Propagacja fal radiowych

Transkrypt

1 Propagacja fal radiowych

2 Parametry fali radiowej Podstawowym parametrem fali jest jej częstotliwość czyli liczba pełnych cykli w ciągu 1 sekundy, wyrażany jest w Hz

3 Widmo (spektrum) fal elektromagnetycznych

4 Parametry fali radiowej Parametrem równorzędnym częstotliwości jest długość fali, która określa odległość jaką pokonuje fala w czasie jednego okresu.

5 Podział fal radiowych

6 Podział mikrofal

7 Podział fal na zakresy Programy radiowe nadawane są na falach metrowych a programy telewizyjne na falach decymetrowych. Fale te nie odbijają się od jonosfery co oznacza że antena nadawcza i odbiorcza musza zachować widzialność optyczną. Problemem w poprawnym odbiorze jest efekt cienia

8 Schemat odbicia fal radiowych 1. Ziemia, 2. Troposfera, 3. Jonosfera, 4. Fala powierzchniowa, 5. Fala jonosferyczna, 6. Fala troposferyczna. fala bezpośrednia - obie anteny przynajmniej teoretycznie powinny się "widzieć". O zasięgu decyduje wysokość umieszczenia anteny, a w mniejszym stopniu moc nadajnika. Fala przyziemna rozchodzi się wzdłuż powierzchni Ziemi (ulega zakrzywieniu zgodnie z jej krzywizną). W przypadku łączności za pośrednictwem tej fali anteny nie muszą być w bezpośredniej widoczności. O zasięgu głównie decyduje moc nadajnika.

9 Warstwy atmosfery Najbliższa powierzchni Ziemi, pomarańczowo-czerwona warstwa to troposfera. Na jej granicy jasnobrązowa linia to tropopauza. Mlecznobiała przechodząca w szarość sfera to stratosfera, w której znaleźć mogły się również obłoki srebrzyste. Wysokie warstwy - mezosfera, termosfera i egzosfera mienią się odcieniami błękitu przechodzącymi stopniowo w granat, aż do czerni przestrzeni kosmicznej.

10 Fala przyziemna Dzielimy je na powierzchniowe i przestrzenne. Fala powierzchniowa jest promieniowana przez antenę umieszczoną nisko nad powierzchnią ziemi i rozchodzi się wzdłuż tej powierzchni. Fale powierzchniowe ulegają w pasmach HF( fale krótkie) znacznemu tłumieniu. Fala przestrzenna występuje głównie w zakresie fal ultrakrótkich. Anteny umieszcza się stosunkowo wysoko nad powierzchnią ziemi. Fala przestrzenna może mieć dwie składowe - falę bezpośrednią i odbitą od powierzchni Ziemi. Gdy antena nadawcza i antena odbiorcza znajdują się blisko powierzchni Ziemi, wówczas obydwie składowe fali przestrzennej fala bezpośrednia i odbita mają takie same amplitudy, lecz ich fazy są przesunięte o 180, co powoduje, że obie fale znoszenie się wzajemnie, więc jedyną falą jest fala powierzchniowa. Fala przestrzenna natrafiając na niezbyt wysoką przeszkodę ulega ugięciu. Za przeszkodą fala ugięta ma amplitudę szybko malejącą przy wzroście kąta ugięcia.

11 Fala przyziemna fdafd Fala przestrzenna może mieć dwie składowe - falę bezpośrednią i odbitą od powierzchni Ziemi. Gdy antena nadawcza i antena odbiorcza znajdują się blisko powierzchni Ziemi, wówczas obydwie składowe fali przestrzennej fala bezpośrednia i odbita mają takie same amplitudy, lecz ich fazy są przesunięte o 180, co powoduje, że obie fale znoszenie się wzajemnie, więc jedyną falą jest fala powierzchniowa. Fala przestrzenna natrafiając na niezbyt wysoką przeszkodę ulega ugięciu. Za przeszkodą fala ugięta ma amplitudę szybko malejącą przy wzroście kąta ugięcia.

12 Propagacja fali w troposferze Troposfera rozciąga się od powierzchni Ziemi do wysokości od około 10km nad biegunami do 18km nad równikiem. Charakteryzuje się ona stałym składem powietrza i spadkiem temperatury z wysokością. Propagacja fal w troposferze jest silnie uzależniona od zjawisk meteorologicznych. Fale radiowe mogą być tłumione i rozpraszane w stopniu zależnym od zakresu. Może w niej zachodzić refrakcja, czyli odchylenie toru fali od linii prostej.

13 Fala troposferyczna Rozchodzi się dzięki refrakcji (ugięciu) w troposferze. Rozchodzi się ona do wysokości kilku kilometrów Wynika z tego, że propaguje się ona w ośrodku o zmiennym współczynniku załamania, a co za tym idzie ulega ona w pewnych warunkach refrakcji do Ziemi. Fala troposferyczna jest charakterystyczna dla łączności w zakresie fal ultrakrótkich i pozwala na łączność pozahoryzontową.

14 Propagacja fali jako odbicie od jonosfery Możliwe jest wielokrotne odbicie od ziemi i jonosfery, dzięki czemu możemy przy wyjątkowo sprzyjających warunkach objąć zasięgiem łączności całą Ziemię. Cecha charakterystyczną jest to, że występują strefy martwe w miejscach gdzie fala "wędruje" ku wyższym warstwom atmosfery i doskonałej łączności, gdzie dotyka ziemi. Niejednokrotnie stacje oddalone o tysiące kilometrów są słyszalne lepiej niż te lokalne.

15 Propagacja fali w jonosferze Jonosfera jest mocno zjonizowana przez promieniowanie słoneczne, znajduje się powyżej 60 km nad powierzchnią Ziemi. Oprócz Słońca, czynnikami jonizującymi są promieniowanie kosmiczne i pył kosmiczny. W jonosferze wyróżniono szereg warstw o różnych właściwościach. Ich grubość zmienia się zależnie od intensywności czynników jonizujących. Częstotliwość graniczna jonosfery to 30MHz, dla sygnałów powyżej tej częstotliwości jonosfera jest przeźroczysta. Nocą warstwy D i F1 zanikają, a pozostałe warstwy wykazują własności słabsze niż za dnia. Zasadniczo fale radiowe odbijają się od jonosfery. Przejście fal elektromagnetycznych przez jonosferę jest uzależnione od długości fal i kątów padania na powierzchnię jonosfery.

16 Propagacja fali w jonosferze W ciągu dnia wyróżnia się cztery warstwy: - D (60-90km), - E ( km), - F1 ( km, istnieje tylko latem), - F2 ( km, dość niestabilna). Nocą warstwy D i F1 zanikają, a pozostałe warstwy wykazują własności słabsze niż za dnia. Przejście fal elektromagnetycznych przez jonosferę jest uzależnione od długości fal i kątów padania na powierzchnię jonosfery.

17 Fale bardzo długie Wykorzystywane do łączności w kopalniach i z okrętami podwodnymi. Cechują się możliwością wnikania i rozchodzenia się w ziemi i wodzie.

18 Fale długie Wskutek bardzo małego tłumienia w gruncie, który dla tego zakresu zachowuje się praktycznie jak przewodnik, oraz dużej dyfrakcji, rozchodzą się w postaci fali powierzchniowej na dość duże odległości. Jednakże w dalekosiężnej komunikacji na falach długich wykorzystuje się falę jonosferyczną. Zasięg łączności na falach długich wzrasta w nocy, co wynika z faktu, że tłumienie tych fal przez warstwę E jonosfery jest mniejsze, niż tłumienie ich przez warstwę D, która w nocy zanika. Warunki propagacji fal długich ulegają małym i powolnym zmianom w czasie, co jest dużą zaletą łączności długofalowej.

19 Fale średnie O zasięgu na falach średnich w dzień decyduje fala powierzchniowa. Dzieje się tak, ponieważ warstwa D jonosfery nie odbija fal średnich, lecz je tłumi. Z zapadnięciem zmroku warstwa D zanika, wskutek czego w ciągu nocy o zasięgu fal średnich decyduje fala jonosferyczna. Wtedy silne radiostacje średniofalowe są słyszalne na odległość powyżej 3000 km. Zasięg łączności na fali powierzchniowej maleje wraz z długością fali. Największy zasięg uzyskuje się nad morzem, a najmniejszy - nad terenem suchym [piaski, tereny miejskie]. Ze względu na silne tłumienie fali powierzchniowej na terenach lądowych, fale pośrednie są używane raczej do radiokomunikacji i radionawigacji morskiej.

20 Fale krótkie Fale krótkie są odbijane głównie przez warstwę F2, ale okresowo także inne (E i F1), w tym warstwy występujące sporadycznie. Stan i ilość warstw jonosfery zależy od kąta padania promieni słonecznych oraz od aktywności słonecznej, dlatego też w różnych przedziałach czasu warunki propagacyjne na obu końcach zakresu fal krótkich mogą ulegać zmianom.

21 Fale ultrakrótkie Wyróżnia się cztery podzakresy: - fale metrowe MHz (10m - 1 m), - fale decymetrowe MHz (1 m - 10 cm), - fale centymetrowe 3-30 GHz (10 cm - 1 cm), - fale milimetrowe GHz (10 mm - 1 mm). Fale ultrakrótkie rozchodzą się w zasadzie prostoliniowo, podobnie jak światło widzialne. Podlegają one odbiciu od obiektów o dużej gęstości, oraz rozpraszaniu i tłumieniu w atmosferze i innych ośrodkach. W rzeczywistości zasięg fal ultrakrótkich jest większy dzięki refrakcji troposferycznej, dyfrakcji, czyli załamaniu toru fali na krawędzi horyzontu czy wzniesień i budynków. Natężenie pola dla fal tego zakresu zależy od bardzo wielu czynników [częstotliwość, polaryzacja fali, wysokość zawieszenia anten, parametry elektryczne gruntu].

22 Propagacja fal

23 Strefa Fresnela Określa zdolność do propagacji sygnału. d km = d 1km +d 2km, jest to odległość między masztami d 1km odległość od pierwszej anteny w km d 2km odległość od drugiej anteny w km

24 Strefa Fresnela Źle wykonana instalacja Dobrze wykonana instalacja

25 Długość strefy Fresnela