1. Строение ионосферы и характеристики ее слоев. Атмосфера сост. из трех осн. обл., кот. неодинаково пропускают ЭМВ. Эти области – тропосфера (0-20 км), стратосфера (20-60км) и ионосфера (60-1,5 тыс.км). Ионосфера - обширный слой разреженного газа. Падающее на ионосферу излучение Солнца вызывает ионизацию газа, т. е. отрыв эл. от атомов. Т.к. плотность газа на больших высотах мала, вер-ть встречи свободного эл. с ионизир. атомом, кот. приводит к их объединению (рекомбинации) невелика. Поэтому, значительная часть газа ост. ионизир., т.е. представляет собой плазму. Ионизир. газ обладает электропроводностью. Концентрация свободных эл. опр-ся интенсивностью ионизирующего излучения Солнца и зависит от высоты, времени суток и сезона года. На очень больших высотах плотность газа мала, соотв. уменьшается и кол-во ионов, а в итоге и их влияние на прохождение РВ. Сущ. влияние на распр. волн оказывает только часть ионосферы до высот около 400 км. Благодаря электропроводности может служить космическим зеркалом, отражающим падающие на нее РВ. Выделяют три слоя ионосферы: D, E и F. D-область (60 − 90 км). Нерегулярное образование ионосферы сущ. только в дневные часы, когда велика интенсивность солнечного иониз. излучения. Обл. ответственна за поглощение тех ВЧ волн, кот. отражаются более высокими слоями. Е-область (90 − 150 км). Постоянно сущ. В зависимости от времени суток и года изменяется лишь концентрация свободных эл. в этом слое. Ночью располагается несколько выше, а днем ниже, что связано с изменениями потока ионизирующего излучения. Es − возникает при превышении количества эл. на ед. объема. F-область (150 − 400км). Днем слой F распадается на два: F1 и F2. Слой F1, расположенный ниже, обусловлен ионизацией молекулярного азота, а слой F2 - ионизацией атомарного кислорода. Ночью слой F1 исчезает вследствие рекомбинации пар электрон-ион, а слой F2 сохраняется, хотя концентрация эл. в нем значительно уменьшается.
| 2. Пространственные и поверхностные волны. Замирание сигнала (физика процесса). Волны, излучаемые горизонтально и распр. вдоль земной пов. в нижнем слое атмосферы, наз. поверхн. Они испытывают поглощение землей и различными местными предметами, кот. тем больше, чем выше частота. В зависимости от частоты в большей или меньшей степени огибают кривизну земного шара. Волны, излучаемые наклонно под различными углами к пов. земли, наз. пространственными. Они поглощаются в слабо ионизированной атмосфере незначительно и доходят до ионосферы, в которой происходит их преломление. Т.к. в слоях ионосферы ионизация и диэлектрическая проницаемость изменяются постепенно, то путь РВ представляет собой плавную кривую. Чем длиннее волна и чем сильнее ионизация, тем больше искривляет путь волна.
В ионизированных слоях волны испытывают и поглощение, которое возрастает при уменьшении частоты. Так как высота и степень ионизации слоев ионосферы меняются, то пути простр. волн в атмосфере тоже меняются. Этим объясняется значит. изменение слышимости радиостанций в течение суток и года, а также явл. замирания сигналов. Причина замирания - в приемную антенну приходят РВ от одного и того же передатчика несколькими путями различной длины. Например, в пункт А попадают поверхностная волна и пространственная волна, отраженная слоем Е. Благодаря изменениям, происходящим в ионосфере, длина пути простр. лучей все время меняется и поэтому меняются их фазы. В результате интерференции волн набл. непрерывные колебания слышимости, кот. достигают то макс., когда фазы волн совпадают, то мин., если противоположны. | 3. Расчет геометрической видимости при связи поверхностной волной без учета рефракций и с учетом нормальной рефракции.
h1,h2 - высоты поднятия антенны. Правила выбора трассы 1. Интенсивное отражение луча (лучей) должна быть по возможности близка, а фаза магнитных колебаний в течении приема близка к фазе прямой волны. 2. В общем случае напряженность поля в точке приема из-за влияния земли будут отличаться от напряженности поля в свободном пространстве при том же удалении станции.
Е0 – в свободном пространстве (прямая и отраженная волны). Е – в пределах земли (только прямая волна). V зависит от времени суток. При выборе трассы нужно стремиться, чтобы V~1. Место для расположения станции выбирается таким образом, что с учетом высот аннтен, между аннтенами обеспечилась прямая видимость. Из рис видно, что между отраженным от земли лучом имеется разность хода. Если ΔR= нечетному числу, то отраженный луч совпадает по фазе с прямым лучом. Если ΔR= четному, то приходит в противофазе. (1,3,5,7-фазе, 2,4,6-в противофазе). Поверхность характеризуется коэффициентом отражения f<1. Разность хода зависит от расстояния (R) между аннтенами и от высоты их поднятия.
При изменении Δr величины ослабления аннтен (волны) определяется
|
4. Затухание радиоволн в свободном пространстве. Волны идут от ан. передатчика во все стороны, и по мере удаления их энергия распределяется на все большее пространство. Величина энергии в каждой части пространства становится все меньше. Единственным средством, снижающим рассеяние энергии, является направленное излучение, при котором РВ посылаются узким пучком подобно лучу прожектора. При этом увеличивается дальность действия и во многих случаях искл. возможность подслушивания. Направленное излучение волн используется в радиомаяках для авиации и морского транспорта, в радиолокации, позволяющей определять местонахождение различных объектов. При прохождении РВ через различные вещества набл. поглощение энергии волн этими вещ. Оно отсутствует в безвоздушном пространстве. Очень мало поглощение в неионизированном воздухе. В твердых диэлектриках, ПП и проводниках поглощение значительно. Если РВ встречает какой-либо проводник, то большая часть ее энергии поглощается им. Объясняется это тем, что волна приводит в движение электроны проводника и создает в нем ток высокой частоты. На образование его и расходуется энергия волны. В частности, на этом основан прием РВ ан. Если же волна движется вдоль проводника, то поглощение энергии гораздо меньше. Поэтому над проводящей пов., например, над морем, вдоль рек, железных дорог и проводных линий, РВ распр-ся дальше, чем над сухой почвой. Диэлектрики также поглощают энергию волн. Поле волны создает в молекулах диэлектриков смещение электронов — ток смещения. Он явл. током высокой частоты, т.е. представляет собой колебание эл. внутри молекул. Токи смещения вызывают нагревание диэлектрика, на что расходуется энергия. ПП объединяют в себе св-ва проводников и диэлектриков. В них возникают и токи проводимости и смещения. Ионизированные слои атмосферы, явл. ПП, заметно поглощают энергию проходящих волн. При движении РВ над земной пов. происходит поглощение их энергии самой почвой и различными местными предметами и препятствиями в виде гор, холмов, лесов, городских зданий, проводных линий и т.д. Особенно сильное поглощение создают металлические крыши, железобетонные сооружения, провода, горы с металлическими рудами или влажными пластами земли, леса.
| 5. Тропосфера и ее влияние на дальность связи.
Тропосферные неоднородности представляют собой небольшие области пространства, в пределах которых давление, влажность и температура воздуха отл. от средних для окр. среды знач. Такие неоднородности возникают в зоне вихрей, обр-ся при перемещении воздушных масс. Движение воздуха в тропосфере никогда не прекращается, поэтому неоднородности имеют место при любых метеорологических условиях. Наиболее интенсивное образование неоднородностей происходит на высоте 1—2 км над пов. Земли. Каждая неоднородность отличается от окр. среды диэлектр. проницаемостью и различной рассеивающей способностью, непрерывно изменяющейся Неоднородности - переизлучатели первичной радиоволны Суммарное действие многих таких переизлучателей способствует появлению рассеянных РВ. Главное направление рассеяния совпадает с направлением распространения первичной волны. В боковых напр. получается относительно небольшим. Дальность распространения УКВ за счет рассеяния на неоднородностях тропосферы достигает 200—300 км. Поэтому прием сигналов на таких удалениях от телецентра принято называть дальним телевизионным приемом. Присуще замирание. На вход ТВ-приемника пост. много ЭМ колебаний с различными фазами и ампл. В зависимости от соотношения фаз эти колебания могут складываться и давать усиленный сигнал или вычитаться, образуя слабый сигнал. Т.к. фазы отдельных колебаний непрерывно изменяются, изменяется и ур. принимаемого сигнала. Другой особенностью тропосферного рассеяния УКВ является сезонность изменения потерь энергии при распространении, вследствие чего при прочих равных условиях (мощность передатчика, чувствительность телевизионного приемника, тип антенны и др.) уровень принимаемого сигнала зимой оказывается ниже, чем летом. Это изменение уровней объясняется различным физическим состоянием тропосферы. Следует отметить и другой механизм дальнего приема телевизионных передач: на длинных закрытых трассах при полной экранировке приемной антенны
| 6. Формула Введенского Результирующее поле определяется интерференционной форму
Корень из трехчлена в этой формуле называют интерференционным множителем. Для практически важного случая распространения радиоволн скользящими лучами (θ стремится к 900) формула (1) может быть подвергнута дальнейшему упрощению. Напряженность поля Em (В/м) в зависимости от расстояния r (м), длины волны
Если
Рис. Распространение волн при поднятых антеннах
|
7. Радиосвязь пространственной волной. Определение МПЧ иОРЧ по данным ионосферного прогноза. Наибольшую частоту, при которой радиоволны отражаются от ионизированного слоя при вертикальном падении на него, называют критической. Критическая частота fкр и электронная концентрация слоя связаны уравнениями: где: fкр - критическая частота, Гц; Nmax - максимальное число свободных электронов в одном кубическом метре. Угол возвышения (излучения) j, угол падения волны на отражающий слой Δ и действующее значение высоты отражающего слоя Нс связаны соотношением:
При заданных рабочей частоте, критической частоте слоя и его действующей высоте существует критический угол падения волны на слой. Волны, падающие под углами меньше критического, проходят слой и не отражаются. Расстояние по земной поверхности, соответствующее приему волны, падающей на слой под критическим углом, определяет внешний радиус зоны молчания. Критический угол падения можно определить по формуле:
В зоне молчания нет волн, отраженных от слоев, но могут быть обнаружены слабые поля, вызванные рассеянием на неоднородностях ионосферы. Устойчивость радиосвязи при работе на высоких частотах определяется выбором рабочих частот. Желательно работать на более высоких частотах, так как с увеличением частоты уменьшается поглощение в слоях D и Е. Максимальная частота, отражающаяся от ионосферы при заданном угле падения, т.е. для данной длины трассы, называется максимально применяемой частотой (МПЧ). Работа на МПЧ может оказаться неустойчивой из-за изменения параметров ионосферы во времени. Учитывая это, оптимальные рабочие частоты (ОРЧ) выбирают на 15% ниже МПЧ:
| 8. Способы исследования ионосферы (вертикальное зондирование, наклонное, наклонно-возвратное зондирование). Исследование ионосферы ведется путем изучения условий прохождения и отражения радиоволны в ионосфере. Исследование методом вертикального зондирования импульсами при помощи ионосферной станции. Ионосферная станция – это приемно-передающее ус-во, кот определяет зависимость высоты отражения вертикально направленной волны от постепенно изменяемой рабочей частоты. При помощи ионосферной станции измеряют две основные величины, необходимые для расчета радиолиний (высоту нижний границы ионосферного слоя и критическую частоту). Ионосферная станция состоит из передатчика и приемника, имеющих общую антену, а также индикатор устройства. Максимальное излучение Аимп напрвляется вертикально вверх. Сигнал с выхода приемника подается на индикатор, которым явл трубка осциллографа. Развертка синхронизируется импульсом генератора и на ней делаются специальные метки высоты. Устанавливается некоторая рабочая частота передатчика. Излученный вертикально ввепх импульс отражается на некоторой высоте в ионосфере и принимается ионосферной станцией. На экране осциллографа наблюдается излученный и отраженный импульсы, что позволяет измерить время запаздывания отраженного импульса.
Этот метод не дает возможности получить сведения осциллографа выше максимума ионизации – выше слоя F, трудно исследовать ионосферу на высоте ниже 100км, т к нужны длинноволновые станции, излучающие вертикально вверх короткие импульсы.
| 24. Определение критической частоты слоя (вывод формулы критической частоты). В ионосфере отражение волны происходит в толще ионизированного газа. Отражение может быть только в той области ионосферы, где диэлектрическая проницаемость убывает с высотой, а электрическая плотность возрастает с высотой, т е ниже максимальной электрической плотности ионосферного слоя. Наибольшую частоту, при которой радиоволны отражаются от ионизированного слоя при вертикальном падении на него, называют критической. Диэлектрическая проницаемость ионизированного газа
ε0=1/36π*109 Ф/м e=1,6*10-19 Кл m=9,106*10-31 Кл
* |
3.ОБРАТНАЯ СТОРОНА Для Ф0=1 и поверхности. 3. Воображаемый просвет
R - расстояние между аннтенами. Отношение воображаемого просвета к реальному наз относительным Н0 – реальный просвет Н0 – воображаемый просвет Н0(м)‹Н0 Н0(м) – просвет по эллипсоиде Френеля Если h0<0 - трасса закрытая h0 (0,1) – полуоткрытая за счет рефракции h0 (1,√3) – 1-я зона Френеля h0 (√3,√6) – 2-я зона Френеля h0 (√6,√9) – 3-я зона Френеля | 2 ОБРАТНАЯ СТОРОНА Бороться с замиранием довольно трудно. Наиболее эффективным средством является прием на 2—3 ан., находящиеся на расстоянии 200—300 м друг от друга. Ан. соединяются линиями с приемником, имеющим отдельные усилители ВЧ и детекторы для каждой ан., но общий усилитель НЧ. Этот метод основан на том, что замирание не происходит одновременно в разных местах |
* |
6 ОБРАТНАЯ СТОРОНА
ФОРМУЛА ВВЕДЕНСКОГО для распространения волны в свободном пространстве
ИНТЕРФЕРЕНЦИОННАЯ ФОРМУЛА ВВЕДЕНСКОГО
| 5 ОБРАТНАЯ СТОРОНА
Следует иметь в виду, что при изучении влияния тропосферы на распространение радиоволн основное внимание уделяется волнам УКВ диапазона, поскольку влиянием тропосферы на распространение более длинных радиоволн обычно пренебрегают. Как было показано выше, тропосфера является неоднородной средой, электрические параметры которой изменяются в пространстве и во времени. При рассмотрении особенностей распространения радиоволн в подобных средах основное внимание уделяется двум наиболее важным ситуациям: распространению в плавно неоднородных средах и распространению в неоднородных средах, где величина отклонения диэлектрической проницаемости (коэффициента преломления, индекса рефракции) мала по сравнению со средним значением соответствующей величины. В первом случае влияние среды заключается в плавном изменении направления распространения волны – рефракции. Наиболее адекватным методом изучения процессов распространения радиоволн при этом является метод геометрической оптики. Во втором случае влияние среды приводит к рассеянию радиоволн. Наиболее адекватными методами здесь являются методы теории возмущения. |
* |
| 8 ОБРАТНАЯ СТОРОНА Вертикальное зондирование
Наклонное зондирование
Наклонно-вертикальное
| 7 ОБРАТНАЯ CТОРОНА При определении МПЧ учитываются ее слои ионосферы (Е, F1, F2) и выбирается наибольшая из полученных. На трассах протяженностью до 2000 км наибольшая МПЧ часто определяется отражением от слоя Е, на трассах (2000-3000) км – отражениями от слоя F1 и на трассах большей протяженности – отражениями от слоя F2 . На трассах более 4000км волны испытывают несколько отражений от ионосферы и поверхности Земли. Число отражений от ионосферы на трассе определяется округлением до ближайшего числа значения, полученного по формуле: N = r/(3500-4000), где: N-число отражений от ионосферы; r - протяженность трассы, км. Для расчета МПЧ при отражении от слоя F2 необходимо иметь карту мира, ионосферную карту прогноза МПЧ и карту дуг большого круга, выполненные в одном масштабе. Ионосферные карты для слоя F2 представляют собой контурные карты с нанесенными на них линиями равных значений МПЧ. Одна группа ионосферных карт содержит значения критических частот, отмеченные индексом F2 – 0 – МПЧ. Вторая группа ионосферных карт содержит значения МПЧ для односкачковых трасс протяженностью 4000 км и обозначены индексом F2 – 4000 – МПЧ.
* |
10. Особенность распространения длинных и сверхдлинных волн.
осуществлять радиосвязь на столь же больших расстояниях.
| 11. Особенность распространения коротких волн. Из-за значительных потерь энергии в почве дальняя связь поверхностными волнами в диапазоне ВЧ редко превышает 100 км Пространственное распространение волн, напротив, с повышением частоты улучшается благодаря уменьшению потерь. Причина этого состоит в высокой концентрации свободных электронов в ионизированном разреженном газе на больших высотах, что приводит к относительно высокой электропроводности слоя атмосферы и создает способность хорошо отражать к Земле падающие на него волны Источником отраженных волн служат колеблющиеся электроны Воздействуя на свободные электроны падающая волна вызывает их колебания т е переменные токи излучение волн переменными токами в ионосфере и образует отраженную волну Ионосфера для электрического тока - проводник далеко не идеальный Колебания электронов в ионизированном слое приводят к их столкновениям смолекулами газа. При столкновениях часть энергии полученной электронами от электромагнитной волны превращается в тепло. Поскольку в итоге этого процесса в тепло переходит часть энергии поля, происходит уменьшение его напряженности, а, следовательно, и силы сигнала принимаемого на Земле. При повышении частоты, т.е. при сокращении периода колебаний расстояние свободного пробега электрона за период соответственно уменьшается. В результате уменьшается и вероятность столкновения а следовательно уменьшается и потеря энергии волн. Благодаря меньшему поглощению отраженная пространственная волна оказывается достаточно сильной для удовлетворительного приема сигналов при сравнительно небольшой мощности передатчика. В 20-е годы это свойство радиоволн диапазона ВЧ было открыто радиолюбителями в разных странах и позволило им устанавливать и поддерживать между собой радиосвязь на волнах короче 200 м на расстояниях в тысячи километров при мощности передатчиков всего лишь в десятки и сотни ваттОтражение волн от гладкой поверхности получается, как известно зеркальным угол падения волн равен углу отражения Ионосфера в отличие от зеркала неоднородна и неровна поэтому волны отражаются от нее в разных направлениях, т е имеет место не точно зеркальное а в существенной степени рассеянное отражение. На рисунке 15 схематически показано это свойство отраженных волн образующих сравнительно широкий луч 1. Между сравнительно небольшой зоной распространения по- верхностной волны и территорией, в которую приходят пространственные волны, образуется мертвая зона. Часть энергии волн может вообще не отразиться к Земле, а распространяется в слое как в проводнике, на рисунке 15 эта траектория волны обозначена цифрой 2. Если волны испытывают в ионизированном слоенедостаточное преломление, то они уходят в заатмосферное пространство; этому случаю соответствует траектория 3. | 12. Особенность распространения УКВ (метровые, дециметровые, сантиметровые). Волны микроволновых диапазонов распространяются подобно свету прямолинейно. Дифракция в этих диапазонах проявляется слабо. Волны, излученные под углом к земной поверхности, уходят в заатмосферное пространство практически без изменения траектории, это свойство позволило успешно применить микроволны для космической связи.
Поскольку волны отражаются от земной поверхности, в месте приема, как видно из рисунка 16, в, возможна интерференция лучей, как следствие возникают интерференционные замирания и искажения передаваемых сообщений. При сравнительно высокой мощности передатчиков дальность связи может значительно превышать показанную на рисунке 16,б. Влияние неровностей земной поверхности и различия почв на нижние слои воздуха, различие и соответственно неодинаковое влияние растительного покрова на отдельных участках территории, над которой распространяются волны, наличие рек и водоемов, а также поселков и инженерных сооружений и приведет к образованию в атмосфере зон с различной температурой и влажностью, локальных потоков воздуха и т.п. В этих зонах, возникающих на высотах до нескольких километров, происходит рассеяние волн, как это схематически показано на рисунке 16, г. В этом случае часть энергии волн достигает пунктов, отстоящих от передающей антенны на расстояние, в несколько раз превосходящее дальность геометрической видимости. При значительной мощности передатчика остро направленных антеннах и приемнике с высокой чувствительностью рассеяние волн в тропосферных неоднородностях на высотах 2-3 км позволяет получить радиосвязь на расстояниях в сотни километров, что в 5-10 раз больше расстояния геометрической видимости.
|
13. Зоны Френеля. Особенности расчета. Зона Френеля - это часть поверхности фронта электромагнитной волны, охватывающая вторичные источники, элементарные волны которых в точке В расходятся по фазе не более чем на 1800, при этом соседние зоны Френеля создают в точке В противофазные поля. Математически размер зоны определяется выражением:
Если перемещать воображаемую поверхность S вдоль линии АВ, то окружности радиуса Области пространства между двумя соседними эллипсоидами вращения являются пространственными зонами Френеля (см. рисунок 3). Несмотря на то, что площади зон Френеля
на плоскости S одинаковы, амплитуды, создаваемых ими полей в точке В убывают с ростом n, так как при этом ( Как показывают расчеты и эксперимент, вследствие взаимной компенсации противофазных полей соседних зон Френеля результирующее поле в точке В определяется действием лишь вторичных излучателей, расположенных в пределах 1/3 первой зоны Френеля (n = 1/3) с радиусом
| 14. Особенность распространения радиоволн при связи с космическими аппаратами.
Траектория искусственных спутников Земли имеет три характерных участка: 1) На начальном, стартовом, участке спутник движется в сравнительно плотных слоях атмосферы; 2) На втором участке траектории скорость движения спутника несколько превышает первую космическую скорость, и движение вокруг Земли происходит по эллиптической орбите в сильно разреженной атмосфере; 3) Третий участок траектории соответствует возвращению спутника, вхождению его в плотные слои атмосферы. У невозвращаемых спутников третий участок траектории отсутствует. Особенности связи на первом и третьем участках обусловлены тем, что вблизи спутника образуется скопление ионизированного газа большой электронной плотности (на несколько порядков больше электронной плотности ионосферы). Причиной образования ионизации на первом участке траектории является отработанный газ двигателя, а на третьем – термодинамический нагрев воздуха при движении спутника в плотных слоях атмосферы со сверхзвуковой скоростью. На первом и третьем участках траектории расстояние от наземных станций до спутника невелики и связь осуществляется в пределах прямой видимости. На втором участке в зависимости от высоты нахождения спутника и от длины рабочей волны связь возможна как в пределах прямой видимости, так и за её пределами. На условия связи оказывает влияние тропосфера и ионизированные слои атмосферы Земли.
| 15.Распространение радиоволн оптического и инфракрасного диапазонов. К оптическому диапазону относятся электромагнитные колебания с длиной волны 0,39—0,75 мкм, воспринимаемые человеческим глазом. К инфракрасному диапазону относятся волны длиной 0,75—1000 мкм, занимающие промежуточное положение между оптическими и миллиметровыми волнами. Инфракрасный диапазон делят на три области: ближнее инфракрасное излучение—от 0,75 до 1,5 мкм, среднее—от 1,5 до 5,6 мкм и дальнее—от 5,6 до 1000 мкм. Границы спектров оптических, инфракрасных и миллиметровых волн взаимно перекрываются. Оптическое излучение возбуждается за счет энергии перехода в атомах и молекулах излучающего тела. ИК излучение возникает в результате колебательных и вращательных движений атомов и молекул вещества. Оптические и ИК волны могут фокусироваться линзами и зеркалами, менять свое направление при отражении и преломлении, разлагаться в спектр призмами. ИК волны подобно радиоволнам, могут проходить сквозь некоторые материалы, непрозрачные для оптических волн. ИК волны нашли широкое применение в различных отраслях промышленности. ИК системы, создаваемые для обнаружения источников излучения в военном деле и промышленности, значительно меньше, проще и дешевле радиолокационных систем аналогичного назначения. Простота схем и конструкций таких приборов объясняется применением оптики, что дает возможность конструировать приборы из более мелких и прочных деталей. В ИК системах отсутствует вредное явление боковых лепестков диаграммы направленности излучателей, присущее радиолокационным системам. Главным преимуществом многих ИК систем является отсутствие передатчика — используется излучение от целей, которые или сами являются источниками ИК или отражают излучение естественных ИК источников. Такие системы называются пассивными. Активные ИК системы имеют мощный источник ИК, излучение которого, отфильтрованное в узком участке спектра, концентрируется с помощью оптической системы и направляется в виде узкого пучка на цель. ИК системы обладают высокой разрешающей способностью. Первые советские искусственные спутники Земли обнаруживались и регистрировались наряду с другими методами по их ИК излучению. При использовании оптического и ИК диапазонов для целей связи преимуществом является возможность передачи большого количества информации, поскольку спектр этих диапазонов достигает 10 МГц. Системы связи оказываются помехозащищенными благодаря применению узкополосных фильтров и большой направленности излучения. Предполагается, что такие системы могут быть использованы также для космической связи и локации.
|
16. Построение трассы распространения волн УКВ диапазона. Расчет поправки на кривизну земной поверхности. УКВ волны (ультракороткие волны) – это радиоволны длиной от 10 м до 1 миллиметра. По условиям отражения радиоволн участки трассы м.б. гладкие, зеркальные, или шероховатые В зависимости от условий местности и высоты антенн, трассы м.б. открытые, полуоткрытые и закрытые. Открытой трассой принято называть трассу, у которой прямая линия, соединяющая центры передающей и приемной антенны (линия прямой видимости), проходит выше всех точек местности (рельефа, леса, строений). Закрытая трасса имеет формы рельефа и местные предметы такой высоты, которые значительно возвышаются над линией прямой видимости. Просветом трассы (клиренсом) называется пространство по высоте между высшими точками земной поверхности и линией прямой видимости. Величиной закрытия трассы называется высота препятствия (экрана) на трассе выше линии прямой видимости. Для построения трассы распространения волн УКВ диапазона необх-мо выпол-ть некот-е расчеты:
Н1,Н2 – высоты низкой и высокой точек трассы.;D - длина интервала. d - расстояние от точки 1 до промежуточной точки (препятствия). h - поправка на кривизну Земли. h1 - понижение горизонта относ-но середины интервала. Без учета рефракции: С учетом рефракции: Для построения профиля интервала трассы необходимо: *соединить на карте прямой линией точки, между которыми строится профиль, и определить ее длину; *определить по горизонталям абсолютные высоты крайних и промежуточных точек и подписать их на карте, в качестве промежуточных точек выбираются характерные, самые высокие и самые низкие точки по трассе (точки перегиба); *для промежуточных точек определить значение ∆Н; *выбрать наиболее целесообразные масштабы построения профиля, горизонтальный масштаб зависит от длины интервала трассы, вертикальный – от величины разности высот точек по трассе. | 17. общие сведения о пеленговании излучающих объектов. Ошибки пеленгования. В современных условиях для определения местоположения излучаемых информационных систем и целей навигации широко используется радиопеленгование. Радиопеленгованием называется процесс определения направления на передающую (излучающую) информационную систему. РАДИОПЕЛЕНГОМ называется угол Для определения местоположения излучающей информационной системы необходимо иметь, по крайней мере, два радиопеленгатора, расположенных на определенном расстоянии друг от друга. Это расстояние называется ГОНИОБАЗОЙ или просто базой, длина которой зависит от глубины пеленгования. Она должна обеспечивать пересечение продолженных линий (пеленгов) на карте под углом не менее 300 и не более 1500. Наиболее благоприятными базами являются варианты баз, когда пеленги на карте пересекаются под углом (60-90)0. С увеличением числа пеленгаторов точность определения местоположения излучающих информационных систем возрастает. Точность определения местоположения пеленгуемой излучающей системы зависит от многих причин, в частности: -от точности определения точки стояния радио пеленгаторов на карте; -точности измерения пеленгов; -точности прокладки их на карте; -точности карт. Угловые ошибки, допущенные при прокладке пеленгов на карте, по абсолютной величине влияют так же существенно, как и ошибки, допускаемые при определении пеленгов. Эти ошибки возрастают с увеличением дальности и зависят от точности построения (откладывания) пеленга на карте и точности картографического материала. Точность определения координат пеленгуемых станций зависит: - от ошибок самих пеленгаторов;- от неточности ориентирования антенн и прокладки пеленгов по карте; - от ошибок координат точек расположения пеленгаторов; - от ошибок картографического материала.
| 18. Топографическое обеспечение радиолиний телевизионного диапазона. Чем выше антенна, тем больше предел видимости (дальность прямой видимости), конечно нужно учитывать местность (рельеф, лес, строения). Топографическое обеспечение – обеспечивают трассы и районы связи топографическими картами, и учитывает влияние крутизны Земли и рефракционное влияние. Еще необходимо учитывать - учет влияния местных предметов - в точке отражения не должно быть зеркального эффекта, лучше – небольшой бугорок, лес - выбор по карте подъездок к месту установки антенны - подготовка данных по карте для ориентации антенны Рекогносцировка – это сравнение карты с реальной местностью. Поправка между меридианом и линиями сетки – 60. В городе релейные трассы расположены на глубоком расстоянии (в пределах видимости)
h1,h2 - высоты поднятия антенны. Ориентация по местности - по сторонам света - по окружающей местности - по карте - по системе триангуляции (пункты, которые разбивают территорию на треугольники). Суть триангуляции На всей территории гос-ва вдоль меридианов и параллелей на ρ=200-40 км друг от друга прокладывают сети треугольников, треугольники разбиваются еще на треугольники, затем более мелкие деления вершин триангуляции находящиеся на ρ видимости.
|
12 ОБРАТНАЯ СТОРОНА Неоднородности существуют и на больших высотах в ионосфере, здесь они проявляются в неравномерности концентрации свободных электронов и в них тоже происходит рассеяние волн. При достаточно большой мощности передатчика ионосферное рассеяние волн позволяет получить устойчивую радиосвязь на расстояниях 1- 2 тысячи км. Существуют и другие виды дальнего распространения волн преимущественно диапазонов УВЧ и СВЧ Они проявляются при образовании в атмосфере протяженных и сравнительно четко выраженных неоднородностей в виде слоя. Волны распространяются внутри подобного слоя, последовательно отражаясь от его границ либо между поверхностью земли и нижней границей слоя. Еще один вид дальнего распространения в микроволновых диапазонах - отражение от следов метеоров. В атмосферу непрерывно проникают, сгорая в ней, потоки небольших метеоров. Этот процесс тоже имеет следствием возникновение неоднородностей (в отличие от предыдущих - временных), способных эффективно отражать волны. Поскольку он неравномерен во времени, условия распространения хаотично изменяются. По этой причине метеорное распространение волн применяется в специальных системах радиосвязи, учитывающих его специфические особенности. | 11 ОБРАТНАЯ СТОРОНА
Малая плотность атмосферы на больших высотах приводит к уменьшению числа свободных электронов, тогда как на малых высотах ионизирующее действие солнечных лучей ослаблено при прохождении их через более толстый слой воздуха. На относительно небольших высотах 60 - 80 км располагается слой, обозначаемый D, в котором концентрация свободных электронов невелика. Выше располагаются слои Е, F1 и на высотах 300 400 км - слой F2, для которого характерна наибольшая концентрация электронов. Состояние этих слоев сильно зависят от времени года и суток, а также от текущего состояния солнечной активности, которая изменяется с периодом 11 лет. Волны разной длины могут отражаться в разных слоях, либо вовсе не отражаться. Отсутствие отражений наблюдается при излучении волн под большим углом по отношению к поверхности Земли и при относительно высоких частотах. Максимальная частота, при которой при данном угле наблюдается отражение, называется "максимально применимой частотой" Волны с более высокими частотами уходят в мировое пространство Рабочую частоту выбирают несколько ниже максимально применимой. | 10 ОБРАТНАЯ СТОРОНА отражение от земной поверхности и волны вновь падают на ионосферу. Отражаясь вторично, они достигают еще более отдаленной зоны С. Далее возможны и последующие подобные отражения. Такое распространение называется многоскачковым. Оно делает возможной радиосвязь на почти неограниченные расстояния. Высота и степень ионизации отражающего слоя зависят от интенсивности солнечной радиации. Поэтому в течение суток и в разные сезоны условия распространения изменяются. На эти условия влияют также изменения солнечной активности. По этим причинам длина траектории пространственной волны изменяется, а также изменяется и степень отражения. В итоге сигнал, проходящий в место приема, может иметь изменяющийся фазовый угол, и амплитуда его также непостоянна.
Если волны взаимно противоположны, т. е. угол их взаимного сдвига близок к 180°, то происходит их взаимное вычитание. В случае малого различия волн по величине напряженность результирующего поля падает домалых величин, в результате чего радиоприем может быть сильно затруднен или невозможен.Явление ослабления радиосигналов вследствие различных процессов при распространении волн называется замиранием. Распространение волн в место приема по разным путям называется многолучевым. Замирания, вызванные интерференцией при многолучевом распространении, называются интерференционными. В диапазонах НЧ и ОНЧ глубокие интерференционные замирания сравнительно редки и радиосвязь обычно устойчива. Волны диапазона ОНЧ обладают способностью проникать на сравнительно большую глубину в поверхностный слой земли и даже в морскую воду. Это делает возможной связь в диапазоне ОНЧ с подземными и подводными объектами. |
15.ОБРАТНАЯ СТОРОНА Оптические и ИК волны испытывают ослабление при прохождении атмосферы, особенно если она насыщена водяными парами и пылью. Подобно радиоволнам, эти волны рефрагируют в неоднородной атмосфере. Излучающие и отражающие тела, если они не являются целью, создают фон, мешающий работе системы и проявляющийся как вредный шум. |
| 13 ОБРАТНАЯ СТОРОНА
|
| 17 обратная сторона
|
Вывод формул для h и h1:
|
Дата добавления: 2015-10-21; просмотров: 135 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |
Луч 1, соотв. не слишком короткой волне, сильно преломляется в слое Е и возвращается на поверхность земли. (отражается слоем Е). Лучи 2 и 3, соотв. более КВ, проходят слой Е насквозь, т.к. его ионизация недостаточна чтобы возвратить их. Ионизация слоя F2 недостаточна, чтобы вернуть на землю луч 3. Причина этого либо в том, что волна 3 очень коротка, либо луч входит в слой F2 почти под прямым углом. Такой луч уходит в межпланетное пространство. Точка возвращения на землю луча 2 отстоит от передатчика значительно дальше, чем луча 1.
- предел геометрической видимости без учета рефракции
- с учетом нормальной рефракции
- коэффициент ослабления свободного пространства
За пределами зоны радиовидимости регулярно сущ. поле УКВ, причем его напряженность иногда может достигать значительной величины. Это поле создается за счет рассеяния РВ на неоднородностях тропосферы и ур. поля подвержен хаотическим изменениям.
, (1)
(м), высоты расположения антенн 
(м) и мощности Р (Вт) определяют по формуле предложенной Б.А. Введенским:
(2)
то расчет по приведенной формуле дает хорошее совпадение с результатами измерения.
.
- высота отражения
→V=1 – поверхность идеальная. V=1 – нет подстилающей
-формула Введенского для распространения волн в свободном пространстве.
, w-множитель ослабления свободного пространства.
иногда может наблюдаться так называемый эффект усиления за счет препятствия. Это явление заключается в том, что препятствие на трассе увеличивает напряженность поля по сравнению с тем, которое было бы при отсутствии препятствия. При отсутствии горы на трассе (рисунок. 6) волна распространялась бы к приемной антенне, испытывая по мере удаления от передающей антенны сильное ослабление. При наличии этой горы волна распространяется до ее вершины двумя путями — прямым (АВ) и за счет отражения от поверхности Земли (АОВ). При благоприятных фазовых соотношениях прямой и отраженной волн на вершине горы они могут складываться, увеличивая напряженность результирующего поля. Вершина горы является, таким образом, переизлучателем электромагнитной энергии. В дальнейшем, от вершины до приемной антенны волны опять могут распространяться по двум путям, и в точке приема вновь возможно сложение прямой и отраженной волн. Усиление волны препятствием может быть использовано при осуществлении дальнего телевизионного приема, например в гористой местности.
Волны с длинами от 1 до 10 км, соответствующие диапазону НЧ, а также и ещё более длинные волны, превышают размеры большей части неровностей почвы и препятствий, поэтому при их распространении заметно проявляется дифракция. Благодаря дифракции волны огибают земную поверхность, холмы и даже горные хребты. Поскольку, однако, обогнув высокое препятствие, волны далее распространяются в свободном пространстве прямолинейно, возможно образование "мертвой зоны", в пределах которой прием сигналов затруднен или невозможен. Эта ситуация схематически показана на рисунке. Поверхностные волны индуцируют в почве ЭДС, создавая токи, которые преобразуются в тепло. В результате часть энергии волн поглощается. ЭДС индукции пропорциональна частоте колебаний, поэтому токи в земле, а соответственно и потери, возрастают с повышением частоты. Напротив, с понижением частоты потери энергии волн уменьшаются. По этой причине волны диапазонов НЧ и ОНЧ при одинаковой мощности излучения способны распространяться на большие расстояния, чем более короткие. При значительной мощности радиопередатчиков (десятки киловатт) напряжённость поля поверхностных волн этих диапазонов достаточна для приема сигналов на расстояниях в тысячи километров. Пространственные волны этих же диапазонов, если они распространяются в направлении ионосферы, отражаются ею и приходят на Землю на больших расстояниях. Такие пространственные (или небесные) волны, называемые в этом случае также ионосферными, позволяют
На рисунке изображена траектория волн, проходящих к ионосфере из пункта А и возвращающихся после отражения к Земле, где они приходят в зону В. Однако здесь в свою очередь происходит
Неспособность волн этих диапазонов огибать земную поверхность требует для радиосвязи обеспечения геометрической видимости между передающей и приемной антеннами. Как видно из рисунка 16, а и 16, б для выполнения этого условия необходимы достаточно высокие антенны.
(3)
опишут поверхности эллипсоидов вращения.
(4)
) - уменьшается, а 
- увеличивается. Поэтому результирующее поле в точке В в основном создается волнами вторичных излучателей, расположенных в пределах первых нескольких зон Френеля.
ф-ла опред-ния просвета/ закрытия трассы.;НПР - высота промежуточных точек с учетом высоты местных предметов. kd - превышение вследствие наклона линии 1-2.
- коэффициент, характеризующий наклон линии 1-2.
; 
;
; 
;
между северным направлением истинного меридиана и направлением на определенную излучающую информационную систему. Угол 
- предел геометрической видимости без учета рефракции
- с учетом нормальной рефракции
Полная картина физических процессов при прохождении волн через ионосферу очень сложна. Одна из главных причин этой сложности состоит в том, что фактически ионосфера не представляет собой один слой, а состоит из ряда слоев, обладающих неодинаковыми свойствами. Слоистость ее объясняется в значительной мере тем, что газовый состав ее не вполне одинаков на разных высотах, более легкие газы проникают на большие высоты, а с понижением высоты увеличивается содержание более тяжелых газов.
Дальнее ионосферное распространение волн может иметь для радиосвязи негативные последствия, если в зону приема одновременно приходят поверхностные и пространственные волны, как это изображено на рисунке. В пункте В происходит сложение волн - интерференция. При взаимном наложении интерферирующих волн амплитуда суммарных колебаний зависит от угла их взаимного сдвига по фазе, который по указанной выше причине может изменяться.
; 
; 
; 
; 
, 
разл.в ряд; 
, 
, из 
, 
, 
, 
;
; 
; 
- с учетом поправки на кривизну земн.поверхности. 
- с уч.попр. крив. по Введенскому