
- •Введение
- •1. Распространение радиоволн. Особенности распространения и возможности применения радиоволн различных диапазонов в авиационном радиоэлектронном оборудовании.
- •2. Антенны авиационного радиоэлектронного оборудования. Основные типы антенн используемых в бортовой радиоаппаратуре.
- •3. Линии передачи сверхвысокочастотной энергии.
- •Заключение Литература
- •3. Линии передачи сверхвысокочастотной энергии.
Казанский национальный исследовательский технический университет
им. А. Н. Туполева
Военная кафедра
«УТВЕРЖДАЮ»
Начальник военной кафедры
КНИТУ им. А.Н. Туполева
полковник В.Шевченко
«____» _________________ 201__г.
подполковник Желтков С.С.
Тема № 1
«Основы построения авиационного радиоэлектронного оборудования»
Занятие №2
«Основы построения авиационных радиотехнических устройств»
Лекция
Обсуждено на заседании цикла №6
Протокол № ___от «___» ______ 201_г.
Казань – 2013
Тема № 1 «Основы построения авиационного радиоэлектронного
оборудования»
Занятие №2 «Основы построения авиационных радиотехнических устройств»
Учебно-воспитательная цель занятия:
1. Развитие командно-методических навыков.
2. Ознакомление студентов с особенностями построения авиационных радиотехнических устройств.
Время, отводимое на занятие: 2 учебных часа.
Место проведения занятия: класс технической подготовки
Вид занятия: лекция
Учебные вопросы:
Введение.
1. Распространение радиоволн. Особенности распространения и возможности применения радиоволн различных диапазонов в авиационном радиоэлектронном оборудовании.
2. Антенны авиационного радиоэлектронного оборудования. Основные типы антенн используемых в бортовой радиоаппаратуре.
3. Линии передачи сверхвысокочастотной энергии.
Заключение.
Введение
1. Распространение радиоволн. Особенности распространения и возможности применения радиоволн различных диапазонов в авиационном радиоэлектронном оборудовании.
Радиосвязь, применяемая для передачи информации из одного пункта в другой, может быть представлена в виде блок-схемы (см.рис.1).
Радиопередающее устройство (РПДУ) создает высокочастотные колебания определенной частоты и мощности и излучает их в пространство. Радиоволны, распространяясь в пространстве, достигают приемной антенны и наводят в ней слабые токи. Эти токи усиливаются и преобразуются в радиоприемном устройстве (РПРМУ).
Для безотказного осуществления радиосвязи необходимы:
безукоризненная работа РПДУ и РПРМУ;
правильный
выбор длины волны
;
необходимая мощность передатчика Рпрд;
выбор типа антенн и места их установки;
устранение искажений сигналов, возникающих в процессе распространения радиоволн.
Для успешного решения этих задач нужно знать закономерности и свойства распространения радиоволн и среды, в которой они распространяются.
Радиоволна
– это электромагнитное колебание,
которое характеризуется: периодом
,
частотой
,
длиной волны
,
напряженностью электрического поля Е
и поляризацией. Параметры радиоволн
взаимосвязаны:
;
;
,
где
и
—
диэлектрическая и магнитная проницаемости
среды (для воздуха
).
Графически структура радиоволны может быть представлена см. рис. 2.
Рис. 2. Структура
радиоволны.
Все электромагнитные волны, в том числе и радиоволна, подчиняются общим законам:
1. Закон прямолинейного распространения в однородной среде с постоянной скоростью.
2.
Законы отражения и преломления (см. рис.
3).
Преломление
объясняется различием в скорости
распространения радиоволны с различными
.
Угол падения
и преломления
связаны между собой законом синусов:
3.
Явление дифракции - способность радиоволн
огибать выпуклость земного шара,
неровности поверхности земли и др.
препятствия (см. рис. 4). Такие радиоволны
получили название земных или поверхностных.
4. Явление рефракции - искривление траектории радиоволны в среде с изменяющейся диэлектрической проницаемостью. Кривизна траектории зависит от степени неоднородности среды.
5. Явление интерференции - взаимодействие двух радиоволн, созданных одним источником, но прошедших разные пути. Они имеют различные фазы и возможно их ослабление или усиление в точке приёма.
Распространение
радиоволн происходит в атмосфере земли
и нам необходимо знать ее строение и
свойства.
Нижняя часть, прилегающая к земле и достигающая высот 10-14 км — называется тропосферой. Верхние ионизированные слои располагающиеся выше 60 км называются ионосферой. Между этими слоями расположена стратосфера, характеризуемая полным отсутствием водяных паров.
Состояние тропосферы определяется температурой, давлением и влажностью. У поверхности земли давление 1000 мбар, а на высоте 10 км — 270 мбар. Температура уменьшается на 4-6°С при подъеме на каждый километр. Влажность сильно изменяется в зависимости от климата.
В
ионосфере газы на высоте свыше 60 км под
воздействием ультрафиолетовых лучей
подвергаются ионизации. Из-за неоднородности
состава атмосферы возникают несколько
максимумов ионизации в слоях Д,
E;
и
.
В ночное время с уменьшением солнечной
радиации слои Д
и
исчезают
(см. рис. 5).
В результате извержений на солнце потоки электронов вторгаются в атмосферу и вызывают нарушение нормального строения ионизированных слоев — ионосферные возмущения.
В ионосфере наблюдаются явления поглощения, преломления и отражения радиоволн. Так как концентрация электронов ионизированного слоя изменяется на высоте плавно, то радиоволны в такой среде распространяются по криволинейным траекториям.
Эта формула показывает, что ионосфера является электрически менее плотной средой, чем воздух. При переходе из среды более плотной в среду менее плотную луч отклоняется от перпендикуляра к границе раздела.
Возможны два случая:
1. Полное отражение радиоволны от ионосферы и возвращение на землю (см. рис. 6).
2. Уход радиоволны в мировое пространство, при недостаточной преломляющей способности ионосферы (см. рис. 6).
Радиоволны,
распространяющиеся вокруг земного шара
за счет одно- или многократного отражения
от ионосферы и земли называются
ионосферными или пространственными.
Критическая частота
- это такое значение частоты, когда
происходит полное отражение радиоволны
от ионосферы и возвращение на землю.
При нормальном состоянии ионосферы
=13 МГц,
а
.
Наибольшая
частота радиолуча, направленного под
углом
к горизонту и отражаемого ионосферой
называется максимальной частотой
для данного угла возвышения
.
Если частота
,
то отражения от ионосферы не будет. С
уменьшением угла
до нуля
максимальная частота
возрастает и при
имеет наибольшее значение 40,0 МГц, а
.
Следовательно, волны длиннее 24 м
отражаются от ионосферы, а волны в
пределах от 7,5 до 24 м в зависимости от
угла возвышения
могут отражаться или проходить ионосферу
(см. рис.7).
Поверхность земли поглощает энергию ионосферных волн. Сопротивление земли активное, радиоволны наводят в ней вихревые токи, которые создают активные потери. С возрастанием частоты растут и потери.
Все радиоволны принято делить на диапазоны (см. таблицу №1).
Таблица 1
Диапазон радиоволн |
Частоты |
Длины волн |
Мириаметровые (СДВ) Километровые (ДВ) Гектометровые (СВ) Декаметровые (КВ) Метровые (МВ)
|
3-30 кГц 30-300 кГц 0,3-3 МГц 3-30 МГц 30-300 МГц 0,3-3 ГГц 3-30 ГГц 30-300 ГГц 300-3000 ГГц |
100-10 км 10-1 км 1-0,1 км 100-10 м 10-1 м 10-1 дм 10-1 см 10-1 мм 1-0,1 мм |
Кратко рассмотрим распространение радиоволн по диапазонам.
1.
Распространение ДВ радиоволн. ДВ
используются для радиотелеграфной
связи, для резерва, для передачи сигналов
времени и метеосводок. СДВ — сигнал
точного времени. Так как
,
то они очень хорошо отражаются и от
ионосферы, и от земной поверхности.
Распространение радиоволны происходит,
как в сферическом волноводе, отражаясь
от ионосферы и земли. ДВ очень сильно
поглощаются ионосферой, что приводит
к необходимости иметь радиопередатчику
значительную мощность.
2. Распространение СВ радиоволн. СВ используются в телеграфной и телефонной радиосвязи, в радиовещании и радионавигации. В дневные часы СВ поглощаются ионосферой и распространяется как поверхностные, а в ночные часы, когда нет слоя Д распространяются как пространственные волны, что приводят к резкому увеличение дальности связи до 4000-5000 км. В зимнее время условия распространения несколько улучшаются.
3.
Распространение КВ радиоволн. КВ
используются для телеграфной и телефонной
связи и для радиовещания. Они поглощаются
землей при распространении поверхностной
волной и связь возможна на небольшие
расстояния. На большие расстояния связь
осуществляется отраженными от слоя
пространственными лучами. При этом слой
E
является поглощающим, его электронная
плотность недостаточна для отражения
коротких волн.
Уверенная связь на КВ возможна при выполнении двух условий:
1)
;
2) Поглощение энергии слоем Е не должно быть большим.
Дальность и устойчивость радиосвязи на КВ зависит от выбора рабочих частот диапазона, т.к на менее коротких радиоволнах — меньшее поглощение, но велика вероятность невозвращения на землю. Применительно для связи на КВ пространственным радиолучом на большие расстояния весь диапазон принято делить на три поддиапазона:
дневные
волны
;
промежуточные
волны
;
ночные
волны
.
Для распространения КВ свойственно три явления: замирание (феддинг), радиоэхо и зона молчания.
Замирания характеризуется беспорядочным изменением силы принимаемого сигнала в точке приёма. Причём возрастание сигнала чередуется с сильным уменьшением его. Замирание на коротких волнах обусловлено, как интерференцией двух или нескольких радиоволн в точке приёма, в связи с приходом в точку одновременно земной и пространственной волны, так и изменением поглощения радиоволн в ионосфере на пути между точками передачи и приёма.
Сущность радиоэхо заключается в том, что один и тот же сигнал доходит до приёмника разными путями два или несколько раз. В связи с многократным отражением радиоволны от земной поверхности и ионосферы, появляется запаздывание в приёме одного и того же сигнала из-за разницы путей.
Зона молчания – промежуточная зона земной поверхности, в которой радиосвязь земной волны уже невозможна, а ионосферной ещё невозможна, т.е это пространство, где кончается прием поверхностных волн, но еще не начался прием пространственных волн.
4. Распространение УКВ радиоволн. УКВ используются для самолетной, космической радиосвязи, радиолокации, телевидения и т.д. УКВ не отражаются ионосферой, обладают крайне слабой дифракционной способностью. Поэтому дальность связи на УКВ ограничена расстоянием прямой видимости, определяемой по формуле:
и
—
высоты приемной и передающей антенн.
Из-за явления рефракции дальность связи на УКВ возрастает примерно на 8 %.
Возможно сверхдальнее распространение УКВ. Явление сверхрефракции наблюдалось в 1944-45 гг. и чаще над водной поверхностью. Объясняется двумя факторами:
1) Рассеиванием радиоволн в тропосфере из-за ее “зернистости”;
2) Рассеиванием радиоволн в ионосфере, вызываемым неоднородностью ее строения.
Сверхдальнее распространение УКВ может достигать расстояний в несколько тысяч километров.