МДК 01.01 19 (7). Практическая работа 19 Студент группы 31 ат муратов К. В (фио студента)
 Скачать 98.38 Kb.
|
|
ПРАВИТЕЛЬСТВО САНКТ-ПЕТЕРБУРГА Комитет по образованию СПБ ГБ ПОУ «КОЛЛЕДЖ ЭЛЕКТРОНИКИ И ПРИБОРОСТРОЕНИЯ» Распространение радиоволн в свободном пространстве Практическая работа №19
2018 СОДЕРЖАНИЕ 1 МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ №19 3 1 МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ №19Цель работы: Изучение распространения радиоволн в свободном пространстве Для формирования умений обучающийся должен знать:
В результате выполнения работы обучающийся должен уметь:
В результате выполнения работы обучающийся должен знать:
Объем времени, отведенный на выполнение практической работы:2 часа. 2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ПО ТЕМЕ ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ Под распространением радиоволны в свободном пространстве понимается распространение ее в атмосфере Земли, вдоль поверхности Земли, в космическом пространстве, т. е. в условиях, когда отсутствуют неоднородности трассы.На процессы свободного распространения радиоволн оказывают влияние параметры среды распространения. Радиоволны принято классифицировать по двум основным признакам: по длине волны (частоте) и по способу (механизму) распространения.Помимо перечисленных в таблице наименований волн и полос частот, пользуются также другими условными названиями: сверхдлинные волны (СДВ), длинные (ДВ), средние (СВ), короткие (KB), ультракороткие (УКВ). Радиоволны, распространяющиеся на значительные расстояния (до 1000 км) за счет рассеяния на неоднородностях тропосферы, а также за счет явления тропосферной рефракции, получили название тропосферных волн. Отметим, что тропосфера оказывает влияние только на электромагнитные волны, длина которых меньше 10 м. Радиоволны, распространяющиеся на большие расстояния и даже огибающие земной шар в результате многократных отражений от ионосферы и поверхности земли (в диапазоне волн длиннее 10 м), а также волны, рассеивающиеся на неоднородностях ионосферы (в диапазоне короче 10 м), получили название пространственных, или ионосферных волн. Механизм распространения, а следовательно, и тип распространяющейся волны определяется конкретными условиями на трассе и частотным диапазоном. Расчет распространения радиоволн сводится к определению напряженности поля в точке приема при заданных мощностях излучения, расстоянии, трассе прохождения волн, длине волны и т. д. соизмеримы с длиной волны. В данном случае препятствием является шаровой сегмент. Высота последнего зависит от расстояния между корреспондентами, поэтому ясно, что чем больше рабочая длина волны, тем на большее расстояние она может распространяться за счет дифракции. Дифрагируя вокруг сферической поверхности Земли, поверхностная волна частично поглощается полупроводящей землей, степень поглощения которой зависит от структуры почвы (песок, глина, камни и т. п.) и ее влажности. Атмосфера Земли оказывает малое влияние на условия распространения этой волны. На распространение тропосферных и пространственных (ионосферных) волн основное влияние оказывает атмосфера Земли. Под атмосферой понимают газообразную оболочку Земли, простирающуюся на высоту до 800… 1000 км. В ней можно выделить три основных слоя: тропосферу — приземный слой высотой 10… 14 км; стратосферу—слой до 60 … 80 км; ионосферу — ионизированный воздушный слой малой плотности над стратосферой, переходящий в радиационные пояса Земли. 3 Ход работы Свободное пространство представляет собой неограниченную непоглощенную среду (µ=1, ε=1). Выражение, описывающее распространение РВ в свободном пространстве, является фундаментальным. Для описания РРВ в реальных условиях пользуются теми же выражениями, вводя в них корректирующие множители. При проектировании радиотрасс важнейшими характеристиками являются:
Для получения соответствующих соотношений рассмотрим изотропный излучатель в свободном пространстве. При излучаемой мощности  плотность потока мощности на расстоянии r от источника будет определяться выражением , [Вт/м2] (1)Эту же величину можно выразить через напряженность электрического поля  (2)Приравнивая выражения (1) и (2), получим  ;  , [В/м] (3)Реальные антенны обычно обладают направленным излучением, которое характеризуется коэффициентом направленного действия (  ). Коэффициент направленного действия – это число, показывающее, во сколько раз необходимо увеличить мощность измерения антенны при переходе от направленной к ненаправленной при сохранении неизменной напряженности поля в месте приема: , (4)где  - мощность измерения ненаправленной антенны.Таким образом, направленная антенна по создаваемой его напряженности поля в месте приема эквивалентна изотропной, излучающей в раз большую мощность.Эти рассуждения позволяют представить выражение для амплитудного значения напряженности поля, создаваемой в свободном пространстве направленной антенной, в следующем виде  , [В/м] (5)Для определения мощности в приемной антенне  необходимо найти произведение плотности потока мощности П вблизи антенны на эффективную поверхность антенны  : (6)Эффективная площадь приемной антенны связана с ее коэффициентом направленного действия  соотношением (7)Плотность потока мощности вблизи приемной антенны определяется через мощность, излучаемую передающей антенной, выражением:  (8)Таким образом, получаем выражение для мощности, создаваемой в приемной антенне при распространении РВ в свободном пространстве:  (9)Ослабление мощности  при распространении РВ в свободном пространстве, определяемое, как отношение мощности сигнала на входе приемника к мощности излучения передающей антенны при ненаправленных антеннах ( ), называемоеосновными потерями радиолинии, получаем из (9).В удобном для расчетов виде (r[км], f[МГц], L0[дБ]) соотношение имеет вид:  , [дБ] (10)Существенную область обычно ограничивают примерно восьмью зонами Френеля (при этом ошибка в вычислении поля не превышает 16%). Установим пространственную форму существенной области. Соотношение  должно выполняться при любом положении плоскостиS0 вдоль линии АВ(рис). Поэтому это выражение является уравнением эллипсоида вращения. Таким образом, существенная область является эллипсоидом вращения с фокусами в точках передачи и приема.Внешний радиус n-й зоны Френеля ρn, согласно рисунку и приведенному выше соотношению, а также с учетом того, что в реальных линиях  , определяется соотношением: Максимальный радиус соответствует середине трассы, где  : .      Площади всех зон одинаковы:  Максимальный радиус существенного эллипсоида, ограниченного зонами Френеля:  Для характеристики скорости замираний определяют их частоту: среднее число пересечений мгновенными значениями огибающей сигнала данного уровня за единицу времени или обратную величину – средний период замираний. Статическое распределение глубины замираний (распределение уровней сигнала) исследуется экспериментально, при этом обычно измеряется закон распределения уровней огибающей сигнала. Любую координатную составляющую напряженности поля радиоволн, прошедшую некоторый путь в естественной среде со случайными параметрами можно рассматривать как результат суперпозиции основной волны и большого числа N элементарных составляющих со случайными амплитудами и фазами:  (3)Изменение во времени амплитуды основной волны представляет медленные замирания. Медленные замирания связаны с изменением условий поглощения или отражения РВ в среде. Например, затухание монохроматической плоской волны в поглощенной среде на расстоянии R определяется соотношением:  Предполагая, что случайная величина  распределена по нормальному закону, получим распределение амплитуды напряженности поля прошедшей волны пологарифмически-нормальному закону. Наблюдения показывают, что медленные замирания наилучшим образом описываются логарифмически-нормальным законом (то есть нормально распределенной оказывается амплитуда напряженности поля, выраженная в децибелах).Быстрые замирания обусловлены случайными изменениями фазовых соотношений элементарных волн. Амплитуда вектора напряженности поля (3), представляющего сумму полей элементарных волн (|  ), подчиняется закону распределения Релея: (4)Амплитуда результирующего вектора напряженности поля |E(P,t)| при |  оказывается распределенным по закону Райса (или обобщенному закону Релея): , (5)где  - функция Бесселя первого рода нулевого порядка от чисто линейного аргумента: ; – амплитуда случайного значения составляющей результирующего поля.Таким образом, говоря об уровне напряженности поля в точке наблюдения, необходимо указать, в течение какого времени (в процентах), с какой вероятностью наблюдается или превышает данный уровень. Временная корреляционная функция сигналов k(τ) характеризует статистическую связь замираний сигнала при временном разнесении. Экспериментально установленные нормированные корреляционные функции удовлетворительно описываются экспоненциальным законом  , (6)где τ – интервал разнесения наблюдения сигналов во времени;  - масштаб временной коррекции.Пространственная корреляционная функция характеризует синтаксическую связь в двух пространственно разнесенных точках. Ее нормированное значение определяется аналогично  , (7)где l - интервал разнесения точек наблюдения в пространстве,  - масштаб пространственной коррекции.Функция корреляции стационарного процесса связана с его спектром, который является наиболее полной характеристикой частотных свойств замираний. В отличие от детерминированной модуляции составляющие спектра флуктуирующего сигнала непрерывно и случайным образом меняют положение и амплитуду. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Я научился определять виды волн и рассчитывать их значения посредством разных формул, методов и способов, изучил новые уровни квантования и способы решения разных типов задач СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
|