Рабочий стол / shp_TED_01-09

1. Канал связи. назначение элементов канала. Место радиоволн в работе канала связи.

КС – комплекс средств, обеспечивающих преобразование и передачу сообщения.

На рис приведена упрощенная структурная схема радиолинии. Передаваемое сообщение поступает на преобразователь (микрофон, телевизионную камеру, телефонный аппарат), который преобразует его в электрический сигнал. Последний поступает на радио передающее устройство, состоящее из модулятора (М), синтезатора несущей частоты (СЧ) и усилителя модулированных колебаний (УМК). С помощью модулятора один из параметров высокочастотного колебания изменяется по закону передаваемого сообщения. С помощью антенны (А) энергия радиочастотных колебаний передатчика излучается в тракт распространения радиоволн.

На приемном конце радиоволны наводят ЭДС в антенне. Радиоприемное устройство с помощью селективных (избирательных) цепей (СЦ) отфильтровывает сигналы от помех и других радиостанций. В детекторе (Д) происходит процесс, обратный модуляции, - выделенные из модулированных колебаний исходного электрического сигнала, который управлял радиопередатчиком. С помощью преобразователя (громкоговорителя, телеграфного аппарата, приемной телевизионной трубки) электрический сигнал связи преобразуется в сообщение, доставляемое абоненту.

Рассмотренная радиолиния обеспечивает одностороннюю передачу сообщения, что приемлемо только в службах оповещения. Одностороннюю радиосвязь представляет собой и радиовещание, хотя в этом случае прием ведется не в одном, а во множестве пунктов. Прием во многих пунктах ведется также при циркулярной передаче: распоряжения передаются многим исполнителям; сообщения передаются из пресс-центра редакциями газет и т.п.

2. Основные свойства радиоволн.

Радиоволны- эл.магнитные колебания, распрост. в пространстве со скор. близкой к ск. света в вакууме(м/сек.)

Длина волны – ближайшее расстояние между двумя точками пространства, где электрическое (или магнитное) поле находится в одинаковой фазе L=с/f

При распространении в другой среде:V=c/n = c/м/с; Для любой среды, кроме вакуума, n >1.

1)В однородной среде, свойства которой не меняются по всему объему, волна движется

прямолинейно с постоянной скоростью(м/сек) и затухает по закону экспоненты.

-множитель ослабления среды

Среда состоит из неоднородностей и:

2) При переходе из одной среды в другую, происходит преломление и отражение волны. Волна частично проходит во вторую среду(направление движения её меняется) и частично отражается от границы раздела двух сред. Угол падения α равен углу отражения. Преломление луча - изменение скор. расп. волны. Угол преломления β зависит от электр. свойств среды. sinα/sinβ=/= n2/n1;-диэл.прон., n₁ и n₂ – коэф.преломления

3. Задачи решаемые электродинамикой.

•Электродинамика изучает электромагнитные процессы в вакууме и в веществе — в диэлектриках, магнетиках, проводниках, полупроводниках, сверхпроводниках, электролитах и в плазме.

•Классическая электродинамика изучает сплошное не квантованное классическое электромагнитное поле и электромагнитные процессы в этом поле, связанные с зарядами и токами, а также релятивизм этих процессов.

•Фундаментальными законами классической электродинамики являются уравнения Максвелла и материальные уравнения. (задачи эл дин:

1. вводит понятие поля

2. как это поле распределено в направляющих системах

3. оценка величины поля в т. пространства.)

4. Соотношение между вектором напряженности электрического и магнитного полей. Поток мощности, проходящий через квадратный метр поверхности фронта волны – это вектор Пойтинга. Он вычисляеться по формуле , где - вектор напряженности электрического поля (В/м), - вектор напряженности магнитного поля (А/м). Магнитная и электрическая составляющие напряжённости поля ЭМВ связаны уравнением:, 120π – это волновое сопр. свободного пространства, тогда можно выразить , где

Е_д – действующее значение напряжённости поля, В/м. Напряжённость поля при распространении в свободном пространстве: . Р – мощность излучения, кВт; D – коэффициент направленного действия излучателя (антенны); r – расстояние, км.. Вектор напряжённости магнитного поля Н хар-ет связь эл. тока собственным магнитным полем. Е=пределу отношения силы воздействия поля на неподвижный точечный заряд к величине того заряда стрем-ся к нулю.

ЭМВ в пространстве

5. Уравнения Максвелла физический смысл.

вектор напряженности эл.поля (В/м), вектор электрической индукции (тесла Тл), вектор магнитной индукции (Вольт*сек/м)

вектор плотности электрического тока (), -плотность тока

1. - выражает закон индукции магнитного поля

Закон Био-Савара: циркуляция вектора напряженности магнитного поля по любому замкнутому контуру L равна алгебраической сумме токов проходящих через контур. Др.словами: через данную замкнутую поверхность течет ток смещения, если меняется поток электрической индукции, пронизав эту поверхность.

Ф.см. - магнитное поле в некоторой области пространства связано не только с токами проводимости, протекающими в этой области, но и с изменением электрического поля во времени в этой области(токами смещения) .

2.

циркуляция электрического поля по произвольной замкнутой кривой L, изменению потока магнитной индукции через поверхность S, опирающуюся на эту кривую.

Ф.см. - электрическое поле в некоторой области пространства связано с изменением магнитного потока во времени в этой области.

3. , Означает, что поток магнитной индукции через замкнутую поверхность равен 0, т.к. магнитные массы (заряды) не существуют. Ф.см. - магнитное поле в некоторой области пространства не имеет источников в виде неподвижных зарядов т.е. не имеет истоков и стоков и силовые линии вектора магнитной индукции замкнуты.

4. - Теорема Гаусса, согласно которой поток вектора

6. Длинные линии. Режимы работы линии. Требования к линиям передачи энергии.

Длинная линия - электрическая линия, образованная двумя параллельными проводниками тока, длина которых превышает длину волны передаваемых электромагнитных колебаний, а расстояние между проводниками значительно меньше длины волны. Д. л. является системой с распределёнными постоянными (параметрами), т.к. каждый элемент её длины обладает одновременно некоторыми значениями индуктивности L и активного сопротивления R проводов, ёмкости С и проводимости тока G между проводами. Через эти параметры определяют основные характеристики Д. л. — волновое сопротивление W и скорость распространения v электромагнитных волн вдоль неё. Мгновенные значения силы переменного тока и напряжения в любой точке Д. л. Она называется однородной, если значения её параметров неизменны на всём протяжении; при отсутствии в ней электрических потерь, т. е. R = G = 0 (обычно на радиочастотах),

Режим работы линии.

Различают 3 режима работы Д. л.: режим бегущей волны, когда передаваемая энергия полностью поглощается нагрузкой (сопротивление нагрузки активное и равное W); режим стоячей волны, когда передаваемая энергия полностью отражается от конца линии к источнику (короткозамкнутая или разомкнутая на конце Д. л.), и промежуточный режим (сопротивление нагрузки комплексное и не равное W). Д. л. применяют для передачи информации в дальней телеграфно-телефонной связи, телевидении, радиолокации, а также для передачи энергии по проводам на далёкие расстояния

Требования к линиям передачи энергии.- осуществление связи на достаточные расстояния;

- достаточная ширина полосы пропускания;

- защищенность цепей от взаимных и внешних помех (гроза и коррозия и т.п.);

- стабильность электрических параметров линии, устойчивость и надежность связи;

- экономичность системы связи в целом.

7. Двухпроводная линия основные энергетические соотношения. Структура поля.

Симметричные фидеры относительно просты и широко используются в диапазоне коротких волн. В диапазоне метровых и более коротких волн расстояния между проводами становятся соизмеримыми с длиной волны. Это приводит к значительной потере мощности на излучение.

Волновое сопротивление двухпроводного фидера, Ом:

, где D1 – расстояние между центрами проводов, d – диаметр провода.

При D1/d ≥ 3 волновое сопротивление двухпроводного фидера, Ом, определяют по упрощённой формуле:

.- погонная емкость; -погонная индуктивность

-характеризует толщину провода; - характеризует расстояние между проводами

8. Коаксиальная фидерная линия. Структура поля. ЭлМагПоле коаксиального фидера сосредоточено внутри пространства, образованного замкнутой металлической поверхностью внешнего проводника. Коаксиальный фидер позволяет осуществлять передачу широкого диапазона частот от сверхдлинных волн до волн сантиметрового диапазона при сравнительно малом затухании.

Гибкая коаксиальная линия называется кабелем. Коаксиальные кабели на небольшую мощность выполняют со сплошным заполнением.

9. Определить марку кабеля по имеющимся данным. Номограмма и расчетные соотношения.

Радиочастотный кабель РК-75-2-21. Первое число- волновое сопротивление(50, 75 Ом ); второе – диаметр по изоляции в миллиметрах; третье первая цифра -материал диэлектрика (1 - полиэтилен, 2 - политетрафторэтилен, 3 - воздушно-полиэтилен, 4 – воздушно - политетрафторэтилен, 5 - резина, 6 – неорганическая изоляция), последующие – порядковый номер конструкции.

- коаксиальный фидер

- двухпроводный фидер

D1 – расстояние между центрами проводов, d – диаметр провода.

2.обратная сторона

При отражении и преломлении изменяется наклон фронта, фаза волны и амплитуда.

3) Рефракция- постепенное искривление траектории волны в неоднор. среде. (волны непрерывно преломляются).

4) Дифракция- способность волн огибать препятствия, кот. меньше или соизмеримы с длиной волны. Чем больше длина волны по срав. с размерами препятствия, больше выражена дифракционная способность. Длинные волны обладают большей дифракционной способностью, чем короткие.

5)Интерференция-явление наложения когерентных волн.(когерентные-пришли от разных источников или оного источника разными путями, одна частота, разная фаза)

*

5. Обратная сторона

электрической индукции D через замкнутую поверхность S= полному электрическому заряду в объему V, ограниченному поверхностью S.

Ф.см.- электрическое поле в некоторой области пространства связано с электрическим зарядом внутри этой области. Это уравнение так же свидетельствует о том, что электрическое поле имеет истоки в виде электрических зарядов

8.обратная сторона

Структура поля

7 обратная сторона

Волновое сопротивление можно найти еще по ф-ле:

Максимальная напряжённость поля при напряжении U между проводами двухпроводного фидера :;

Максимальная мощность, передаваемая по фидеру определяется расстоянием между ТПЖ и диэлектриком, находящимся внутри.

Коэффициент распространения электромагнитной энергии – характеризует затухание энергии и сдвиг фазы в цепи кабеля длиной 1км.; явл-ся комплексной величиной и может быть представлен суммой действительной и мнимой её частей: γ=α+jβ (α – коэф-т затухания, β – коэф-т связи)

Структура поля: