見通し内伝搬

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アンテナへの見通し内伝搬

見通し内伝搬は、電磁放射または音波伝搬の特性であり、波がソースからレシーバーへの直接パスを伝わるという意味です。電磁伝送には、直線的に進む発光が含まれます。光線または波は、大気および物質による障害物によって回折屈折、反射、または吸収される可能性があり、通常、地平線上または障害物の背後を移動することはできません。

見通し内伝搬とは対照的に、回折による低周波数(約3  MHz未満)では、電波は地球の輪郭に沿った地上波として伝わる可能性があります。これにより、AMラジオ局は地平線を越​​えて送信できます。さらに、約1〜30 MHzの短波帯域の周波数は、スカイウェーブまたは「スキップ」伝搬と呼ばれる電離層によって地球に屈折して戻る可能性があるため、この範囲の無線送信は潜在的にグローバルな範囲になります。

ただし、30 MHzを超える周波数(VHF以上)および低レベルの大気では、これらの影響はどちらも重要ではありません。したがって、送信アンテナ(送信機)と受信アンテナ(受信機)の間に障害物があると、目が感知すると同じように信号が遮断されます。したがって、送信アンテナを視覚的に見る能力(目の解像度の制限を無視して)は、送信アンテナから無線信号を受信する能力にほぼ対応するため、これらの周波数での伝搬特性は「見通し内」と呼ばれます。可能な限り最も遠い伝搬点は、「無線地平線」と呼ばれます。

実際には、これらの電波の伝搬特性は、送信信号の正確な周波数と強度(送信機とアンテナの両方の特性の関数)に応じて大幅に異なります。放送用FMラジオは、約100 MHzの比較的低い周波数で、建物や森林の存在による影響をあまり受けません。

見通し内伝搬の障害

フレネルゾーン内のオブジェクトは、アンテナ間の幾何学的な線を遮らなくても、見通し内の伝搬を妨げる可能性があります。

低電力のマイクロ波送信機は、木の枝、または大雨や雪でさえも失敗する可能性があります。直接の見通し内にないオブジェクトの存在は、無線送信を妨害する回折効果を引き起こす可能性があります。最適な伝播を実現するには、最初のフレネルゾーンと呼ばれるボリュームに障害物がないようにする必要があります。

周囲の地面または塩水からの反射放射も、直接信号を打ち消すか、増強する可能性があります。この影響は、一方または両方のアンテナを地面からさらに上げることで減らすことができます。達成される損失の削減は、高さゲインとして知られています。

伝播の障害の詳細について は、見通し外伝播も参照してください。

直接視覚的に修正できない場合は、地図から視線経路を計算する際に地球の曲率を考慮することが重要です。マイクロ波の設計では、以前 はパスに沿ったクリアランスを計算するために4⁄3の地球半径が 使用されていました。

携帯電話

携帯電話(携帯電話)で使用される周波数は見通し内ですが、都市では機能します。これは、次の効果の組み合わせによって可能になります。

  • 屋上景観上での1⁄r4伝播[ 説明必要]
  • 下の「ストリートキャニオン」への回折
  • 通りに沿ったマルチパス反射
  • 窓からの回折、および壁から建物への減衰された通過
  • 建物内の内壁、床、天井を通過する反射、回折、および減衰

これらすべての効果の組み合わせにより、携帯電話の伝搬環境は非常に複雑になり、マルチパス効果と広範なレイリーフェージングが発生します。携帯電話サービスの場合、これらの問題は以下を使用して対処されます。

  • 基地局の屋上または丘の上の位置
  • 多くの基地局(通常は「セルサイト」と呼ばれます)。電話は通常、常に少なくとも3つ、通常は6つまで見ることができます。
  • 基地局の「セクター化された」アンテナ。全方向性カバレッジの1つのアンテナの代わりに、ステーションは3つ(顧客が少ない農村地域)または32の個別のアンテナを使用し、それぞれが円形カバレッジの一部をカバーします。これにより、基地局はユーザーを指す指向性アンテナを使用できるようになり、信号対雑音比が向上します。ユーザーが(おそらく歩いたり運転したりして)あるアンテナセクターから別のアンテナセクターに移動すると、基地局は自動的に適切なアンテナを選択します。
  • 基地局間の迅速なハンドオフ(ローミング)
  • 電話で使用される無線リンクは、デジタルプロトコルでの広範なエラー訂正と検出を備えたデジタルリンクです。
  • スプリットケーブルアンテナでサポートされている場合、トンネル内での携帯電話の十分な動作
  • 複雑な車両や建物内のローカルリピーター

ファラデーケージは、上下左右のすべての領域を完全に囲む導体で構成されています波長がどのギャップよりも長い場合、電磁放射はブロックされます。たとえば、携帯電話の信号は、エレベータのキャビンや電車、車、船の一部など、ファラデーケージに近い窓のない金属製の筐体でブロックされます。同じ問題が、鉄筋が広範囲に及ぶ建物の信号に影響を与える可能性があります。

見通し内にない2つのステーションは、中間の無線中継局を介して通信できる場合があります。

ラジオホライズン

電波の地平線は、アンテナからの直接光線が地球の表面に接する点の軌跡です。地球が大気のない完全な球体である場合、電波の地平線は円になります。

送信アンテナと受信アンテナの無線範囲を足し合わせて、有効な通信範囲を広げることができます。

電波伝搬は、大気条件、電離層吸収、および山や木などの障害物の存在の影響を受けます。大気の影響を含む簡単な式は、次のように範囲を与えます。

簡単な式は、最大伝搬距離の最良の近似値を示しますが、どの場所でもサービス品質を推定するには十分ではありません。

地球の膨らみ

電気通信では地球の膨らみは、電波伝搬に対する地球の曲率の影響を指します。これは、長距離通信を遮断する地球プロファイルの円形セグメントの結果です。真空の見通し線は地球上をさまざまな高さで通過するため、伝播する電波は経路上でわずかに異なる伝播条件に遭遇します。

地平線までの真空距離

Rは地球の半径、hは送信機の高さ(誇張)、dは見通し距離です。

地形の不規則性のない完全な球体を想定すると、高高度送信機(つまり、見通し線)から地平線までの距離を簡単に計算できます。

Rを地球の半径、hを電気通信局の高度とします。この駅の見通し距離dは、ピタゴラスの定理によって与えられます。

ステーションの高度は地球の半径よりはるかに小さいので、

高さがメートルで、距離がキロメートルで示されている場合、[1]

高さがフィートで、距離が法定マイルで示されている場合、

大気差

高さ(垂直方向の圧力変動)に伴う大気圧の低下の通常の影響は、電波を地球の表面に向かって曲げる(屈折させる)ことです。これにより、有効な地球半径[2]が約4⁄3倍に増加します[3]このkファクターは、天候に応じて平均値から変化する可能性があります。

地平線までの屈折距離

以前の真空距離分析では、RF信号の伝搬経路に対する大気の影響は考慮されていません。実際、RF信号は直線で伝搬しません。大気層の屈折効果のため、伝搬経路はやや湾曲しています。したがって、ステーションの最大サービス範囲は、視線の真空距離と等しくありません。通常、係数kは上記の式で使用され、次のように変更されます。

k  > 1は、幾何学的に減少したバルジとより長いサービス範囲を意味します。一方、k  <1は、サービス範囲が短いことを意味します。

通常の気象条件では、kは通常4⁄3になるように選択さます[ 4 ]これは、最大サービス範囲が15%増加することを意味します。

hメートル、dはキロメートルです。また

hフィート、dはマイルです。

しかし、荒天時には、kが減少して、送信がフェードする可能性があります。(極端な場合、 kは1未満になる可能性があります。)これは、地球半径の仮想的な減少と地球の膨らみの増加に相当します。[5]

たとえば、通常の気象条件では、海面の受信機に対する高度1500mのステーションのサービス範囲は次のようになります。

も参照してください

参照

  1. ^ 地球の平均半径は約6.37×106メートル=6370kmです地球半径を見る
  2. ^ 「P.834:対流圏の屈折が電波伝搬に及ぼす影響」ITU2021-03-05 2021-11-17を取得
  3. ^ クリストファーハスレット。(2008)。電波伝搬の要点、 119〜120ページ。ケンブリッジ大学出版局。ISBN052187565X _ 
  4. ^ Busi、R.(1967)。高高度VHFおよびUHF放送局テクニカルモノグラフ3108-1967。ブリュッセル:欧州放送連合。
  5. ^ この分析は、高高度から海面までの受信を対象としています。マイクロ波無線リンクチェーンでは、両方のステーションが高地にあります。

外部リンク