3

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

В лекции рассматриваются: особенности распространения радиоволн и применения их в авиационном радиоэлектронном оборудовании (РЭО), общие сведения, основные параметры, построение антенн авиационного РЭО и линий передачи сверхвысокочастотной энергии.

Лекция предназначена для преподавательского состава проводящего занятия со студентами по ВУС-461300. Лекция может быть использована студентами для самостоятельной работы.

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 Р_прд;

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.

Поляризация радиоволны определяется ориентировкой вектора Е в пространстве. Различают линейную, круговую и эллиптическую поляризации.

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.