Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
shpory_2012отредактировал.docx
Скачиваний:
126
Добавлен:
22.02.2016
Размер:
11.51 Mб
Скачать
  1. Общие свойства радиоволн. Квадратичная формула б. Введенского. Особенности распространения радиоволн различных диапазонов. Влияние атмосферы на распространение радиоволн.

Радиоволнам присущи:

а) дифракция – способность радиоволн огибать препятствия, расположенные на пути их распространения;

б) интерференция – суммирование радиоволн с учетом фазовых соотношений;

в) преломление и отражение – процессы, которые происходят на границе раздела двух сред с различными параметрами;

г) рефракция – искривление луча при переходе через среду с плавно изменяющимися параметрами.

Радиоволны могут распространяться:

  • только поверхностным лучом, огибая поверхность Земли за счет дифракции;

  • только пространственным (ионосферным) лучом, однократно или многократно отражаясь от слоев атмосферы;

  • путем взаимодействия поверхностного и пространственного лучей.

Влияние атмосферы

До высоты 16-18 км над экватором и 8-10 км над полюсами Земли воздух наиболее плотен, здесь сосредоточено 4/5 всей его массы. Этот слой называется тропосферой (от греч. tropos – поворот, изменение и sphaira – шар. Над тропосферой находится тропопауза. Выше до высоты 50 км над полюсами и 55 км над экватором расположена стратосфера (от лат. stratum – слой), над которой расположена стратопауза. Затем до высоты 55 км над полюсами и 80 км над экватором расположены мезосфера (от греч. mesos – средний, промежуточный) и мезопауза. Далее до высоты 800 км расположена термосфера (от гречю therme – тепло, жар), а выше 800 км находится экзосфера (от греч. exo – вне, снаружи). В термосфере атомы лишаются своих электронных оболочек и превращаются в ионы, которые скапливаются в ионные слои: D (высота 80-90 км), E (100-140 км), F1 (180-240 км) и F2 (240-400 км). Эти ионные слои образуют ионосферу. В ионосфере временами на высоте 90-110 км появляется так называемый нерегулярный, спорадический слой EС, который обычно существует от нескольких минут до нескольких часов. Таким образом, процесс распространения радиоволн в ионосфере происходит с поглащением энергии. С ростом частоты радиосигнала коэффициент поглащения энергии радиоволны ионосферой ( ) уменьшается

где N – электронная концентрация ионосферного слоя, см-3;  - число столкновений, f – частота радиосигнала, кГц. Кроме поглащения энергии, радиоволны, проходя через ионосферу, испытывают преломление и отражение. Коэффициент преломления радиоволн

где N – электронная концентрация ионосферного слоя, см-3; f – частота радиосигнала, кГц; 1 и 2 – соответственно, углы падения и преломления. Значение n уменьшается с ростом электронной концентрации N, а следовательно, с ростом высоты.

Километровые и более длинные волны отражаются от нижних слоев ионосферы D или E, гектометровые – от слоя E, декаметровые – от слоев F. Радиоволны УКВ диапазонов пронизывают ионосферу, отражаясь лишь от коллоидных сгустков и спорадического слоя EС в годы повышенной солнечной активности.

Формула Введенского

Анализ: Р->max, но: 1. Усиление выходного каскада; 2. Габариты выходного каскада; 3. Габариты подвижного состава; 4. Элементная база. h2->max: 1. Мероприятия по установке приемной антенны. D1->max: 1. Конфигурация антенны; 2. Вспомогательные средства; r->min: 1. Условия технологического процесса; 2. Мероприятия по уменьшению r. h1->max: 1. Мероприятия по установке антенны передачи; 2. Условия технологического процесса; 3. Габариты приближения строений. Мероприятия: волноводы, система ДПР (2 провода - рельс).->min: 1. Технологические и технические решения. Но все зависит от стоимостных затрат!

УКВ На открытой трассе в точку приема могут приходить прямой и отраженный (или несколько отраженных) от неровностей Земли Лучи. Причем, напряженность поля отраженных лучей имеет различные фазы.

На закрытой трассе профиль местности такой, что неровность закрывает линию прямой видимости. За препятствием образуется зона тени, но за счет дифракции некоторая напряженность поля все-таки создается.

Километровые волны (кмв) характеризуются  = 1…10 км, f = 30…300кГц. Километровые волны распространяются как поверхностной (земной), так и пространственной (ионосферной) волнами. Земля для них по электрическим свойствам близка к идеальному проводнику.

Применяются они, в основном, для дальней радиотелеграфной связи. Передающие антенны кмв делаются очень больших размеров, ненаправленные, с низким КПД (10-30%). Поскольку антенны кмв не могут быть подняты на высоту, соизмеримую с длиной волны, при расчетах полагают, что антенны находятся непосредственно на поверхности Земли.

где P - суммарная мощность источника, кВт; D1 – КНД передающей антенны; r – длина радиоканала, км.Согласно метода Шулейкина – Ван-Дер-Поля

Коэффициент апроксимации x определяется, как

Недостатком радиосвязи в диапазоне километровых радиоволн является громоздкость антенн и невозможность передачи широкой полосы частот.

Гектометровые волны (гмв) характеризуются  = 100…1000 м, f = 300…3000 кГц. Они глубже проникают в поверхность Земли и сильнее поглощаются в ней (таблица 2.3). Земная гектометровая волна распространяется на расстояние не превышающее 500–700 км. На большие расстояния радиосвязь в этом диапазоне осуществляется только ионосферной волной. Отражение гмв происходит от области E, так как электронная концентрация области D недостаточна для их отражения. Однако, при двойном прохождении через области D ионосферные волны сильно поглащаются, поэтому днем напряженность поля в точке приема, обусловленная ей, мала и связь осуществляется земной волной. С наступлением ночи область D исчезает и связь, в основном, осуществляется ионосферной волной. Расчет напряженности поля в точке приема земной волны осуществляется по формулам Шулейкина – Ван-Дер-Поля, Фока или Остина. Напряженность поля ионосферной волны рассчитывается на основании следующей эмпирической формулы

где P - суммарная мощность источника излучения, кВт; r – длина радиоканала, км;  - длина волны, км. Недостаток радиосвязи на гектометровых волнах заключается в наличие зон феддинга (замираний).

УКВ радиоволны дециметрового диапазона (10 см <  < 1м, 300 МГц < f < 3000 МГц) и более короткие испытывают тропосферное ослабление из-за присутствия в тропосфере капель воды в виде тумана или дождя. Поглащение энергии радиоволн обусловлено токами поляризации, образующимися в каждой капле и вызывающих тепловые потери, которые увеличиваются с ростом частоты радиосигнала.

Напряженность поля в точке приема с учетом тропосферного поглощения энергии радиоволны

где EМ – напряженность поля в точке приема без учета тропосферного поглащения, мВ/м;  - коеффициент поглощения, 1/м; r – путь радиоволны в поглощающей среде, км.

Причем

где 1 – километрическое затухание энергии поля радиоволны при плотности осадков P = 1 мм/ч; P – реальная плотность осадков, мм/ч.

Распространение радиоволн УКВ диапазона

Радиоволны УКВ диапазонов характеризуются  < 10 м, f > 30 МГц, они практически не отражаются от ионосферы и пронизывают ее, поскольку f > fКР.

где fКР – критическая частота, при которой еще происходит отражение от слоев ионосферы; NОТР – электронная концентрация слоя ионосферы, при которой еще происходит отражение радиоволн. Лишь в годы высокой солнечной активности, когда резко повышается электронная концентрация в слоях атмосферы, возможно распространение энергии ионосферной волной. Дифракция земной волны на УКВ слаба, поэтому распространение земной волны происходит в пределах прямой видимости. Напряженность поля в точке приема при распространении УКВ радиоволн на расстояние прямой видимости можно определить по квадратичной формуле Б. Введенского (2.39), а при распространении УКВ радиоволн на расстояние больше прямой видимости по дифракционной формуле А. Щукина (2.43).

Сантиметровые (1 см <  < 10 см, 3 ГГц < f < 30 ГГц) и более короткие УКВ радиоволны испытывают добавочное поглощение в молекулах водяного пара (Н2О) и кислорода (О2), которое иллюстрируется рисунком 2.18. Оно оценивается модулем множителя ослабления Vr, который изменяется с расстоянием по закону

где (r) – километрический коэффициент ослабления, дБ/км; r – длина радиоканала, км.

Это поглощение объясняется наличием постоянных электрических моментов у молекул Н2О и магнитных – у молекул О2. Поэтому электромагнитное поле радиоволны обусловливает колебательные процессы в молекулах, причем, когда частота волны совпадает с собственной частотой молекул, возникают резонансные явления и энергия радиоволны переходит во внутримолекулярную энергию. На распространение радиоволн УКВ диапазонов может оказать существенное влияние растительность, в частности, столь часто встречающиеся в Беларуси леса. Сантиметровые радиоволны поглощаются главным образом в листве, а более длинные – в стволах и сучьях деревьев.

При f = 300 МГц полоса леса шириной в 1 км на пути распространения радиоволн приводит, практически, к полному поглощению их энергии. В сухом редком лесу поглощение может быть в два раза меньшим.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]