24. На какие расстояния можно осуществлять ионосферную УКВ радиосвязь
Метровые волны регулярно распространяются на расстояния свыше 1000 км, в случае применения специальной аппаратуры могут быть уверенно приняты. Волны короче метровых не могут распространяться ионосферным путем. Возможность сверхдальнего распространения метровых волн обуславливают следующие явления, происходящие в ионосфере: 1) Повышение электронной плотности слоя F в годы максимума солнечной активности 2) Появление спорадического слоя Es 3) Рассеяние радиоволн на неоднородностях ионосферы.
| 25. Нарисовать примерный график изменения электронной плотности во внешней ионосфере. На какой высоте находится максимума ионизации
Один основной максимум ионизации находится на высоте 250-400км, выше и ниже его плотность убывает.
| 26. Каков порядок величины электронной плотности в межпланетном пространстве?
Характер взаимодействия радиоволн и межпланетной среды может быть оценен путем применения существующей теории распространения радиоволн в плазме и известных данных об электронной плотности в межпланетной среде. Измерение плотности газа космического пространства проводилось во время полета четвертой советской космической ракеты, запущенной в феврале 1961 г. Обработка результатов измерений дала величину электронной плотности в космическом пространстве Nэ=1,5
* |
27. На каком расстоянии от поверхности земли атмосфера переходит в межпланетный газ? Исследования последних лет показали, что ионосфера простирается до высот в тысячи и десятки тысяч километров. Поэтому понятие границы атмосферы весьма условно. Часто принимают высоту этой границы в 3000 км. То, что выше, называют протоносферой - оболочкой, состоящей из ядер атомов водорода - протонов. За пределами атмосферы находятся радиационные пояса Земли. Систему частиц, захваченных магнитным полем нашей планеты и движущихся вдоль его силовых линий, принято называть магнитосферой Земли.
| 28. Из каких соображений выбирают рабочие частоты для радиосвязи с космическими аппаратами?
Нижний предел рабочих частот обуславливается электронной концентрацией ионосферы, в частности слоя F2, от которого более длинные волны отражаются на Землю. Верхний предел рабочих частот обусловлен поглощением атмосферы, влажностью и температурой тропосферы. Для космической радиосвязи используют диапазон от 30 до 10000 МГц (3см – 10 м). | 29. От каких факторов зависит дальность связи в космических линиях связи. Протяженность линии связи космический корабль – Земля может достигать сотен миллионов километров. Электронная плотность газа в межпланетном пространстве 10~100 эл/ Верхняя граница частот, применяемых в космической связи, определяется условием прохождения радиоволн через тропосферу. Волны миллиметрового диапазона притерпивают селективное поглощение молекулами кислорода и паров воды. Сантиметровые волны, короче 3 см поглощаются и рассеиваются гидрометеорами. Поглощение возрастает с укорочением волны. Таким образом в диапазоне от 100 до 10000 МГц поглощение в атмосфере Земли практически отсутствует и именно эти волны применяются для космической радиосвязи. Если наземный пункт связи поднять высоко над уровнем моря, то поглощение радиоволн в тропосфере земли уменьшится, что расширить увеличить диапазон применимых частот. При радиосвязи между 2-мя космическими объектами – нет ограничения в применимых частотах, с точки зрения распространения радиоволн. В таком случае радиосвязь возможна не только в радиодиапазоне, но и в инфракрасной, оптической и рентгеновской частях спектра электромагнитных волн. В условиях космической связи определяющим является ослабление сигнала из-за большой протяженности радиолинии. Характерной особенностью линий радиосвязи с космическими кораблями является большая скорость относительного движения корреспондентов, достигающая десятков километров в секунду. При такой скорости вследствие эффекта Доплера передаваемая частота отличается от принимаемой на величину - f - рабочая частота. . |
30 Какая область атмосферы вызывает ошибки в определении угловых координат спутника в метровом или сантиметровом диапазоне волн и почему?
При определении угловых координат космического объекта вследствие рефракции направление прихода волны не совпадает с истинным направлением на объект. Угол прихода волны зависит от состояния тропосферы и ионосферы, он подвержен регулярным и случайным изменениям. Т. к. относительная диэлектрическая проницаемость ионосферы зависит от рабочей частоты, то и рефракционная ошибка имеет частотную зависимость. Ошибки, вызванные тропосферой и ионосферой,соизмеримы при рабочей частоте около 200 МГЦ.На частотах 50-100 Мгц тропосферная рефракция не учитывается, на частотах выше 400Мгц ошибки ионосферы малы. Прохождение радиоволн в тропосфере и ионосфере сопровождается искривлением траектории волны – рефракцией. При определении угловых координат космического объекта радиотехническими методами вследствие рефракции направление прихода волны, отраженной от объекта, не совпадает с истинным направление на объект. Угол прихода волны зависит от состояния тропосферы и ионосферы, он подвержен регулярным и случайным изменениям. Для точного определения угловых координат космических объектов радиотехническими методами необходимо вносить поправки на рефракционные ошибки. Поправки на рефракционные ошибки определяются теоретическим путем. При этом с достаточной степенью точности можно считать, что ошибки вызванные рефракцией в тропосфере и ионосфере, суммируются. Рефракционной ошибкой называется угол между истинным направление на космический объект и касательной траектории волны в точке расположения приемной антенны. Т.к. относительная диэлектрическая проницаемость ионосферы зависит от рабочей частоты, то и рефракционная ошибка, вызываемая ионосферой, имеет частотную зависимость. Ошибки, вызванные влиянием тропосферы и ионосферы, соизмеримы при рабочей частоте около 200 МГц. На частотах 50-100 МГц тропосферную рефракцию можно не учитывать. На частотах выше 400 МГц ошибки, вносимые ионосферой, ничтожно малы.
| 31. В чем причина нарушения связи при вхождении спутника в плотные слои атмосферы.
Многочисленные испытания возвращаемых космических объектов показали, что при вхождении спутника в плотные слои атмосферы, когда высота над поверхностью Земли не превышает 100 км, радиосвязь становится невозможна. Установили, что причиной обрыва связи является образование вблизи спутника слоя ионизированного газа большой электронной плотности. Исследования показали, что причиной обрыва связи является образование вблизи спутника слоя ионизированного газа большой электронной плотности. Так как спутник приближается к земле на сверхзвуковых скоростях, то, на высотах где воздух плотный, перед спутником возникает отсоединенная ударная волна. За фронтом ударной волны происходит скачкообразное повышение температуры и плотности газа. На высотах не более 60 км за фронтом ударной волны температура и давление устанавливаются достаточно быстро, то есть можно считать, что газ находится в равновесном состоянии. Именно здесь возникают максимальные давления и температуры. При таких высоких температурах молекулы газа приобретают большие скорости, такие молекулы способны ионизировать молекулы кислорода. То есть происходит процесс термической ионизации газа. При одной и той же скорости тела электронная плотность возрастает с уменьшением высоты. Но при вхождении спутника в плотные слои атмосферы его скорость уменьшается. Поэтому наибольшая электронная плотность имеет место при движении спутника на высоте 30-50 км над поверхностью земли, собственная частота плазмы при этом составляет f0=105 МГц, что соответствует длине волны 0,3 с, то есть даже миллиметровые волны не распространяются в этом ионизированном газе. Условия распространения также ухудшаются еще из-за тепловых потерь. В радиочастотном диапазоне поглощение оказывается чрезвычайно большим и выбором рабочей частоты невозможно улучшить условия радиосвязи. Даже в том случае, когда полного нарушения радиосвязи не происходит, присутствие поглощающей и отражающей плазмы вблизи антенны приводит к изменению входного сопротивления антенны и рассогласования ее с линией питания. Для борьбы с нарушением радиосвязи при вхождении спутника в плотные слои атмосферы предлагают располагать антенны на боковой поверхности спутника в области меньшей электронной плотности. Делаются попытки уменьшить плотность ионизации введением деионизирующих средств. Путем наложения постоянного магнитного поля стремятся улучшить условия прохождения радиоволн. Но проблема связи со спутником при вхождении его в плотные слои атмосферы не решена | 32. Как влияет присутствие ионизированного газа большой плотности на работу антенн.
Так как спутник приближается к земле на сверхзвуковых скоростях, то, на высотах где воздух плотный, перед спутником возникает отсоединенная ударная волна. За фронтом ударной волны происходит скачкообразное повышение температуры и плотности газа. На высотах не более 60 км за фронтом ударной волны температура и давление устанавливаются достаточно быстро, то есть можно считать, что газ находится в равновесном состоянии. Именно здесь возникают максимальные давления и температуры. При таких высоких температурах молекулы газа приобретают большие скорости, такие молекулы способны ионизировать молекулы кислорода. То есть происходит процесс термической ионизации газа. При одной и той же скорости тела электронная плотность возрастает с уменьшением высоты. Но при вхождении спутника в плотные слои атмосферы его скорость уменьшается. Поэтому наибольшая электронная плотность имеет место при движении спутника на высоте 30-50 км над поверхностью земли, собственная частота плазмы при этом составляет f0=105 МГц, что соответствует длине волны 0,3 с, то есть даже миллиметровые волны не распространяются в этом ионизированном газе. Условия распространения также ухудшаются еще из-за тепловых потерь. В радиочастотном диапазоне поглощение оказывается чрезвычайно большим и выбором рабочей частоты невозможно улучшить условия радиосвязи. Даже в том случае, когда полного нарушения радиосвязи не происходит, присутствие поглощающей и отражающей плазмы вблизи антенны приводит к изменению входного сопротивления антенны и рассогласования ее с линией питания. Для борьбы с нарушением радиосвязи при вхождении спутника в плотные слои атмосферы предлагают располагать антенны на боковой поверхности спутника в области меньшей электронной плотности. Делаются попытки уменьшить плотность ионизации введением деионизирующих средств. Путем наложения постоянного магнитного поля стремятся улучшить условия прохождения радиоволн. Но проблема связи со спутником при вхождении его в плотные слои атмосферы не решена.
* |
|
|
* |
29. обратная сторона Наличие этого доплеровского сдвига частот, существенно ухудшает условия радиосвязи, т.к. для обеспечения надежной связи приходится расширять полосу пропускания приемника, и что следовательно – увеличивать мощность передатчика. Использовать сужение полосы частот приемного устройства не целесообразно, т.к. уменьшиться количество информации, которую можно будет передать по данной линии связи |
|
|
|
|
* |
33. Как организовать связь на восходящем участке траектории движения спутника, чтобы радиосвязь не нарушилась. На восходящем участке траектории спутника или КЛА основной проблемой является газ, который истекает из сопла ракетного двигателя. Этот газ может окружить всю ракету. При высокой температуре этот газ легко ионизируется. Антенны, которые расположены на спутнике или КЛА, оказываются окруженными оболочкой ионизированного газа, что приводит к ухудшению условий радиосвязи между спутником и Землей. При прохождении радиоволн через струю двигателя их энергия ослабляется. Если уровень электронной плотности этого газа больше рабочей частоты радиоволны - то волна не проникает в струю и полностью отражается от данного уровня электронной плотности. В этом случае – струю является непроводящим экраном для волн и радиосвязь полностью разрушаетсяL Если рабочая частота достаточно высока, то она всегда превышает собственную частоту ионизированного газа в струе, то отражения радиоволн от струи не происходит и радиосвязь возможна. Однако, при прохождении волны в ионизированном газе происходит затухание энергии волны. Поглощение волн в струе уменьшается с увеличением рабочей частоты. Поглощение в струе зависит от пути, проходимого волной в струе, т е от угла связи (угол между осью спутника и направлением распространения волны). Для уменьшения поглощения радиоволн желательно увеличивать угол связи, что достигается удалением наземных пунктов наблюдения от стартовых площадок и расположением антенн дальше от ракетного двигателя | 34. Каковы особенности радиосвязи на поверхности Луны????????
Луна находится на расстоянии 384400 км от Земли. Обеспечение радиосвязи на поверхности Луны на значительные расстояния представляет сложную задачу. На Луне возможно распространение только поверхностных волн, поскольку атмосфера практически отсутствует.
На рисунке приведена зависимость дальности связи на поверхности Луны от частоты. | 35. Что является основным источником атмосферных помех?
Основным источником атмосферных помех являются грозы. Во время грозового разряда возникает мощный импульс тока, носящий апериодический характер или характер затухающих колебаний и имеющий длительность tг=0.1-3 мсек. Такой импульс создаёт непрерывный спектр частот, причём амплитуда синусоидальных составляющих спектра убывает обратно пропорционально частоте. Наибольшего значения амплитуда достигает на частоте fг=1/tг, т.е. в интервале частот 300-10000 гц. В случае, когда помеха создаётся грозой, происходящей недалеко от приёмного пункта, - местной грозой – интенсивность помехи уменьшается обратно пропорционально частоте. Но основным источником помех являются грозы, происходящие в течение круглого года в экваториальных районах земного шара – очагах грозовой деятельности. Частотная зависимость интенсивности помех, создаваемых очагами грозовой деятельности, иная, чем от местных гроз, так как она определяется ещё и условиями распространения радиоволн от места возникновения помехи до точки приёма. Радиоволны различной длины, возникающие во время грозового разряда, распространяются подобно волнам соответствующих диапазонов. В ночные часы уровень помех выше, чем в дневные. Особенно резко это проявляется в диапазоне средних волн. На УКВ сказываются помехи только от местных гроз. Для определения интенсивности грозовых помех в данном пункте земного шара пользуются картами атмосферных помех. Радиоволны, создаваемые грозовыми разрядами, оказалось возможным использовать для наблюдения за розами и их предупреждения
* |
36. В каком диапазоне волн уровень космических помех преобладает над остальными помехами?
Радиоизлучение, создаваемое внеземными источниками, называется космическим радиоизлучением, а создаваемые этим излучением помехи – космическими помехами. Основным источником радиоизлучения является галактика, создающая фон радиоизлучения, на который накладывается излучение многих дискретных источников. Мощными дискретными источниками радиоизлучения являются Солнце, Юпитер, Сатурн, Венера, Луна, звёзды. Поскольку помехи галактики уменьшаются с повышением частоты, а помехи приёмника возрастают, на частотах выше 150-200 МГц определяющими являются собственные шумы приёмника. В диапазоне частот 30-18 МГц определяющими являются шумы галактики, а на более низких частотах помехи, создаваемые грозовыми разрядами. Радиоизлучение солнца и планет имеет второстепенное значение по сравнению с излучением галактики, поскольку оно создаёт существенные помехи только в том случае, когда антенна направлена на источник излучения.
|
|
|
|
|
|
Дата добавления: 2015-10-21; просмотров: 50 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |
Ионосферой называют ионизированную область верхних слоев атмосферы Земли. Ионизация возникает главным образом под действием ультрафиолетового (УФ) излучения Солнца, в результате чего образуются положительно заряженные ионы и свободные электроны. Кроме того, в процессе ионизации учавствуют рентгеновские лучи, излучаемые солнечной короной и корпускулярные потоки Солнца. Ионосфера расположена на высотах от 60 до 600км. Высота и плотность определяются интенсивностью УФ излучения, которое убывает по мере прохождения атмосферы, от разряженных ее слоев к более плотным. Ионосфера состоит из нескольких основных слоев, плавно переходящих один в другой.
, что согласуется с данными, полученными в последнее время другими методами. Установлено, что межпланетное пространство содержит газ, состоящий в основном из ионизированного водорода, гелия и электронов. По имеющимся в настоящее время сведениям электронная плотность газа в межпланетном пространстве не превышает 
и оказывает слабое поглощающее или рассеивающее действие на проходящие радиоволны.
и оказывает слабое поглощающее или рассеивающее действие на проходящие радиоволны. Диапазон радиочастот, пригодный для радиосвязи между Землей и космическим кораблем, ограничен поглощающими и отражающими свойствами земной атмосферы. Радиоволны длиннее 10 м отражаются от ионосферы и поэтому не пригодны для связи с объектами, находящимися за ее пределами. Поглощение радиоволн в ионосфере зависит от электронной плотности, числа столкновений электрона с тяжелыми частицами и с повышением частоты убывает по квадратичному закону. Согласно расчетам, на частотах выше 100 МГц полное поглощение в ионосфере не превышает 0,05Дб. Следовательно, на частотах выше 100 МГц отражением и потерями в ионосфере можно пренебречь.
. u – относительная скорость передатчика и приемника
Использование УКВ диапазона в условиях Луны не может дать хороших результатов, так как дальность прямой видимости на Луне в 1,9 раза меньше,чем на Земле. Плохая проводимость поверхности Луны приводит к большим потерям поверхностной волны, а малый радиус кривизны Луны ухудшает условия дифракции по сравнению с земными условиями. Поэтому, большую напряженность электрического поля поверхностной волны можно получить на более длинных волнах. Но при этом, применение длинных волн на Луне нецелесообразно, так как для этого пришлось бы сооружать громоздкие антенны. При определении дальности радиосвязи на Луне для поверхностных волн различной частоты необходимо учитывать влияние космических шумов и параметров приемного устройства. Дальность связи возрастает с понижением рабочей частоты.