Индивидуальные и групповые автопоилки: для животных. Схемы и конструкции...
Адаптации растений и животных к жизни в горах: Большое значение для жизни организмов в горах имеют степень расчленения, крутизна и экспозиционные различия склонов...
Топ:
Определение места расположения распределительного центра: Фирма реализует продукцию на рынках сбыта и имеет постоянных поставщиков в разных регионах. Увеличение объема продаж...
Процедура выполнения команд. Рабочий цикл процессора: Функционирование процессора в основном состоит из повторяющихся рабочих циклов, каждый из которых соответствует...
Методика измерений сопротивления растеканию тока анодного заземления: Анодный заземлитель (анод) – проводник, погруженный в электролитическую среду (грунт, раствор электролита) и подключенный к положительному...
Интересное:
Как мы говорим и как мы слушаем: общение можно сравнить с огромным зонтиком, под которым скрыто все...
Распространение рака на другие отдаленные от желудка органы: Характерных симптомов рака желудка не существует. Выраженные симптомы появляются, когда опухоль...
Принципы управления денежными потоками: одним из методов контроля за состоянием денежной наличности является...
Дисциплины:
2017-07-24 | 571 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
Одна и та же антенна обладает бесконечным множеством резонансных частот. Оставляя неизменной длину антенны и изменяя длину волны, можно получить резонансные явления в ней всякий раз, когда вдоль нее будет укладываться целое число полуволн. При этом наиболее длинной резонансной волной будет та, половина которой уложиться в антенне. Эту волну принято называть основной резонансной волной антенны. Более короткие волны, для которых антенна также оказывается настроенной в резонанс, называют высшими гармониками антенны.
Симметричные антенныхорошо излучают все волны, целое число полуволн которых укладывается вдоль их длины. Несимметричные антенны также представляют собой резонансные системы. Но они особенно хорошо излучают те волны, целое число четвертей которых укладывается вдоль их длины. Основной резонансной волной для них будет та, четверть длины которой равна длине антенны.
На основной волне и всех нечетных гармониках точки, к которым подводится питание, оказываются расположенными в пучности тока, и в антенне имеет место резонанс напряжения. При этом ее входное сопротивление невелико и равно сопротивлению потерь в цепи антенны. На всех четных гармониках точки, к которым подводится питание, расположены в узлах тока, и в антенне имеет место резонанс токов. При этом ее входное сопротивление становиться весьма значительным.
При переходе с одной нечетной гармоники на другую нечетную или с одной четной на другую четную входное сопротивление антенны меняется сравнительно мало; при переходе же с четной гармоники на нечетную или наоборот оно изменяется очень сильно. Это свойство позволяет без перестройки эффективно использовать антенны для работы на нескольких фиксированных волнах (при этом используются либо четные, либо нечетные гармоники). Антенны, работающие на высших гармониках, получили название гармониковых.
|
На рисунке показаны диаграммы направленности симметричных антенн в плоскости, проходящей через ось вибраторов, при различных отношениях l/λбез учета влияния земли. Для того чтобы получить диаграмму направленности в вертикальной плоскости несимметричных заземленных вибраторов вдвое меньшей высоты, нужно повернуть картину на 90º и отрезать нижнюю половину по штриховой линии. Из приведенного рассмотрения ясно, что входное сопротивление и направленные свойства вибратора зависят от отношения l/λ или, как говорят, «электрической длины» вибратора, т.е. его длины, выраженной в долях рабочей волны.
Рис. Диаграммы направленности симметричных вибраторов различной
длины
Рамочные антенны
Рамочная антенна используется на волнах, длина которых намного больше ее собственной волны. Собственная волна рамки обычно в 4 – 6 раз длиннее общей протяженности входящих в нее проводов. Рамочная антенна, коротко называемая рамкой, представляет собой катушку индуктивности большого размера и обладает свойством направленного приема. Рамка лучше всего принимает волны, направленные вдоль ее плоскости; волны перпендикулярные к этой плоскости, рамка не принимает (рис.) Поворачивая рамку, можно получить наилучшую слышимость нужной станции и избавиться от помех других станций. Если рамка расположена под прямым углом к направлению прихода радиоволны, то в обеих половинах каждого ее витка возникают две равные эдс, направленные навстречу. В результате эдс во всей рамке равна нулю. А если рамка расположена вдоль движения волны, то фазы эдс неодинаковы, поскольку волна раньше доходит до одной половины витков. В рамке возникает некоторая разность эдс. Она тем больше, чем больше размеры рамки и число ее витков, и чем короче волна.
|
Рис. Диаграмма направленности рамочной антенны
Вследствие малой длины сторон рамочной антенны сопротивление излучения и действующая высота такой антенны незначительны. Поэтому рамочные антенны редко применяют в передатчиках. В приемной аппаратуре они широко используются. Для увеличения действующей высоты рамочной антенны ее можно выполнить из нескольких витков провода. Форма контура рамки при этом может быть как прямоугольной так и круглой.
Магнитное поле, а следовательно, и действующую высоту рамки можно увеличить, если намотать ее на сердечник из материала с высокой магнитной проницаемостью и малыми потерями для токов высокой частоты. В качестве такого материала чаще всего используют феррит. Такие антенны называют магнитными.
Зеркальные антенны
Зеркальные антенны построены на использовании оптических принципов и подобны оптическим прожекторам. Любая зеркальная антенна состоит из облучателя и отражателя, или зеркала. Облучатель является источником волн, которые падают на зеркало и, отразившись от него, распространяются в пространстве. В качестве облучателей используются слабонаправленные антенны: вибратор с рефлектором, открытый конец волновода, щелевая, рупорная, спиральная антенны и специальные облучатели. Зеркало антенны представляет собой металлическую поверхность, выполненную в виде параболоида вращения, параболического цилиндра, уголкового отражателя или отражателя специальной формы.
Рис. Параболическая антенна:
а – внешний вид; б – параметры параболоида вращения
Зеркальные антенны позволяют формировать любую заданную характеристику направленности. Так, например, параболический цилиндр с линейным облучателем, или параболоид вращения с точечным облучателем формирует игольчатую характеристику направленности. Параболическая поверхность получается в результате вращения параболы вокруг оси OZ(рис.).
Строение атмосферы
Верхняя атмосфера от 60 км и выше (примерно до 1000 км) содержит кроме нейтральных частиц (молекул и атомов) свободные электроны и ионы, образующиеся в результате ионизации газов. Ионизация заключается в отрывании электронов от наружных оболочек атомов или молекул и требует определённой для каждого газа и его состояния (молекулярного или атомарного) работы, называемой работой выхода или ионизации Необходимая энергия поступает главным образом (на 99 %) от Солнца в виде ЭМ излучения и потока заряжённых частиц (солнечного ветра), соответственно вызывающих фото- и ударную ионизацию. Поскольку минимальная работа выхода для газов атмосферы составляет 9,25 эВ (для окиси азота), то фотоионизация вызывается лишь ультрафиолетовым и рентгеновским излучением с длиной волны меньше 0,134 мк, а ударная частица - частицами с энергией выше 9,25 эВ. Ударная ионизация из - за захвата заряжённых частиц магнитным полем Земли и направления их по спиральным траекториям вокруг магнитных силовых линий к магнитным полюсам даёт заметный вклад преимущественно в полярных районах. Помимо Солнца ионизацию вызывают также излучения звёзд, космические лучи и метеоры.
|
Одновременно с ионизацией происходят рекомбинация - воссоединение электронов с положительными ионами в нейтральную молекулу или атом - и "прилипание" электронов к нейтральным частицам (происходит при снижении интенсивности ионизации и сменяется "отлипанием" при ее возрастании). В ионосфере одновременно существуют свободные электроны, положительные и отрицательные ионы, причём количество противоположных зарядов одинаково и в целом ионосфера нейтральна. Подобное состояние газов называют плазмой. Определяющее влияние на распространение радиоволн оказывают наиболее легкие и подвижные из заряжённых частиц - свободные электроны, концентрацией или плотностью которых Nэ, т.е. числом электронов вединице объёма, и характеризуют состояние и строение ионосферы. Величина N3 определяется динамическим равновесием между перечисленными процессами и зависит от интенсивности ионизации, под которой понимают число электронов, образующихся в единице объёма в одну секунду. В однородной по составу атмосфере электронная концентрация должна изменяться с высотой, имея некоторый максимум, так как с уменьшением высоты из-за поглощения в газах уменьшается плотность ионизирующего потока, усиливается влияние рекомбинации с ростом плотности газов (давления) и падает концентрация электронов, а на больших высотах из-за низкой плотности газов мало число молекул, подвергающихся ионизации. В действительности верхняя атмосфера, в силу различия масс составляющих её газов, является слоисто - неоднородной по составу средой и представлена в своей нижней, приблизительно до 90 км, части перемешанным газом (воздухом). Далее атмосферу составляют преимущественно молекулярные азот и кислород с меняющимся по высоте процентным содержанием и переходом последнего в атомарное состояние, присутствуют также, составляя доли процента, атомарный азот и окись азота. Изменяется по высоте и температурный режим атмосферы. Всё это совместно с различной энергией ионизации для различных компонент верхней атмосферы приводит к появлению, кроме основного максимума, нескольких относительных максимумов электронной концентрации.
|
Поскольку плотность ионизированного потока претерпевает суточные и сезонные изменения, а также меняется в соответствии с 11 - летним циклом солнечной активности, характеризуемой относительным числом солнечных пятен (числом Вольфа W ), то такие же изменения претерпевает и высотное распределение электронной концентрации.Максимумы электронной концентрации отожествляют с положением отдельных областей или "слоёв» ионосферы, обозначаемых в порядке возрастания высоты D, E, Fl, F2 и характеризуемых высотой слоя h, его полутолщиной hm, электронной концентрацией N3 и числом столкновения электронов с нейтральными молекулами v. Средние значения этих величин представлены в табл. 2. Слой D существует лишь в дневные часы, а слой F1 -также в дневные и преимущественно летом. Слой Е отличается стабильностью, aF2 - наибольшим изменением своих параметров. Параметры, в первую очередь электронная концентрация всех слоев, зависят от географических координат, времени суток, года и цикла солнечной активности. Помимо отмеченных слоев, в верхней ионосфере существуют радиационные пояса, окружающие Землю и образованные заряжёнными частицами (в первую очередь - протонами и электронами), захваченными магнитным полем Земли.
Траектория волны.
Ионосфера является сферически неоднородной средой, в которой диэлектрическая проницаемость, показатель преломления и фазовая скорость волны изменяются с высотой, что приводит к искривлению траектории падающей на ионосферу и распространяющейся в ней волны, вплоть до поворота её к земной поверхности. Для определения условий возникновения полного внутреннего отражения, т. е. поворота волны к земле, воспользуемся лучевой трактовкой, справедливой при малых изменениях свойств среды на пути порядка длины волны
Полагаем ионосферу состоящей из большого числа тонких слоев с постоянными в пределах каждого слоя значениями диэлектрической проницаемости е„ и показателя преломления п„, величины которых изменяются при переходе от слоя к слою. На основе закона
преломления для s - го слоя nssinφs = ns+1sin фs и теоремы синусов для текущего треугольника (а + hs) sinφs =(a+hs-1) sin фs найдём для текущей точки траектории волны =>sinφ0 = (l+h/a)nи(h) sinφ (I)
|
где φ0 - угол излучения волны антенной относительно нормали к земле; φ - угол между касательной к траектории волны и радиусом-вектором, проведенным из центра Земли в текущую точку траектории на высоте h.
условия отражения
Поскольку распространение волны происходит из оптически более плотной в оптически менее плотную средуφ1>φ0, φ2>φ1 и т. д., волна отклоняется к земной поверхности. Для возращения на Землю в верхней точке траектории волны угол φ должен составлять 90°. Учитывая это, получаем условие отражения волны от ионосферы =>sinφ0 = V(l – 3190Nэ / (ω2 + ν2)) (1 + h/a). (2)
Для KB диапазона и выше в слоях ионосферы, принимающих участие в отражении, ω>>νи
sinφ0= V(l - 80,8 Nэ/ f 2) (1 + h/a), (3)
где N3 выражается в эл/м3, af - в Гц, или N3 - в эл/см, а
f - в кГц, а = 6370 км - радиус Земли, h - высота отражающего слоя.
В реальной ионосфере изменение показателя преломления происходит плавно, что приводит также к плавному искривлению траектории волны. Для расстояний менее 1000 км можно не учитывать сферичность Земли и ионосферы, ввиду чего условие отражения (поворота) волны
приобретает вид I
=>sinφ0= V/(1 - 80,8 Nэ/ f2). (4)
Из выражений (3) и (4) следует, что с увеличением частоты падающей на ионосферу под заданным углом ф0-радиоволны отражение будет происходить от областей с большей электронной концентрацией, а следовательно, на больших высотах. Максимально- применимые частоты. Так как электронная концентрация изменяется с высотой не монотонно, проходя ряд возрастающих по величине максимумов, соответствующих ионосферным слоям D, Е, Fl, F2, то при фиксированной дальности связи будут существовать и соответствующие значения максимальных частот, при которых волна еще отражается от соответствующих областей.
Величины максимальных частот волн, отражающихся от областей максимальной концентрации электронов N3(h)max, зависят от протяжённости трассы, возрастая с её увеличением. Эти наибольшие частоты волн, еще попадающих в пункт приёма после отражения от слоя ионосферы, называют максимально применимыми частотами (МПЧ) соответствующих слоев и обозначают с указанием расстояний Е - МПЧ, F1 - МПЧ, F2 - МПЧ. Наибольшая из МПЧ отдельных слоев является максимально применимой частотой трассы заданной протяженности. Волны с частотой f> МПЧ после отражения уходят дальше пункта приёма или проходят через ионосферу.
Критические углы и частоты.
Для волн достаточно высоких частот существуют, как это следует из условия отражения, наименьшие, возрастающие с увеличением частоты, значения углов падения φ0 ионосферу, при которых еще возможно отражение. Значения этих углов, называемых критическими φкр, уменьшаются с ростом максимума электронной концентрации, различны для различных ионосферных слоев и изменяются с изменением состояния ионосферы При уменьшении частоты величины критических углов также уменьшаются и волны достаточно низких частот будут отражаться и при вертикальном падении на ионосферу, т. е при φ0 = 0. Условие их отражения приобретает вид
=>V(l - 80,8 Nэ/ f 2) = 0 или fкр = fn = V(80,8 Nэ (h)) (5) и показывает, что с ростом частоты возрастает необходимое для отражение волны значение электронной концентрации. Поэтому для каждого ионосферного слоя существует наибольшая, называемая критической и обозначаемая fкр или f0 частота вертикально падающей на ионосферу волны, при которой еще происходит отражение от этого слоя:
=>fкр = f0 = V(80,8N3(h)). (6)
Критическая частота слоя однозначно связана с максимумом электронной концентрации и служит характеристикой слоя Каждому из ионосферных слоев соответствует свое значение критической частоты f0D, f0E, foFl, foF2, изменяющееся в соответствии с изменением состояния ионосферы. Радиоволны частот f>fKр от данного слоя при вертикальном падении не отражаются Как следует из εи = 1 - 80,8 Nэ/f2, отражение вертикально падающих волн происходит от области ионосферы, где для данной частоты εи= 0 (здесь выполняется равенство fв= fп).
Регулярные и нерегулярные изменения ионосферы, Регулярные изменения. Состояние ионосферы зависит от степени освещённости и активности Солнца и подвержено поэтому регулярным суточным, сезонным и 11-летним колебаниям.
Область D - устойчивое образование, регулярно появляющееся днем. Степень ионизации однозначно определяется зенитным углом Солнца, т. е. углом направления на Солнце и в зенит, достигая максимума в местный полдень Электронная концентрация, претерпевающая суточные и сезонные изменения, слабо зависят от цикла солнечной активности и недостаточна для отражения коротких волн, которые при любом возможном угле падения пронизывают область D, испытывая в ней наибольшее поглощение. Эта область сильно поглощает средние волны, препятствуя их распространению ионосферной волной в дневное время, устойчиво отражает сверхдлинные и длинные волны.
Область Е - устойчивое, постоянно существующее образование, электронная концентрация которого однозначно определяется зенитным углом Солнца, достигая максимального значения в местный полдень и возрастая по мере приближения к экватору, летом выше, чем зимой. При изменении фазы солнечной активности электронная концентрация изменяется незначительно, критические частоты при переходе от минимума к максимуму изменяется на 15-20 %. В ночное время электронная концентрация и критические частоты уменьшаются, достигая минимума примерно за два часа до восхода Солнца. Минимально действующая высота близка к действительной и не претерпевает заметных изменений.
Область F1 - устойчивое образование, отражение от которого наблюдается только днем, причем на широтах выше 50° к северу и югу лишь летом, на более низких - круглый год Закономерности изменения электронной концентрации аналогичны слою Е. П ри изменении фазы солнечной активности от минимума до максимума критические частоты возрастают не более чем на 30 %.
Область F2 - очень неустойчива, подвержена сильным изменениям электронной концентрации во времени Максимум критической частоты зимой значительно выше, чем летом, и наблюдается зимой и летом несколько позже полудня Ночью, особенно в утренние часы, имеет место минимум критических частот (летом он менее глубок). Зависимость концентрации электронов от географических координат свидетельствует о существенном влиянии магнитного поля Земли, что объясняется ионизацией области F2 не только ультрафиолетовым излучением Солнца, но и потоком заряженных частиц. Критические частоты слоя F2, будучи пропорциональны числу солнечных пятен, увеличиваются в период максимума солнечной активности в 1,5-2 раза по сравнению с минимумом Действующие высоты слоя и высоты максимума электронной плотности также испытывают весьма сложные суточные, сезонные и географические изменения.
Таблица
Параметры слоев | Ионосферные слои | ||||
D | Е | F, | F; | ||
h, км | 60-90 | 100 - 140 | 170 - 240 | 230 - 400 | |
Ьш, км | - | 15-20 | 20 - 100 | 50-200 | |
N3, эл/м3 | ю8 - ю9 | 109-2*1011 | 2*1011- 4,5*1011 | 2*1011-2*1012 | |
ν, 1/C | 107 | 105 | 104 | 103 |
|
|
Архитектура электронного правительства: Единая архитектура – это методологический подход при создании системы управления государства, который строится...
Адаптации растений и животных к жизни в горах: Большое значение для жизни организмов в горах имеют степень расчленения, крутизна и экспозиционные различия склонов...
Историки об Елизавете Петровне: Елизавета попала между двумя встречными культурными течениями, воспитывалась среди новых европейских веяний и преданий...
Типы сооружений для обработки осадков: Септиками называются сооружения, в которых одновременно происходят осветление сточной жидкости...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!