Rok / Year: Svazek / Volume: Číslo / Number: 2010 12 4 Rušení způsobené provozem radiolokátoru FADR Armády České republiky v Sokolnicích Interferences caused by the operation of the FADR radio locator of Army of the Czech Republic in Sokolnice Milan Grenar grenarm@ctu.cz Český telekomunikační úřad v Brně Abstrakt: Článek popisuje vliv zprovozněného radiolokátoru FADR Armády České republiky na příjem analogového, digitálního a satelitního příjmu, dále prezentuje provedená měření, podává analýzu výsledků naměřených hodnot a navrhuje možná řešení pro odstranění nežádoucího vlivu radiolokátoru. Abstract: The article describes the influence of fully operational radar FADR of Army of the Czech Republic for reception of the analog, digital and satellite signal. Article also presents the measurements, gives an analysis of the results of measurements and proposes possible solutions for removing unwanted influence radar.
Rušení způsobené provozem radiolokátoru FADR Armády České republiky v Sokolnicích Milan Grenar Český telekomunikační úřad v Brně Email: grenarm@ctu.cz Abstrakt Článek popisuje vliv zprovozněného radiolokátoru FADR Armády České republiky na příjem analogového, digitálního a satelitního příjmu, dále prezentuje provedená měření, podává analýzu výsledků naměřených hodnot a navrhuje možná řešení pro odstranění nežádoucího vlivu radiolokátoru. 1 Úvod Za účelem modernizace a zvýšení efektivity ochrany vzdušného prostoru České republiky byl Armádou České republiky (dále jen AČR) u obce Sokolnice uveden do provozu třídimenzionální radiolokátor RAT-31DL typu FADR (Fixed Air Defence Radar). Třídimenzionální radiolokátor (3D) u Sokolnic spolu se stejným radiolokátorem u Nepolis tvoří nedílnou součást páteřní radiolokační sítě NATO v rámci integrovaného systému protivzdušné obrany NATO. Radiolokátory jsou třídimenzionální, tj. mají schopnost měřit azimut, vzdálenost a výšku vzdušných objektů. Informace z těchto radiolokátorů budou zároveň sloužit pro řízení civilního i vojenského letového provozu v České republice. Po spuštění radiolokátoru byl však ze Sokolnic a okolních obcí ohlášen výskyt rušení televizního a satelitního příjmu. V článku je popsán standardní postup řešení dané situace, tj. verifikace rušení, lokalizace zdrojů rušení včetně měření. Na závěr jsou navrženy možné způsoby řešení, jak odstranit tento nežádoucí jev. 2 Rušení televizního a satelitního příjmu Po zprovoznění radiolokátoru FADR bylo původně evidováno 55 případů rušení. Lokalita Počet Sokolnice 18 Hostěrádky-Rešov 10 Slavkov u Brna 6 Křenovice 5 Kobylnice 4 Tuřany, Slatina 3 Telnice 2 Šlapanice 2 Loučky 1 Otnice 1 Šaratice 1 Vážany nad Litavou 1 Zbýšov 1 Tabulka 1: Rozdělení nahlášených rušení podle lokality Následným prověřením v rámci místního šetření bylo prokázáno, že radiolokátor jako zdroj rušení lze oprávněně označit pouze ve 12 případech. 2.1 Zdroj rušení televizního a satelitního signálu Radiolokátor RAT-31DL typu FADR vysílá na přiděleném kmitočtu a nemá parazitní vyzařování. Frekvenční pásmo Max. dosah v dálce Max. dosah ve výšce 1,2 1,4 GHz 470 km 30,5 km Počet otáček/min. 6 2,5 kw střední výkon Výkon 84 kw impulsní výkon Tabulka 2: Základní takticko-technické údaje radaru 3 Měření intenzity elektromagnetického pole signálu Radiolokátor při svém provozu mění následující parametry: - výkon - elevaci (úhel vyzařování) - kmitočet. Měření intenzita elektromagnetického pole signálu radiolokátoru (dále jen RL) FADR Sokolnice (RAT31) bylo v prostoru obce Sokolnice provedeno na 9 měřicích bodech (MB). Postup při měření byl následující: - Měření byla prováděna ve standardní výšce měřící anténou 10 m nad terénem. - Pro měření byla zvolena šířka pásma rozlišení (RBW) u analyzátoru spektra 5MHz vzhledem k potřebě postihnout při měření celý výkon signálu RL. 47 1
- Z prostoru Sokolnic je prakticky ze všech míst přímá viditelnost na anténní systém RL, tudíž měřící body byly zvoleny tak, aby směr k RL nebyl stíněn blízkými ani vzdálenými překážkami. - Elevace (z pohledu antény RL) směrem do prostoru Sokolnic je cca -2 až -2,6, což je spodní hranice možnosti RL (dle získaných informací) a vzhledem k šířce svazku v elevaci (2 ) je zřejmé, že skutečná hodnota E bude velmi závislá na režimu funkce RL. - Opakovaným měřením na stejných MB se potvrdilo, že vzhledem k úzkému vyzařujícímu svazku antény (podstatný vliv má právě její elevace) se intenzita elektromagnetického pole signálu RL v prostoru Sokolnic mění podle jeho provozního nastavení. Při porovnání naměřených hodnot na několika MB bylo zjištěno, že rozdíl mezi intenzitou elektromagnetického pole, zjištěný 14. 6. a 15. 6. 2010 byl cca 3 db (dne 15. 6. byla intenzita nepatrně nižší). MB místo souřadnice E 4. měření LON LAT [dbµv/m] 1 ul. Kobylnická 16 E 43 45 49 N 06 51 137,5 2 ul. Na Vilách 16 E 43 46 49 N 06 42 135,0 3 ul. Pod Stráží 16 E 43 05 49 N 06 48 134,5 4 ul. Moravská 16 E 43 15 49 N 07 04 138,0 5 ul. Polní 16 E 42 56 49 N 07 09 134,5 6 ul. Šlapanická 16 E 43 14 49 N 07 16 133,0 7 ul. Kaštanová 16 E 43 32 49 N 06 49 136,0 8 ul. Telnická 16 E 42 58 49 N 06 39 133,5 9 ul. Topolka 16 E 43 32 49 N 07 02 135,5 Tabulka 3: Naměřené hodnoty intenzity elektromagnetického pole na kmitočtu 1 328 MHz Pro orientační posouzení intenzity elektromagnetického pole (E) signálem RL ( pokrytí ) jsme provedli predikci pomocí SW Radiolab. Problematika PC predikce intenzity elektromagnetického pole je předem známá (volba výpočetní metody, morfologie, tvar terénu a kvalita dostupného DMT aj.), v tomto případě zde však navíc vystupuje problém s limitní hodnotou elevace antény radiolokátoru. I přes tato omezení predikce poskytne orientační náhled na pokrytí signálem RL, a umožní tak analyzovat možné dopady na příjem signálů ostatních služeb. Zadané hodnoty pro predikci : EIRP : 81 dbw šířka svazku : 2 elevace : -2 výp. metoda : ITU-R P.1546-2 1 P K V I E W R B W 5 M H z V B W 10 M H z R e f 140 d B µ V / m * A t t 20 d B S W T 60 s 140 1 1 3 5 1 3 0 1 2 5 1 2 0 1 1 5 1 1 0 1 0 5 1 0 0 9 5 9 0 C e n t e r 1. 3 2 8 G H z 6 s / M a r k e r 1 [ T 1 ] 1 3 7. 9 5 d B µ V / m 4 1. 7 3 0 7 6 9 s Obrázek 1: Graf záznamu časového průběhu signálu RL (opakovací perioda otáčení antény 6 sec) * A L V L T D F Měřící body MB1-MB4 byly měřeny dne 14. 6. 2010 a MB5-MB9 dne 15. 6. 2010. 3.1 Měřené a následně vypočtené hodnoty intenzity elektromagnetického pole 1 P K V I E W R e f 1 4 0 d B µ V / m 1 4 0 1 3 0 * A t t 2 0 d B 1 R B W 5 M H z V B W 1 0 M H z S W T 5 0 0 m s M a r k e r 1 [ T 1 ] 1 3 7. 7 2 d B µ V / m 0. 0 0 0 0 0 0 s * A T R G L V L 3.1.1 Hodnoty intenzity elektromagnetického pole zjištěné měřením při místním šetření 1 2 0 1 1 0 T D F Konkrétní údaje a parametry realizovaných měření: - Naměřená intenzita elektromagnetického pole signálu RL se pohybuje v mezích 133 138 dbµv/m. - Na rozptyl hodnot E má vliv i jiný pracovní režim provozu RL v obou dnech měření. - Rozdílný provoz RL z hlediska elevace anténního systému se projevuje i prakticky tím, že v některých případech je degradace příjmu (např. signálů DVB-T) časově proměnná (v časovém období řádově dny). 3.1.2 Hodnoty intenzity elektromagnetického pole zjištěné predikcí 1 0 0 9 0 8 0 7 0 C e n t e r 1. 3 2 8 0 4 4 8 7 2 G H z 5 0 m s / Obrázek 2: Detail signálu RL z hlediska rozložení jeho úrovně v čase Vzhledem k uvedeným problémům s predikcí intenzity elektromagnetického pole je možno považovat shodu v naměřených hodnotách s predikovanými hodnotami za uspokojivou (obr. 3). Predikci z obr. 4 je nutno považovat za 47 2
informativní, vzhledem k zadané elevaci -2 (pro výpočet). Ve větší vzdálenosti, kdy je elevace z AS RL nižší než -2, je třeba uvažovat o pokrytí pro max. výkon v ose svazku. Naměřené hodnoty a jejich porovnání s hodnotami predikovanými specializovaným SW Radiolab sloužily pro objektivní rozhodování při posuzování degradace příjmu signálů rozhlasové služby (VKV rozhlas, TV pozemní a satelitní vysílání). Problémem při rušení příjmu signálů ATV i DVB-T je přebuzení aktivních prvků v přijímacím řetězci velkou úrovní signálu RL. V praxi jsou tomuto typu rušení nejvíce vystaveny anténní předzesilovače vzhledem k většimou nulové vstupní selektivitě (kmitočtové omezení před 1. aktivním prvkem). Tato vstupní selektivita spolu s konstrukcí předzesilovače (kvalitou stínění krytem) určuje míru odolnosti proti silným signálům, jejichž kmitočet je mimo pásmo rozhlasové služby (IV. a V. TV pásmo, t.j. 470-862 MHz). 3.2.2 Technické normy Obrázek 3: Mapka predikce intenzity elektromagnetického pole s zaznačenými hodnotami E na MB1-MB9 Pro posouzení možnosti vzniku rušení TV příjmu je třeba vycházet z porovnání naměřených (nebo predikovaných) hodnot úrovní s hodnotami odolností použitých zařízení v přijímacím systému. V další části se budeme věnovat pouze odolnosti aktivních prvků v rozvodu signálu (ne odolnosti vlastních TV přijímačů nebo STB). Otázku odolnosti prvků R a TV rozvodů řeší technická norma ČSN EN 50083-2 ed.2 1 Kabelové sítě pro televizní a rozhlasové signály a interaktivní služby Část 2: Elektromagnetická kompatibilita pro zařízení (dále jen norma) od 1. 4. 2009 nahrazuje původní verzi ČSN EN 50083-2 z 09. 2002. Vzhledem k tomu, že rušící kmitočet RL (1215-1400 MHz) je mimo pásma rozhlasové služby (87,5-108; 174-230; 470-862 MHz), jedná se podle dikce normy vždy o mimopásmovou odolnost. Mimopásmová odolnost se dělí podle toho, kudy rušící signál vniká do rušeného zařízení. Mimopásmová vnější odolnost: Rušivý signál působí na zařízení mimo jeho vstupní port (anténu). Tento typ odolnosti je primárně určen kvalitou stínění zařízení, mez pro mimopásmovou odolnost: E = 125 dbµv/m. Obrázek 4: Mapka predikce intenzity elektromagnetického pole v širším okolí stanoviště RL Sokolnice 3.1.3 Hodnoty parazitního vyzařování RL V pásmech rozhlasové služby jsou parazitní emise RL neměřitelné (potlačení více než 110 dbc), a nemohou tak způsobovat žádnou pozorovatelnou degradaci přijímaných signálů FM, DVB-T nebo DVB-S. 3.2 Analýza naměřených hodnot intenzity elektromagnetického pole Pozn.: Norma rozděluje kmit. pásma na 80-950 MHz (AM aplikace) a 950-3000 MHz (FM aplikace) - v obou kmitočtových pásmech je mez odolnosti stejná (125 dbµv/m). Mez pro DVB-T není zvláště zmíněna, lze však předpokládat, že nebude přísnější (v pásmu 950-3000 MHz se předpokládá pozorovatelný vliv rušení při odstupu c/i = 35 db, což je pro DVB-T hodnota zcela postačující). Mimopásmová vnitřní odolnost: V tomto případě rušivý signál působí přes vstupní port (anténu) a odolnost proti rušení mimopásmovým signálem bude určena zejména vstupní selektivitou a dále intermodulačními vlastnostmi zesilovače. Pro mimopásmovou vnitřní odolnost je stanovena normou mez (platí však pouze pro pásmo do 950 MHz): P ruš. = 71 db(pw) 90 dbµv@75ω. 3.2.1 Obecně 47 3
Pro vstupní informaci byl měřen zisk běžné přijímací TV antény (4 patrová soufázová soustava s přídavnými direktory, tzv. síto ) na kmitočtech RL: zisk : - 2 db (1300 MHz), takže např. při E RL : 135,0 dbµv/m U ant. : 102,5 dbµv úroveň na výstupu antény. satelit : Astra 3B (23,5 E) kmitočet : : 11 876,0 MHz vf 1 276,4 MHz mf Intenzita elektromagnetického pole byla 133 dbµv/m, což poměrně dobře koresponduje s predikovanou hodnotou, E 131 dbµv/m. Hodnota U ant. = 102,5 dbµv v případě, že není omezena vstupní selektivitou zesilovače (předzesilovače), způsobí v době působení signálu RL zablokování zesilovače a ztrátu jeho funkčnosti. Pokud bychom počítali s hodnotou vnitřní mimopásmové odolnosti 90 dbµv/m, odpovídající hodnota intenzity elektromagnetického pole u běžné 4patrové soufázové antény ( velké síto ) by byla: E RL 122,5 dbµv/m. Úroveň signálu na vstupu zesilovače (vnitřní mimopásmová odolnost) je mimo E RL ovlivňována i nasměrováním přijímací antény, vlastní odolnost zařízení pak vstupní selektivitou a dynamickými vlastnostmi zesilovače a účinností stínění. Hodnotu E RL = 122,5 dbµv/m, vypočítanou z požadované vnitřní mimopásmové odolnosti (tj. pro vstupní úroveň U RL = 90 dbµv), je nutno konfrontovat s maximální výstupní úrovní konkrétního zesilovače (zejména s přihlédnutím k jeho zisku). 3.2.3 Způsoby odstranění rušení ATV a DVB-T Pokud je mimopásmová vnitřní odolnost vlastního zařízení (např. předzesilovače) nedostatečná pro zajištění nerušeného příjmu, je třeba použít externí selektivní prvky. Možné způsoby řešení: - Vzhledem k dostatečnému kmitočtovému odstupu užitečného TV signálu (470-862 MHz) od signálu radiolokátoru ( 1250-1350 MHz) lze situaci technicky poměrně jednoduše vyřešit zařazením dolní propusti s hraničním kmitočtem cca 870 MHz před první aktivní prvek systému (obvykle před vstup předzesilovače). - V případě, že je předzesilovač umístěn přímo v anténní krabičce, je nutno jej nahradit běžným symetrizačním členem a externí zesilovač s předřazeným filtrem instalovat mimo anténu. - V jednoduchých případech (anténa TV přijímač) lze vzhledem k úrovním signálu DVB-T (E > 80 dbµv/m) a citlivostem přijímačů a STB rozvodům příjem televizního signálu řešit zcela pasivně. - V případě složitějších rozvodů je výhodné použití domovního zesilovače s předřazeným filtrem, který má většinou lepší dynamické vlastnosti a jeho stínění bývá dostatečné. 3.2.4 Rušení signálů DVB-S Rušený signál : stanice : Prima COOL Obrázek 5: Spektrum satelitního signálu s vyznačením rušících signálů LR Jak je zřejmé z obr. 5, signály FADR v době měření způsobovaly rušení 3 kanálů satelitu Astra 3B. Rušení se projevuje krátkodobým kostičkováním při přeběhu signálu radiolokátoru. V době mimo rušení byl naměřen MER = 14 db, odstup C/N = 15,5 db a kvalita signálu Q=5 měřeno na EFL100. U satelitního příjmu je rušen signály RL vždy signál 1. mezifrekvence ( 950-2200 MHz), přímo signálem RL není tedy rušen signál přímo ze satelitu ( 10,5-12,7 GHz). 3.2.5 Způsoby odstranění rušení DVB-S Měřením a místním šetřením byly prokázány tři možné zdroje rušení: 1. Rušící signál proniká do napáječů jednotky (koaxiálních kabelů) vstupní jednotky vlivem jejich nedokonalého stínění, poškození stínění či neodborně instalovanými (nebo nevhodně zvolenými) konektory, zejména pak na straně vstupní jednotky: Je nutná kontrola koaxiálního kabelu mezi LNC a sat. přijímačem. V případě, že není zjištěna závada na stávajícím koaxiálním kabelu a konektorech, je zapotřebí použít kabel s větším útlumem stínění a kvalitní konektory s odpovídající montáží. 2. Rušící signál proniká přímo do tělesa vstupní jednotky (LNC) vlivem nedokonalého stínění nebo překročením intenzity E ruš. = 125 dbµv/m (vnější mimopásmová odolnost): Je zapotřebí provést výměnu vstupní jednotky s větší vnější mimopásmovou odolností od jiného výrobce. 3. Rušící signál RL proniká přímo do skříně satelitního přijímače (což je nepravděpodobné, pokud přijímač splňuje předepsanou vnější odolnost (125 dbµv/m) a je umístěn v budově): 47 4
V tomto případě je nutné vyměnit stávající přijímač za přijímač s vyšší vnější mimopásmovou odolností (nejlépe jiného výrobce). 4 Závěr V článku je popsán vliv radiolokátoru FADR provozovaného Armádou České republiky na analogový, digitální a satelitní příjem. Způsob měření a analýza úrovně elektromagnetického pole RL a jeho vliv na přijímací zařízení. Návrh odstranění vlivu tohoto elektromagnetického pole na analogový, digitální a satelitní příjem. U analogového a digitálního příjmu bylo provedeno praktické ověření navrhovaného řešení. Literatura [1] Český normalizační institut /367211/, ČSN EN 50083-2 Kabelové sítě pro televizní a rozhlasové signály a interaktivní služby, 1. 4. 2007. - Část 2: Elektromagnetická kompatibilita pro zařízení Tato norma je českou verzí evropské normy EN 50083-2:2006. Dostupná z WWW: <www.technické-normy-csn.cz> 47 5