“ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ” N 5, 2012

оглавление

ОСЛАБЛЕНИЕ СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫХ ХАОТИЧЕСКИХ  СИГНАЛОВ ДИАПАЗОНА 3–5 ГГЦ ПРИ ПРОХОЖДЕНИИ ЧЕРЕЗ

 СТЕНЫ ЗДАНИЙ


А. И. Рыжов 1, В. А. Лазарев 2, Т. И. Мохсени 1, Д. В. Никеров 2, Ю. В. Андреев 1, А. С. Дмитриев 1, Н. П. Чубинский 2

1 Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН

2 Московский физико-технический институт (гос. университет)

 

Получена 24 апреля 2012 г.

 

Аннотация. В статье описываются измерения степени затухания сверхширокополосных 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 сверхширокополосных непрерывных хаотических сигналов в стенах современных зданий. Проводится сравнение экспериментальных данных затухания СШП сигналов с результатами, полученными при использовании узкополосных зондирующих сигналов.

Ключевые слова: распространение сигналов, ослабление сигнала, поглощение сигнала, СВЧ-сигнал, узкополосные сигналы, сверхширокополосные сигналы, СШП, сверхширокополосная радиосвязь, динамический хаос, хаотический радиоимпульс.

Abstract. Measurements of ultrawideband signal absorption in walls and floors of modern buildings are described. Available data on 400 – 10000 MHz radio wave propagation through wall materials are analyzed. Absorption of ultrawideband continuous chaotic signals in walls is measured. Experimental data on ultrawideband signals is compared with absorption data of narrowband probing signals.

Keywords: signal propagation, signal attenuation, signal absorption, microwave signals, narrowband signal, ultrawideband signal, UWB, UWB communications, dynamic chaos, chaotic radio pulse.

 

1. Введение

При решении задачи радиосвязи внутри зданий одним из ключевых факторов является поглощение радиоволн в строительных конструкциях [1]. Этот фактор накладывает ограничение как на дальность радиосвязи, так и на возможный диапазон частот радиосвязи, поскольку практически все среды, включая и строительные материалы, характеризуются монотонно возрастающим с ростом частоты поглощением радиоволн. Поэтому при проектировании системы радиосвязи необходимо принимать в расчет поглощение радиоволн на выбранной частоте в «типовой» стене здания. Поглощение радиоволн происходит и в других элементах строительных конструкций (двери, окна, деревянные перегородки), однако на частотах до 10 ГГц ослабление сигнала в них не превышает 3–5 дБ, т.е. существенно меньше, чем в стенах и межэтажных перекрытиях, и если система спроектирована с учетом прохождения сигнала через стену или межэтажное перекрытие, она будет заведомо работоспособна при прохождении радиосигнала через окна и двери.

В последнее десятилетие активно развиваются системы радиосвязи на основе сверхширокополосных (СШП) сигналов диапазона частот 3–10 ГГц [25]. Благодаря использованию СШП сигналов с очень низкой спектральной плотностью (менее –40 дБм/МГц), СШП системы связи не мешают традиционным узкополосным системам радиосвязи, работающим в указанном диапазоне частот. В то же время, благодаря сверхширокой полосе частот (более 500 МГц) СШП системы устойчивы к помехам, создаваемым для них традиционными узкополосными системами радиосвязи. Таким образом, реализуется эффективное использование спектрального ресурса. Системы радиосвязи на СШП сигналах предназначены для работы на относительно небольших расстояниях (до 30 м), в основном, внутри помещений, поэтому вопросы распространения СШП сигналов внутри зданий представляют существенный интерес.

В данной статье исследуются показатели ослабления радиоволн в стенах и межэтажных перекрытиях зданий. Анализируются данные, имеющиеся в литературе, полученные при помощи узкополосных зондирующих сигналов [615], а также приводятся полученные авторами результаты измерений ослабления СШП сигналов в стенах зданий. На основе этих данных получается верхняя оценка ослабления СШП сигнала в «типовой» стене современного здания, под которой будем понимать кирпичную или бетонную стену толщиной 30 см.

 

2. Данные по ослаблению узкополосных сигналов в строительных материалах

Основными материалами стен зданий являются кирпич (оштукатуренный), железобетон (с разной арматурой), дерево. Анализ литературы [615] показывает, что ослабление сигнала в сухом дереве существенно (в 3–5 раз) меньше, чем в бетоне и кирпиче. Поскольку в данной статье решается задача получения верхней оценки ослабления сигнала в «типовой» стене, в дальнейшем этот материал не рассматривается.

Данные [614], касающиеся ослабления сигнала в строительных конструкциях и материалах, сведены в Таблицу 1. Анализ Таблицы 1 показывает очень большой разброс значений затухания. Причина этого заключается, по-видимому, в том, что данные были получены в разных условиях.

 

Таблица 1. Сводные данные по ослаблению радиосигнала в стеновых материалах

Материал

Толщина, мм

Поглощение, дБ

900 МГц

2.4 ГГц

3 ГГц

5 ГГц

10 ГГц

Кирпич

89

3.5

6

 

 

 

Кирпич, оштукатуренный

120

 

5

 

 

 

Кирпич

120

 

 

15

 

15

Кирпич, оштукатуренный

150

 

 

8

 

22

Кирпич

178

5

 

 

 

 

Кирпич, оштукатуренный

240

 

9

 

 

 

Кирпич

267

7

 

 

 

 

Бетон

102

12

 

 

 

 

Бетон

120

 

12

 

 

 

Бетон, облицованный кирпичом

192

14

14

 

 

 

Бетон

203

23

23

 

 

 

Железобетон

203

27