Большая База Рефератов - Распростарнение радиоволн - бесплатно рефераты, скачать рефераты, рефераты на тему

Распростарнение радиоволн

(1.1)

Мощность на входе приемника, согласованного с антенной, находящейся на расстоянии r от излучателя,

, (1.2)

где

— эффективная площадь приемной антенны, характеризующая площадь фронта волны, из которой антенна извлекает энергию.

Мощность Рпр.св удобно определять непосредственно через мощность Pизл и величину Dизл излучающей антенны:

. (1.3)

Это выражение называется формулой идеальной радиопередачи.

Ослабление мощности при распространении радиоволн в свободном пространстве, определяемое как отношение Рпр.св / Pизл, называют потерями передачи в свободном пространстве. При ненаправленных передающей и приемной антеннах это отношение B0 (дБ) рассчитывают по формуле:

, (1.4)

где Р — мощность, Вт; r — расстояние, км; ƒ — частота, МГц.

Применение направленных антенн эквивалентно увеличению излучаемой мощности в раз.

Напомним, что поляризация радиоволн определяется ориентировкой вектора напряженности электрического поля радиоволны в пространстве, причем направление вектора определяет направление поляризации [2].В зависимости от изменения направления вектора  поляризация может быть линейной, круговой и эллиптической. Вид поляризации радиоволн в свободном пространстве определяется типом излучателя (антенны). Например, антенна-вибратор излучает в свободном пространстве линейно поляризованную волну.

Для получения волн с круговой поляризацией достаточно иметь в качестве передающей антенны два линейных вибратора, смещенных в пространстве на 90° один относительно другого и питать их токами равной амплитуды со сдвигом по фазе на 90°. Радиоволны с круговой поляризацией излучают, например, спиральная и турникетная антенны. Подобный вид поляризации находит широкое применение в телевидении и радиолокации.

Эллиптически поляризованная волна может быть создана, например, с помощью антенн, в виде двух скрещенных вибраторов, плечи которых питают токами с разной амплитудой.

Для эффективного приема характер поляризации поля принимаемой волны и поляризационные свойства приемной антенны должны совпадать. Формулы (1.2) и (1.3) справедливы в случае совпадения характера и направления поляризации электрического поля и приемной антенны. Если совпадение отсутствует, мощность в приемной антенне уменьшается и в указанные формулы вводят поправки. Например, для наиболее эффективного приема волны с линейной поляризацией вибратор приемной антенны должен быть ориентирован параллельно вектору  . Если направление вектора  перпендикулярно оси приемного вибратора, то приема не будет.

1.2. Область пространства, существенная при распространении радиоволн. Метод зон Френеля

На формирование поля вблизи приемной антенны В (рис. 1.3,а) различные области свободного пространства, через которое проходят радиоволны от излучателя A, влияют в разной степени. Излучатель создает сферическую волну, каждый элемент фронта которой вновь является источником сферической волны. Новая волновая поверхность находится как огибающая вторичных сферических волн. Поле на некотором расстоянии от излучателя определяется суммарным действием вторичных источников. Основной вклад в эту сумму дают источники,
расположенные вблизи прямой А В. Действие вторичных смежных излучателей, расположенных на значительном расстоянии от этой прямой, взаимно компенсируется.

Областью, существенной при распространении радиоволн, называют часть пространства, в котором распространяется основная доля энергии. Неоднородности среды (например, препятствия на пути волны) влияют на характеристики поля в точке приема, если они охвачены областью, существенной при распространении. Эта область имеет конфигурацию эллипсоида вращения с фокусами в точках А и В (рис.1.3,б). Радиус поперечного сечения эллипсоида на расстоянии от точки A и расстоянии r0 от точки B определяется равенством:

rn+ rn=r0+ r0+n (l/2)

и может быть вычислен из уравнения ,

где - целое число.

Кольцевую область, построенную на плоскости S, перпендикулярной линии АВ, с радиусами Rn называют зоной Френеля номера n (рис. 1.3, в).

Если на пути распространения волны помещен экран с круглым отверстием (плоскость экрана перпендикулярна линии АВ), то при изменении радиуса отверстия (или перемещении экрана вдоль трассы) напряженность поля в точке В будет периодически изменяться (рис.1.4).

Рис. 1.3. К определению зон Френеля

а– формирование волнового фронта; б – к определению

размеров зон Френеля и конфигурация 1-й зоны вдоль трассы;

в - проекция зон Френеля на плоскость, перпендикулярную к направлению трассы

Рис. 1.4. Изменение напряженности поля за

экраном с круглым отверстием при

изменении радиуса отверстия R

(– радиус первой зоны Френеля)

Напряженность поля будет максимальной, когда радиус отверстия в экране равен радиусу первой зоны Френеля и радиусам зон Френеля со следующими нечетными номерами. При большом размере отверстия (больше радиуса шестой зоны Френеля) амплитуда напряженности поля стремится к Em св (рис.1.4), поэтому радиус поперечного сечения области, существенной при распространении, считают равным радиусу зоны Френеля с номерами 6—10. Однако для ориентировочных
расчетов часто размер существенной области можно принять равным радиусу первой зоны Френеля.

1.3. Вопросы для самопроверки

1. Какие существуют классификации диапазонов радиоволн? Приведите эти классификации.

2. Почему существует тенденция к освоению всё более высокочастотных диапазонов радиоволн?

3. Какова последовательность проектирования линий радиосвязи?

4. Какие факторы оказывают влияние на виды путей распространения радиоволн?

5. Запишите формулу идеальной радиопередачи. Поясните ее.

6. Какие существуют виды поляризации радиоволн?

7. Почему для эффективного приёма необходимо учитывать характер поляризации принимаемой волны и поляризационные свойства приемной антенны?

8. Какая часть пространства называется областью, существенной при распространении радиоволн?

9. С какой целью вводится понятие зон Френеля?

10. Изобразите и поясните график зависимости величины напряженности поля за непрозрачным экраном от радиуса отверстия в этом экране.

2. ВЛИЯНИЕ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ НА РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН

2.1. Поглощение радиоволн различными видами земной поверхности

Конечные пункты радиолиний в большинстве случаев расположены в непосредственной близости от поверхности Земли. Присутствие полупроводящей поверхности Земли вызывает поглощение и отражение радиоволн, иногда с изменением поляризации волны. Количественно эти явления зависят от электрических параметров земной поверхности: диэлектрической проницаемости ε и проводимости (табл.2.1). Величины ε и определяются экспериментально по поглощению радиоволн земной поверхностью и отражению от нее и зависят от структуры земной поверхности, ее влажности, слоистости, температуры, а также от рабочей частоты.

Из табл.2.1 видно, что с повышением частоты (уменьшением длины волны) ε морской и пресной воды убывает. Это убывание ε вызвано тем, что молекулы воды полярны и при повышении частоты не успевают ориентироваться в направлении электрического поля.

Почва является сложным диэлектриком, состоящим из твердого компонента — сухого грунта и жидкого компонента — водного раствора солей. Величины ε и жидкого компонента существенно больше, чем твердого компонента, и электрические параметры почвы определяются в основном свойствами жидкого компонента.

Условия распространения радиоволн в среде характеризуются тангенсом угла потерь в среде, численно равным отношению плотностей токов проводимости и смещения [1]

Если , то в среде преобладает ток смещения и она по своим свойствам приближается к диэлектрику. Если же , то в среде преобладает ток проводимости и ее свойства приближаются к свойствам проводника. Равенство плотностей токов проводимости и токов смещения наступает при определенной граничной длине волны lгр. Так, для морской воды

Поэтому для радиоволн сантиметрового диапазона морская вода может рассматриваться как диэлектрик. Для влажной почвы