Propagacja sygnału radiowego

Podobne dokumenty
Systemy i Sieci Radiowe

Propagacja wielodrogowa sygnału radiowego

Sygnał vs. szum. Bilans łącza satelitarnego. Bilans energetyczny łącza radiowego. Paweł Kułakowski. Zapewnienie wystarczającej wartości SNR :

Propagacja fal radiowych

Planowanie sieci bezprzewodowych - bilans łącza radiowego

ELEMENTY GEOFIZYKI. Atmosfera W. D. ebski

Falowa natura światła

BER = f(e b. /N o. Transmisja satelitarna. Wskaźniki jakości. Transmisja cyfrowa

Sieci Bezprzewodowe. Charakterystyka fal radiowych i optycznych WSHE PŁ wshe.lodz.pl.

Budowa atmosfery ziemskiej. Atmosfera składa się z kilku warstw TROPOSFERA STRATOSFERA MEZOSFERA TERMOSFERA EGZOSFERA

ANALIZA PORÓWNAWCZA ROZWIĄZA ZAŃ METEOROLOGICZNYCH

przenikalność atmosfery ziemskiej typ promieniowania długość fali [m] ciało o skali zbliżonej do długości fal częstotliwość [Hz]

Dyfrakcja. Dyfrakcja to uginanie światła (albo innych fal) przez drobne obiekty (rozmiar porównywalny z długością fali) do obszaru cienia

1.3. ZASADY PROPAGACJI DŹWIĘKU.

Systemy Bezprzewodowe. Paweł Kułakowski

Projektowanie Sieci Lokalnych i Rozległych wykład 1: fale i kanał radiowy

FIZYKA 2. Janusz Andrzejewski

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Laboratorium nr 2 i 3. Modele propagacyjne na obszarach zabudowanych

Rodzaje fal. 1. Fale mechaniczne. 2. Fale elektromagnetyczne. 3. Fale materii. dyfrakcja elektronów

Współczynnik refrakcji - n

Podpis prowadzącego SPRAWOZDANIE

Fala elektromagnetyczna. i propagacja fal radiowych. dr inż. Paweł Zalewski

Lnie pozycyjne w nawigacji technicznej

Właściwości fali elektrmagnetycznej. dr inż. Stefan Jankowski

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

ELEMENTY OPTYKI Fale elektromagnetyczne Promieniowanie świetlne Odbicie światła Załamanie światła Dyspersja światła Polaryzacja światła Dwójłomność

Optyka. Wykład IX Krzysztof Golec-Biernat. Optyka geometryczna. Uniwersytet Rzeszowski, 13 grudnia 2017

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 6, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

Menu. Badania temperatury i wilgotności atmosfery

falowego widoczne w zmianach amplitudy i natęŝenia fal) w którym zachodzi

Zakresy częstotliwości radiofonicznych i propagacja fal

Systemy Bezprzewodowe. Paweł Kułakowski

WYBRANE ELEMENTY GEOFIZYKI

Zjawisko interferencji fal

WSPÓŁCZESNE TECHNIKI I DANE OBSERWACYJNE

Menu. Badające skład chemiczny atmosfery

Prognozowanie łączności radiowej w zakresach częstotliwości GHz w cyfrowych systemach dostępowych i liniach radiowych horyzontowych.

Wstęp do astrofizyki I

Zjawisko interferencji fal

Andrzej Jaśkowiak Lotnicza pogoda

Planowanie Radiowe - Miasto Cieszyn

LABORATORIUM POMIARY W AKUSTYCE. ĆWICZENIE NR 4 Pomiar współczynników pochłaniania i odbicia dźwięku oraz impedancji akustycznej metodą fali stojącej

Dr Piotr Sitarek. Instytut Fizyki, Politechnika Wrocławska

Budowa atmosfery ziemskiej. Atmosfera składa się z kilku warstw TROPOSFERA STRATOSFERA MEZOSFERA TERMOSFERA EGZOSFERA

Media transmisyjne Opracował: Dr inż.. Sławomir KULA

Wykład 17: Optyka falowa cz.1.

Systemy satelitarne Paweł Kułakowski

Zastosowanie ultradźwięków w technikach multimedialnych

Fale akustyczne. Jako lokalne zaburzenie gęstości lub ciśnienia w ośrodkach posiadających gęstość i sprężystość. ciśnienie atmosferyczne

Propagacja fal w środowisku mobilnym

GEOGRAFIA PROGRAM RAMOWY klasa I GIMNAZJUM

Wstęp do astrofizyki I

Czynniki wpływające na bilans energetyczny łącza satelitarnego w zakresie fal milimetrowych

Wykład XI. Optyka geometryczna

Oscylator wprowadza lokalne odkształcenie s ośrodka propagujące się zgodnie z równaniem. S 0 amplituda odkształcenia. f [Hz] -częstotliwość.

Wykład 16: Optyka falowa

Optyka. Wykład VII Krzysztof Golec-Biernat. Prawa odbicia i załamania. Uniwersytet Rzeszowski, 22 listopada 2017

Wykład 16: Optyka falowa

Fizyka. dr Bohdan Bieg p. 36A. wykład ćwiczenia laboratoryjne ćwiczenia rachunkowe

AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA im. Stanisława Staszica w Krakowie. WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI, AUTOMATYKI, INFORMATYKI I ELEKTRONIKI Katedra Telekomunikacji

Metody Optyczne w Technice. Wykład 5 Interferometria laserowa

Rys.1 Rozkład mocy wnikającej do dielektryka przy padaniu fali płaskiej Natężenie pola wewnątrz dielektryka maleje wykładniczo. Określa to wzór: (1)

Horyzontalne linie radiowe

KONKURS GEOGRAFICZNY

WSTĘP DO OPTYKI FOURIEROWSKIEJ

Oscylator wprowadza lokalne odkształcenie s ośrodka propagujące się zgodnie z równaniem. S 0 amplituda odkształcenia. f [Hz] - częstotliwość.

ZADANIE 111 DOŚWIADCZENIE YOUNGA Z UŻYCIEM MIKROFAL

Wykład 17: Optyka falowa cz.2.

Światło jako fala Fala elektromagnetyczna widmo promieniowania Czułość oka ludzkiego w zakresie widzialnym

Zjawiska fizyczne. Autorzy: Rafał Kowalski kl. 2A

Maciej Okurowski Transmisja bezprzewodowa z użyciem podczerwieni.

1. Określenie hałasu wentylatora

Optyka. Optyka falowa (fizyczna) Optyka geometryczna Optyka nieliniowa Koherencja światła

Fale elektromagnetyczne w dielektrykach

WPŁYW NIEDOKŁADNOŚCI USTAWIENIA ANTENY NA ODBIÓR SYGNAŁÓW MIKROFALOWYCH

INTERFERENCJA WIELOPROMIENIOWA

w diagnostyce medycznej III

Ściąga eksperta. Skład i budowa atmosfery oraz temperatura powietrza. - filmy edukacyjne on-line Strona 1/5

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

Podstawy fizyki wykład 8

Podstawy transmisji sygnałów

Elektrodynamika Część 8 Fale elektromagnetyczne Ryszard Tanaś Zakład Optyki Nieliniowej, UAM

Fal podłużna. Polaryzacja fali podłużnej

Elementy optyki relatywistycznej

Zespolona funkcja dielektryczna metalu

GEOFIZYKA STOSOWANA wykład 2. Podstawy sejsmiki

Laboratorium TECHNIKI LASEROWEJ. Ćwiczenie 1. Modulator akustooptyczny

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE W MEDYCYNIE

Wykład 12: prowadzenie światła

Modele propagacyjne w sieciach bezprzewodowych.

Technika falo- i światłowodowa

OPTYKA FALOWA. W zjawiskach takich jak interferencja, dyfrakcja i polaryzacja światło wykazuje naturę

Analiza przestrzenna rozkładu natężenia pola elektrycznego w lasach

Polaryzacja anteny. Polaryzacja pionowa V - linie sił pola. pionowe czyli prostopadłe do powierzchni ziemi.

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 2, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 2, Mateusz Winkowski, Jan Szczepanek

Analiza Parametrów Meteorologicznych

PIONOWA BUDOWA ATMOSFERY

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 5, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

Transkrypt:

Propagacja sygnału radiowego Paweł Kułakowski Propagacja w wolnej przestrzeni P P G 4π r T T = A S G max 4π λ = A S przy odbiorze na kierunku maksymalnego promieniowania : P = P T G T G max λ 4π r 1

Propagacja w wolnej przestrzeni W ogólnym przypadku (odbiór sygnału na dowolnym kierunku) : ównanie Friisa : P = P T G T G λ 4π r Tłumienie wolnej przestrzeni FSL (Free Space Loss) : G T = G =1 W mierze decybelowej: FSL db PT FSL = P km 4π r = λ = 3.44 + 0log r + 0log f MHz Strefy promieniowania anteny Dipole 3D Far Field Warunek: D >> λ D maksymalny wymiar anteny 0.6 3 D λ D λ 50D λ odległość reaktancyjna strefa bliska radiacyjna strefa daleka obserwowalne minima diagramów kierunkowych

Zjawiska propagacyjne Interferencja Odbicie Załamanie (refrakcja) ozproszenie Dyfrakcja Odbicie i załamanie Prawa Snella (Snelliusa): 1. równość kątów padania i odbicia. prawo załamania: ε 1, µ 1 n 1 α α sinα v = sin β v 1 = ε µ 1 ε µ 1 n = n 1 n ε, µ β współczynnik załamania w atmosferze: n = 1+ N 10 6 wskaźnik refrakcji: 77.6 N = ( p +. ρ) T T temperatura powietrza [K] p ciśnienie atmosferyczne [hpa] ρ gęstość pary wodnej [g/m 3 ] 3

Zjawiska propagacyjne - refrakcja S. Knorzer Zjawiska propagacyjne rozproszenie α kryterium Fraunhofera λ σ na szorstkość powierzchni: h 3cosα σ h odchylenie standardowe nierówności powierzchni 4

Zjawiska propagacyjne - dyfrakcja Sun and Clouds eflected Fairy W. Wiesbeck and S. Maci Optyka geometryczna modelowanie kanału radiowego Warunki: kryterium Fraunhofera λ << rozmiar obiektów w otoczeniu Zastosowania: środowisko wewnątrz budynków (indoor) centra miast, kaniony uliczne Dlaczego promienie??? Metody: shadowing ray launching ray tracing S. Knorzer 5

Promienie radiowe w optyce geometrycznej Zasada Huygensa: Każdy punkt na czole fali jest źródłem nowej fali kulistej: Strefy Fresnela: d + λ d Optyka geometryczna modelowanie kanału radiowego Tłumienie sygnału: f = 856.5 MHz S. Knorzer 6

Atmosfera ziemska Egzosfera: cząsteczki o b. dużych prędkościach około 800 km Termosfera: T : do 1000 C 80-85 km Mezosfera: T : do -80 C 50-55 km Stratosfera: T : do 0 C Troposfera: T : od 15 C do -80 C 6-18 km zjawiska atmosferyczne, chmury jonosfera warstwa ozonowa (głównie 0-30 km), nieliczne wysokie chmury Troposfera tłumienie sygnału w gazach atmosferycznych (głównie O i H O) wpływ opadów oraz obecności chmur i mgieł tłumienie wywołane przez burze piaskowe scyntylacje przeniki polaryzacyjne wpływ refrakcji atmosferycznej: rozproszenie wiązki antenowej, zmiana kąta natarcia 7

Jonosfera warstwa obejmująca prawie całą termosferę: - dolna granica: ok. 80 km - górna granica: 300 800 km silna koncentracja jonów i wolnych elektronów niejednorodność i niestacjonarność procesy jonizacji (prom. słoneczne: UV i X) i rekombinacji, wpływ deszczów meteorytów wpływ jonosfery na fale radiowe: - odbijanie fal radiowych - zjawisko Faradaya -> przeniki polaryzacyjne współczynnik załamania: częstotliwość plazmowa: n f p f p 1 = f = 1 π e N q ε m 0 e N -> koncentracja wolnych elektronów q e i m e -> ładunek i masa elektronu Jonosfera 8

ekomendacje ITU- International Telecommunication Union (ITU) www.itu.int urząd podległy ONZ grupy rekomendacji: - ITU-T: Telecom Standardization - ITU-D: Telecom Development - ITU-: adiocommunication ITU-: zalecenia dotyczące wykorzystania częstotliwości radiowych, projektowania i działania systemów radiowych, propagacji fal radiowych, kwestii bezpieczeństwa 15 serii rekomendacji ITU-, m.in. S Fixed satellite service, SM Spectrum management, M Mobile, radiodetermination, amateur and related satellite services, P adiowave propagation numeracja dokumentów: np. ITU- P.618-7 -> projektowanie łączy satelitarnych Tłumienie w gazach atmosferycznych absorpcja fali radiowej przez parę wodną i tlen, a powyżej 100 GHz również przez azot poniżej 10 GHz -> tłumienie pomijalnie małe obliczanie tłumienia wg ITU- P.676-5: A = d γ + d γ o w [db] d długość trasy radiowej [km] γ o tłumienie jednostkowe [db/km] powietrza suchego γ w tłumienie jednostkowe [db/km] pary wodnej γ o i γ w są obliczane jako funkcje częstotliwości fali radiowej f, temperatury T, ciśnienia powietrza p i gęstości pary wodnej ρ 9

Tłumienie jednostkowe [db/km] powietrza suchego (dry air) i pary wodnej (H O) w funkcji częstotliwości f [GHz] p = 1013 hpa T = 15 C ρ = 7.5 g/m 3 Tłumienie w deszczu tłumienie na skutek absorpcji i rozproszenia na kroplach wody wymagane są reprezentatywne (kilkudziesięcioletnie) statystyki opadowe dla danego obszaru geograficznego problem: jakie (jak intensywne) deszcze uwzględniać? procedura obliczania tłumienia wg ITU- (P.530, P.618, P.837, P.838): A = γ [db] γ = k [db/km] p d eff p rozważany procent czasu w skali roku d eff efektywna długość trasy radiowej [km], na której może wystąpić opad deszczu γ tłumienie jednostkowe [db/km] k i α współczynniki zależne od częstotliwości i polaryzacji fali radiowej p intensywność opadu deszczu [mm/h] przekraczana przez p procent czasu w skali roku α p 10

Dla porównania: Indonezja: 10 mm/h Sahara: 5 mm/h Intensywność opadów deszczu [mm/h] przekraczana przez 0.01 % czasu w skali roku Tłumienie w chmurach i mgłach mikroskopijne kropelki wody, kryształki lodu lub ich mieszanina, powstające przy powierzchni gruntu (mgły) lub do wysokości kilkunastu kilometrów (chmury) zawartość wody: - obiekty lodowe: do 0.01 g/m 3 - chmury wodne: do 5 g/m 3 obliczanie tłumienia przy projektowaniu łącza satelitarnego (ITU- P.840): L Kl Ac = [db] sinθ L całkowita zawartość wody w słupie powietrza od powierzchni Ziemi do górnej warstwy atmosfery liczona na jednostkę powierzchni [kg/m ] K l współczynnik proporcjonalności [(db/km)/(g/m 3 )] θ kąt elewacji anteny stacji naziemnej 11

współczynnik K l częstotliwość [GHz] fragment mapy z wartościami L przekraczanymi przez 1% czasu w skali roku problematyczność danych meteorologicznych (zaledwie kilkuletnie statystyki), zalecane własne pomiary, np. przy użyciu radiosondy Scyntylacje losowe i gwałtowne fluktuacje amplitudy, fazy, polaryzacji i kierunku propagacji fali radiowej spowodowane nieregularnością zmian wskaźnika refrakcji czyli nieregularnymi zmianami wilgotności, temperatury i ciśnienia powietrza zjawisko znaczące w łączach satelitarnych, dla dużych częstotliwości (f > 10 GHz) i małych kątów elewacji anten stacji naziemnych (θ < 15 ) tłumienia sygnału na skutek scyntylacji: -> procedura wg ITU- P.618 1

Przeniki polaryzacyjne XPD (Cross Polar Discrimination) Przyczyny: zjawiska troposferyczne: zmiany wskaźnika refrakcji, propagacja wielodrogowa, opady deszczu i śniegu jonosfera: skręcanie polaryzacji pod wpływem pola EM (efekt Faradaya) sygnał nadawany: x sygnały odebrane: y kierunek propagacji y ANTENA NADAWCZA y XPD = 0log y' [db] ANTENA ODBIOCZA Dziękuję za uwagę 13