1Понятие о волнах плоские волны

Название	1Понятие о волнах плоские волны
Анкор	1-40.docx
Дата	16.06.2018
Размер	371.08 Kb.
Формат файла
Имя файла	1-40.docx
Тип	Документы #20380
страница	4 из 5

1 2 3 4 5

25 Особенности распространения радиоволн различных диапазонов Распространение сверхдлинных волн. (3-30кГц) Сверхдлинные (мириаметровые) волны имеют частоты менее 30 кГц. В этом диапазоне практически любые природные среды, образующие подстилающую поверхность, хорошо отражают радиоволны, приближаясь по своим свойствам к идеальному проводнику. С другой стороны, сравнительно низкая частота колебаний обусловливает практически полное отражение сверхдлинных волн даже от самых нижних, наименее плотных ионосферных слоев D и Е. В результате эти волны распространяются в сферическом приземном «волноводе» Земля — ионосфера. При современной технике генерирования и приема радиоволн дальность сверхдлинноволновых радиолиний может составлять несколько тысяч километров. Распространение сверхдлинных волн выгодно отличается постоянством уровня сигнала в разное время суток и в различные сезоны года. Радиоканалы имеют очень малую скорость передачи информации и пригодны в основном для работы в телеграфном режиме. Распространяются в ионосфере, хорошо отражаются от любых поверхностей, что позволяет использовать в наземной ,подводной радиосвязи для навигации судов и самолётов. Распространение длинных волн. (30-300кГц) Распространяются на земной и пространственной волне. Сравнительно низкая частота длинных волн приводит к тому, что они хорошо отражаются ионосферой как в дневные, так и в ночные часы. С этим обстоятельством связана высокая устойчивость работы длинноволновых радиоканалов. Распространение длинных волн сопровождается потерями за счет конечной проводимости подстилающей поверхности, а также за счет дифракции. Основные области применения длинных волн — радиовещание, служебная телеграфная связь и навигация. Большой недостаток длинноволнового диапазона — его относительная узкополосность. Здесь полная ширина всего диапазона частот не превышает 270 кГц; Это обстоятельство ограничивает число радиоканалов, способных одновременно работать в длинноволновом диапазоне без взаимных помех. Распространение средних волн. (300кГц-3мГц) Условия распространения средних (гектометровых) волн оказываются различными в дневные и в ночные часы. Днем эти радиоволны сильно поглощаются в низколежащем слое D ионосферы. Поэтому они могут распространяться лишь в форме земных волн на сравнительно короткие расстояния до 1000 м.	26. Условия излучения Уравнение Гельмгольца[1]: $c:\users\игорь\desktop\0de91fa682fc2ced4f578dc5f22dd96a.png$ - имеет не единственное решение в классе (обобщённых) функций, обращающихся в нуль на бесконечности, то чтобы выделить класс единственности решения (из соображений удобства выбрать конкретное решение) в неограниченных областях, необходимо потребовать дополнительных ограничений решения на бесконечности. Этими ограничениями и явились условия излучения Зоммерфельда: $c:\users\игорь\desktop\1a8e071c5db4ec87e767a9beda4f6cf5.png$ $c:\users\игорь\desktop\590bda70c2fc88c57b16d58c6a3e8d05.png$ Условия излучения(1) отвечают уходящим на бесконечность волнам, а условия $c:\users\игорь\desktop\2fa6729a7b214f2d1bd16624e5db9b6f.png$ волнам приходящим из бесконечности. Для гармонических функций (К=0)условия излучения вытекают из единственного требования: $c:\users\игорь\desktop\c7f1d01eb55ae52ba180717511452b96.png$ Также можно показать, что приК0 всякое решение однородного уравнения Гельмгольца, удовлетворяющее второму из условий(1) и $c:\users\игорь\desktop\2fa6729a7b214f2d1bd16624e5db9b6f.png$ удовлетворяет и первому условию: $c:\users\игорь\desktop\47ae9e4170ceb284a260fb0d0294e534.png$	27 Зоны Френеля 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: (3)Если перемещать воображаемую поверхность S вдоль линии АВ, то окружности радиуса опишут поверхности эллипсоидов вращения. Области пространства между двумя соседними эллипсоидами вращения являются пространственными зонами Френеля (см. рисунок 3). Несмотря на то, что площади зон Френеля (4) на плоскости S одинаковы, амплитуды, создаваемых ими полей в точке В убывают с ростом n, так как при этом () - уменьшается, а r'(r'') - увеличивается. Поэтому результирующее поле в точке В в основном создается волнами вторичных излучателей, расположенных в пределах первых нескольких зон Френеля. 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 . (5) Величина имеет важное практическое значение, так как определяет размеры области существенной для распространения радиоволн.
28 Корреляционные замирания Пространственная корреляция замираний. Если двух разнесенных точек приема достигают волны, распространяющиеся в достаточно разнесенных областях атмосферы, где флуктуации параметров протекают некоррелированно, то в этих двух точках приема процесс флуктуации поля протекает также некоррелированно. Статистическая связь замираний в двух пространственно-разнесенных точках описывается пространственной корреляционной функцией k(l). Поскольку статистическая связь замираний уменьшается по мере увеличения пространственного разноса l, то k(l) есть убывающая функция. Принято считать, что замирания статистически независимы, если k(l) убывает до значения k(l_м) = 1 / е = 0,37. Соответствующее значение l = l_M называетсямасштабом пространственной корреляции замираний. Вид функции k(l) и значение l_м зависят от механизма распространения. Частотная корреляция замираний. При одновременной передаче информации на двух частотах статистическая связь между интерференционными замираниями уменьшается по мере увеличения частотного разнесения. Это связано с тем, что пространственный набег фаз есть функция частоты поля ∆φ = 2πf∆r / c₀. Статистическая связь замираний на двух частотах, разнесенных на величину ∆f, описывается частотной корреляционной функцией k(∆f). Значение ∆f = ∆f_M, при котором k(∆f) = 1 / е, называется масштабом частотной корреляции. Временная корреляция замираний. Если наблюдать изменения уровней сигнала, разнесенных во времени на интервале ∆t, то по мере увеличения ∆t обнаруживается все меньшая статистическая связь между замираниями, поскольку меняется мгновенная картина распределения параметров атмосферы. Статистическая связь замираний при временном разнесении характеризуется временной корреляционной функцией k(∆t) значением масштаба временной корреляции ∆t_М при котором k(∆t_М) = 1 / е	29 Искажения сигналов в тракте распространения Существуют две причины искажения сигналов, связанные с трактом распространения, - флуктуирующая многолучевость и дисперсионные свойства ионосферы. Только на космических линиях, где связь осуществляется прямой волной, дисперсия является основной причиной искажений. При всех остальных механизмах распространения искажения определяются флуктирующей многолучевостью. Рассмотрим этот вид искажений. Каждый сигнал несет информацию в пределах некоторой полосы частот от f_H= f₀- f доf_B= f₀+ f. Чем больше отличаются f_н и f_B, тем меньше коэффициент корреляции между интерференционными замираниями на отдельных частотных составляющих спектра сигнала, т.е. в большей степени проявляется частотная избирательность замираний. Это означает, что в один и тот же момент времени некоторые составляющие спектра сигнала будут усилены, а другие ослаблены, т.е. произойдет искажение формы сигнала. Для того чтобы искажения не превышали определенной нормы, полоса сигнала должна быть ограничена ∆f_тах « 1 / ∆t_тах , где ∆t_тах- максимальное время запаздывания нескольких волн, приходящих в точку приема, зависящее от механизма многолучевого распространения. При передаче импульсных сигналов все сказанное выше остается в силе, но появляется еще один аспект влияния многолучевости. Если импульсные сигналы, распространяясь по различным траекториям, приходят в точку приема с определенным временем запаздывания, то при их наложении длительность результирующего импульса отличается от исходной, т.е. возникают временные искажения. Для того, чтобы эти искажения не превышали допустимого значения, 38.2 длительность импульса должна быть в несколько раз больше максимального времени запаздывания, т.е. скорость передачи информации ограничивается условиями распространения. Рассмотрим теперь дисперсионные искажения, возникающие при передаче информации через ионосферу. Ионосфера относится к классу диспергирующих сред, в которых фазовая скорость распространения вол- ны с частотой f с_ф= с₀/ n(f), где n(f) = - коэффициент преломления ионосферы; с₀ - скорость света в свободном пространстве. При распространении в такой среде сигнала с частотным спектром 2∆f каждой спектральной составляющей соответствуют своя фазовая скорость и соответственно свое время распространения. В результате отдельные составляющие достигают точки приема с некоторыми сдвигами по времени, что и является причиной дисперсионных искажений. При передаче информации в аналоговой форме дисперсионные искажения считают малыми, если ∆f_max∆t_max« 1 , где ∆t_m_ах — максимальная разность во времени распространения крайних составляющих спектра сигнала. При импульсной работе считают, что импульс почти не искажается, если его длительность , где r- путь, проходимый импульсным сигналом; ψ(f) - параметр, зависящий от дисперсионных свойств среды.	30 Характеристики источников линий помех Наибольшее влияние на характеристики связи имеют шумы приемной антенны и входных каскадов приемника. Это обусловлено тем, что шумы каскадов, расположенных ближе к входу приемника, получают такое же усиление, как и принимаемые сигналы. Шумы последующих каскадов усиливаются в меньшей степени, поэтому их вклад в результирующий шум на выходе приемника значительно меньше, чем шумов, поступающих с входных устройств. Внутренние шумы электронных устройств проявляются во всех частотных диапазонах, используемых в радиосвязи. Удельный вес внутренних шумов возрастает с увеличением частоты, и в диапазоне сверхвысоких частот их значение становится преобладающим, так как доля остальных видов помех может быть значительно снижена. Внешние помехи обусловлены действием источников помех, не вызванных функционированием данного канала связи. По месту возникновения эти помехи можно разделить на следующие составляющие. Атмосферные помехи обусловлены электрическими явлениями в атмосфере (грозы, молнии и т.д.). Спектр атмосферных помех сосредоточен преимущественно в области низких частот, и наибольшее влияние атмосферные помехи оказывают на средства радиосвязи длинноволнового диапазона. Космические шумы вызываются радиоизлучением каких-либо объектов космоса, например, каких-либо созвездий. Солнце также является источником излучений в радиодиапазоне. На шумовые характеристики излучения Солнца, в частности, влияют солнечные пятна. Космические шумы оказывают наибольшее влияние на системы спутниковой связи, особенно при совпадении направлений приема полезных сигналов и источников шумовых излучений. Индустриальные помехи вызываются непреднамеренным электромагнитным излучением электрического или электронного оборудования. В их числе могут быть установки промышленного, транспортного, медицинского, научного назначения. Источником подобного излучения обычно выступают цепи, в которых осуществляется коммутация сильных токов, сварочные аппараты, коллекторные электродвигатели и т.д. Уровень таких незапланированных излучений ограничивается нормами на предельно-допустимые уровни излучения. На местах возникновения таких помех принимаются меры для уменьшения уровня излучения. Спектр индустриальных помех тяготеет к низкочастотному диапазону, и уровень частотных составляющих помехи падает с ростом частоты. В то же время, современные электронные устройства, не предназначенные для работы с радиоволнами, являются источниками радиоизлучения. В первую очередь это касается цифровых устройств, например, компьютеров. Спектр излучения таких устройств определяется быстродействием его основных процессов и распространяется в область высоких частот.
31 Распространение УКВ на наземных радиолиниях. Ультракороткими называются радиоволны короче 10 м (частота выше 30 МГц). Со стороны более низких частот диапазон УКВ примыкает к коротким волнам, а со стороны высоких частот граничит с длинными инфракрасными лучами. Граница УКВ определена тем, что на этих волнах, как правило, не может быть удовлетворено условие отражения радиоволн от ионосферы (1.01). Диапазон УКВ можно разбить на четыре поддиапазона: метровый—от 10 до 1 м (30—300 МГц), дециметровый—от 1 до 10 см (300—3000 МГц), сантиметровый—от 10 до 1 см (3000—30 000 МГц) и миллиметровый—короче 1 см (выше 30000 МГц). Каждый из поддиапазонов находит применение в технике. Так, диапазон метровых волн используется в телевидении и частотно-модулированном вещании, а в последнее время—для осуществления радиосвязи на дальние расстояния. Диапазоны дециметровых и сантиметровых волн используются в телевидении, радиолокации и многоканальной связи. Каждый из поддиапазонов имеет свои особенности распространения, но основные положения свойственны всему диапазону УКВ. На УКВ, как правило, применяют направленные антенны, поднятые над поверхностью Земли на значительную высоту в масштабе длины волны. Поверхность Земли нельзя считать ровной, имеет место рассеяние радиоволн при отражении. Сантиметровые волны испытывают поглощение в тропосфере. Встречающиеся в практике случаи распространения УКВ удобно классифицировать следующим образом. 41.2 1. Распространение УКВ на расстояния, значительно меньше расстояния прямой видимости: (до 5—6 км), когда можно пренебречь сферичностью Земли и считать ее плоской. 2. Распространение УКВ на расстояния, не превышающие расстояние прямой видимости: (до 50—60 км) или ненамного превышающие это расстояние (до 80—100 км). На этих расстояниях существенное ослабляющее действие оказывает сферичность Земли. Тропосферная рефракция большей частью улучшает условия приема, но в то же время приводит к возникновению замираний. 3. Распространение УКВ на те же расстояния, но в гористой местности или в большом городе, когда на пути волны имеются значительные препятствия. 4. Распространение УКВ (сантиметровых и дециметровых) на большие расстояния—до 200—1000 км путем рассеяния на неоднородностях тропосферы. 5. Распространение УКВ (метровых) на расстояния свыше 1000 км путем отражения от ионосферы и рассеяния на ее неоднородностях.	32 Расчет поля в освещенной зоне с учетом рефракции. Уверенным приемом называют такие условия приема передач, когда независимо от погоды, состояния солнечной активности, времени суток и года, температуры и влажности воздуха, а также других факторов обеспечивается прием программ заранее выбранного телевизионного передатчика. Официальная зона уверенного приема определяется расстоянием прямой видимости передающей антенны до точки установки приемной антенны. При этом исходят из того, что ультракороткие волны (УКВ), на которых ведутся телевизионные передачи, распространяются прямолинейно, подобно свету, не огибают земную поверхность и не отражаются ионосферой в противоположность волнам коротковолнового диапазона. В связи с тем, что поверхность -емли шарообразна с радиусом сферы около 6370 км, можно вывести следующую формулу для определения максимальной дальности, соответствующей прямой видимости: D=3,57(H^0.5+h^0.5), где D - максимальная дальность прямой видимости, км; Н - высота передающей антенны, м; h - высота приемной антенны, м. Формула не учитывает фактического рельефа местности и предполагает, что антенны установлены на идеально ровной сферической поверхности -емли. Кроме того, при распространении радиоволн УКВ диапазона все-таки имеют место и дифракция, и рефракция радиоволн. Дифракцией радиоволн называют явления, возникающие при встрече радиоволн с препятствиями, когда они огибают препятствие и проникают в область тени, отклоняясь от прямолинейного пути. Когда передающая и приемная антенны разделены выпуклостью земного шара, дифракция радиоволн является одной из причин приема сигналов за пределами прямой видимости. Эффект дифракционного проникновения радиоволны в область тени зависит от соотношения между размером препятствия и длиной волны и выражен тем сильнее, чем больше длина волны. Поэтому в диапазоне УКВ, где длина волны сравнительно мала, эффект дифракции не так велик, как в диапазоне длинных или средних волн, но все-таки имеет место. Распространению радиоволн за пределы прямой видимости также способствует явление, называемое нормальной тропосферной рефракцией (преломлением). Показатель преломления зависит от давления и температуры воздуха, которые убывают с высотой. Это приводит к увеличению максимальной дальности возможного уверенного приема телевизионных передач по сравнению с максимальной дальностью, ограниченной условиями прямой видимости. Помимо явлений дифракции и нормальной рефракции дальнему распространению радиоволн способствует их рассеяние различными наземными металлическими предметами в виде железобетонных масс зданий, мостов, мачт, а также неоднородностями в верхних слоях атмосферы. В результате рассеяния возникают вторичные излучения сигнала, которые, конечно, значительно слабее по мощности основного. Однако при наличии высокоэффективной антенны и достаточно чувствительного телевизионного приемника можно считать реальным достижение уверенного приема телевизионных передач благодаря упомянутым выше явлениям на значительно больших расстояниях, чем дает формула дальности прямой видимости.	33 Формула Введенского Соотношение называется квадратичной формулой Введенского». В соответствии с ним, изменение напряженности поля в присутствии отражающей поверхности происходит обратно пропорционально квадрату расстояния. Условия применимости этой формулы сводятся к неравенству. Формула Введенского имеет фундаментальное значение для расчетов ультракоротковолновых линий связи. Она наглядно характеризует зависимость напряженности от расстояния, длины волны и высот антенн при наличии отражающей поверхности. Кроме того, из формулы следует обратная пропорциональность результирующего поля длине волны и пропорциональность произведению высот обеих антенн. Таким образом, в условиях применимости формулы Введенского при прочих равных условиях укорочение рабочей длины волны и увеличение высот антенн приводят к возрастанию результирующего поля. Причину такой зависимости можно объяснить следующим образом. В условиях применимости формулы Введенского отражённый от Земли луч сдвинут по фазе относительно прямого почти на 180°. Следовательно, отраженный луч как бы стремится ослабить прямой луч. Полагая, что при отражении от Земли фаза второго луча изменяется почти на 180°, находим «недостающую» разность фаз между лучами. Она численно равна ,где Δr – разность хода прямого и отраженного лучей. Чем меньше величина , тем полнее второй луч компенсирует первый. Следовательно, увеличению результирующего поля будет способствовать все, что ведет к увеличению разности фаз, обусловленной разностью хода лучей Δr. Говоря конкретно, укорочение длины волны, уменьшение расстояния r (потому что, чем меньше расстояние r на заданных высотах, тем больше геометрическая разность хода Δr) и увеличение высот антенн (потому что при заданном расстоянии r увеличение высот антенн приводит к увеличению Δr).

1 2 3 4 5