыс комиссиясы (FCC) UWB қолдануын
бақылау
2.1.1 Кеңжолақты таратуды қолданатын құрылғылардың техникалық
сипаттамасы
- Өлшем: ұсақ өлшем 0.2-ге тең немесе одан да жоғары, немесе өлшем
500 МГц-қа тең немесе одан да жоғары.
2.1 Сурет - Кеңжолақты таратудың жиіліктік сұлбасы
- Сәулеленген электрондық кедергілер:
0.96 - 1.61 GHz -75.3 dBmMHz;
1.61 - 1.99 GHz -63.3 dBmMHz;
1.99 - 3.1 GHz -61.3 dBmMHz;
3.1 - 10.6 GHz -41.3 dBmMHz;
10.6 GHz - -61.3 dBmMHz.
2.2 Сурет - UWB шығару деңгейі
33
- Шығарылған қалдықтардың ең жоғарғы мөлшері: енінің өлшемі 50
МГц-ке тең кеңжолақты ең жоғарғы қалдықтардың мөлшері, шығарылған
қалдықтардың ең жоғарғы мөлшері 0 dBm-ге тең болатын жиілікте
шоғырланған.
2.2 Жерсеріктік аса кеңжолақты таратудың ұғымы
- Аса кеңжолақты таратудың жерсеріктік байланыста қолданыла
бастауы.
- FSS Ku-диапазондарының қолданылуы.
2.3 Сурет - Жерсеріктік АКЖ сұлбасы
2.4 Сурет - Жерсеріктік АКЖ спектрі
34
2.3 Байланыс бюджеті
2.1 К е с т е - Қабылданған қуат мөлшері, жердегі аса кеңжолақты
тарату өте төмен
Жердегі 3 метр ара қашықтықтағы аса кеңжолақты тарату - 100.0
dBmMHz.
2.4 Көпжолақты - UWB дабылы
2.5 Сурет - MB-UWB символдық құрылымдық мысалы
2.5 Бірнеше және аса кеңжолақты таратудың өткізгіштік қасиеті
- Бірнеше және аса кеңжолақты таратуда қате пайда болу мүмкіндігі:
35
Орта жиілік
12
GHz
Өлшем
500
... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz