Распространение радиоволн презентация учителей физики. Радиоволны.ppt - Презентация на тему "Радиоволны"

Cлайд 1

Модели распространения радиоволн, методы предсказания напряжённости поля и потерь распространения, применяемые МСЭ-R Александр Васильев и Кевин Хьюз Международный союз электросвязи Бюро радиосвязи Департамент исследовательских комиссий Международный союз электросвязи Центр повышения квалификации для стран Европы и СНГ, Киев, Украина Международная конференция «Мониторинг радиочастотного спектра», Киев 1-4 июня 2004 года UCRF МСЭ

Cлайд 2

В каких случаях необходима оценка потерь распространения? 1. При проектировании и создании систем радиосвязи требуемый уровень сигнала? требуемая зона покрытия? время и период работы системы? требуемое качество? Международная конференция «Мониторинг радиочастотного спектра», Киев 1-4 июня 2004 года UCRF МСЭ

Cлайд 3

В каких случаях необходима оценка потерь распространения? 2. Совместимость с другими системами и службами уровень мешающего сигнала (сигналов)? зона помех? период и время наличия мешающего сигнала? снижение качества обслуживания? Возможна ли совместная работа?! Международная конференция «Мониторинг радиочастотного спектра», Киев 1-4 июня 2004 года UCRF МСЭ

Cлайд 4

Модели распространения и частотные диапазоны (1) Диапазон частот Частота Мода ОНЧ 3-30 кГц волноводная НЧ 30-300 кГц земная волна, пространственная волна СЧ 0,3-3 МГц земная волна, пространственная волна ВЧ 3-30 МГц пространственная волна Международная конференция «Мониторинг радиочастотного спектра», Киев 1-4 июня 2004 года UCRF МСЭ

Cлайд 5

Модели распространения и частотные диапазоны (2) Диапазон частот Частота Мода ОВЧ 30-300 МГц пространственная волна, тропосферное рассеяние, дифракция, линия прямой видимости УВЧ 0,3-3 ГГц пространственная волна, тропосферное рассеяние, дифракция, линия прямой видимости СВЧ 3-30 ГГц линия прямой видимости КВЧ 30-300 ГГц линия прямой видимости Международная конференция «Мониторинг радиочастотного спектра», Киев 1-4 июня 2004 года UCRF МСЭ

Cлайд 6

Основные факторы, при оценке распространения радиоволн 1. Эффекты распространения, обусловленные подстилающей поверхностью и препятствиями на пути волны 2. Эффекты распространение в тропосфере: для чистой атмосферы 3. Эффекты распространение в тропосфере: для загрязнённой атмосферы 4. Эффекты распространение в ионосфере - частотно-зависимы Международная конференция «Мониторинг радиочастотного спектра», Киев 1-4 июня 2004 года UCRF МСЭ

Cлайд 7

Изменчивость среды распространения Климат в тропосфере Температура, давление, водяные пары Интенсивность дождя Покрытие облаками Изменения в ионосфере следовательно: зависят от места (региона) - климата, времени года, и в ряде случаев, времени дня/ночи (например: умеренный, тропический, экваториальный климат; лето, зима) Международная конференция «Мониторинг радиочастотного спектра», Киев 1-4 июня 2004 года UCRF МСЭ

Cлайд 8

Исследовательская комиссия 3 (ИК-3) «Распространение радиоволн» Задачи: Изучение природы распространения радиоволн в ионизированной и неионизированной среде, влияния осадков, эффекта преломления радиоволн и характеристики радио шума в целях усовершенствования радио систем. СТРУКТУРА (рабочие группы): РГ 3J - Основы распространения радиоволн РГ 3K - Распространение “пункт-зона” РГ 3L - Ионосферное распространение РГ 3M - Распространение “зона -зона” и «Земля-космос» Международная конференция «Мониторинг радиочастотного спектра», Киев 1-4 июня 2004 года UCRF МСЭ

Cлайд 9

ИК 3 – «Распространение радиоволн» Ключевые вопросы Создание и уточнение карт радиометеорологических параметров: климатических карт (осадков, водяных паров, и т.п.); карт коэффициентов преломления радиосигнала для различных территорий; карт проводимости земной поверхности, и т. д. Предсказание потерь распространения: для полезного сигнала и мешающих воздействий; на трассе Земля-космос; в локальных радио сетях; для сигналов служб радиовещания (в том числе цифрового) и подвижной связи. Международная конференция «Мониторинг радиочастотного спектра», Киев 1-4 июня 2004 года UCRF МСЭ

Cлайд 10

Публикации ИК 3 (других ИК) Рекомендации Справочники Отчёты Все публикации ИК подготавливаются на основе входных документов, направленных участниками данной исследовательской комиссии (Государствами-Членами МСЭ и организациями/предприятиями членами сектора МСЭ-Р), после обсуждения и одобрения на собрании ИК. Процедуры обсуждения, одобрения и принятии публикаций разрабатываются и утверждаются Ассамблеей радиосвязи. Международная конференция «Мониторинг радиочастотного спектра», Киев 1-4 июня 2004 года UCRF МСЭ

Cлайд 11

ИК 3 – Распространение радиоволн. Справочники Кривые распространения радиоволн по поверхности Земли Ионосфера и её влияние на распространение радиоволн Применение данных о распространении радиоволн для прогноза канала связи Земля-космос Распространение радиоволн систем наземной и подвижной связи в ОВЧ и УВЧ диапазонах частот По радиометеорологии... Международная конференция «Мониторинг радиочастотного спектра», Киев 1-4 июня 2004 года UCRF МСЭ

Cлайд 12

Рекомендации МСЭ-R Серия Р рекомендаций 1. Базовые рекомендации: Основы (например определения) Радиошум Эффекты распространения – влияние почвы, влияние препятствий Радиометеорология Ионосферные эффекты Международная конференция «Мониторинг радиочастотного спектра», Киев 1-4 июня 2004 года UCRF МСЭ

Cлайд 13

2. Методы предсказание напряжённости поля: Методы предсказание для наземных трасс Методы предсказания для трасс Земля-космос Совместное использование частот, методы предсказания уровней помех и координация Рекомендации МСЭ-R Серия Р рекомендаций Международная конференция «Мониторинг радиочастотного спектра», Киев 1-4 июня 2004 года UCRF МСЭ

Cлайд 14

Примеры рекомендаций МСЭ-R, относящихся к базовым понятиям: P.526 Распространение радиоволн за счёт дифракции P.833 Потери за счёт растительности P.835 Эталонные стандартные атмосферы P.676 Ослабление в атмосферных газах P.453 Индекс рефракции радиоволн: его формула и данные о рефракции P.837 Характеристики осадков, используемые для моделирования распространения радиоволн P.1240 Максимальная применимая частота (MUF) и предсказание линии Рекомендации МСЭ-R Серии Р Международная конференция «Мониторинг радиочастотного спектра», Киев 1-4 июня 2004 года UCRF МСЭ

Cлайд 15

Отражение радиоволн Рекомендация МСЭ-R P.526 «Распространение радиоволн за счёт дифракции» Дифракция (отражение) от гладкой сферической Земли Дифракция обусловленная препятствиями и неровной поверхностью: Препятствия моделируемые клиновидными неоднородностями Теория Френеля Единичное гладкое препятствие Множественные препятствия multiple obstacles Проводящая клиновидная неоднородность Международная конференция «Мониторинг радиочастотного спектра», Киев 1-4 июня 2004 года UCRF МСЭ

Cлайд 16

Преломление радиоволн Рекомендация МСЭ-R P.453 «Индекс рефракции радиоволн: его формула и данные о рефракции» Формулы для расчёта индекса рефракции (искривление траектории волны, вызванные неоднородным строением тропосферы, главным образом по вертикали) для атмосферы Вертикальный градиент рефракции Оценка волноводных эффектов Цифровая карты с данными для расчёта индекса рефракции для различных времён года (доступны с ИНТЕРНЕТ страницы Исследовательской комиссии 3 по адресу: http://www.itu.int/ITU-R/software/study-groups/rsg3/databanks/troposph/index.html) Международная конференция «Мониторинг радиочастотного спектра», Киев 1-4 июня 2004 года UCRF МСЭ

Cлайд 17

Моделирование осадков Рекомендация МСЭ-R P.837 «Характеристики осадков, используемые для моделирования распространения радиоволн» Цифровые карты с указанием значений интенсивности осадков превышаемых в указанном проценте времени среднего года для всей поверхности Земли базируются на данных за 15 лет доступны с ИНТЕРНЕТ страницы Исследовательской комиссии 3 по адресу: http://www.itu.int/ITU-R/software/study-groups/rsg3/databanks/troposph/rec837) Международная конференция «Мониторинг радиочастотного спектра», Киев 1-4 июня 2004 года UCRF МСЭ

Cлайд 18

Рекомендации МСЭ-R Серия Р рекомендаций Примеры Рекомендаций для предсказания напряжённости поля: P.533 Предсказание для ВЧ диапазона P.1546 Пункт-зона, 30-3000 МГц P.1238 В помещениях, 900 МГц-100 ГГц P.530 Наземные службы; прямая видимость P.618 Земля-космос (фиксированная спутниковая служба) P.681 Подвижная спутниковая служба P.452 Помехи на поверхности Земли, > 0.7 ГГц Международная конференция «Мониторинг радиочастотного спектра», Киев 1-4 июня 2004 года UCRF МСЭ

Cлайд 19

Предсказание напряжённости поля в ВЧ диапазоне - Рекомендация МСЭ-R P.533 «Метод прогнозирования распространения радиоволн на ВЧ» Входные данные Координаты пути частота (2-30 MГц) параметры системы месяц и год солнечная активность Результаты Средне-месячные данные: максимально применимая частота (MUF) напряжённость на входе приёмника мощность на входе приёмника отношение сигнал/шум наименьшая применимая частота (LUF) базовая надёжность линии (BCR) Международная конференция «Мониторинг радиочастотного спектра», Киев 1-4 июня 2004 года UCRF МСЭ

Cлайд 20

Программа REC533 Программа REC533 – компьютерная реализация Рек. МСЭ-R Р.533 для оценки распространения ВЧ ионосферных волн и эксплуатационных характеристик радиолиний в диапазоне 2-30 МГц Усиление антенны оценивается в соответствии с Рек. МСЭ-R BS.705 Применима для планирования систем, управления использованием частот и диагностики эксплутационных характеристик Доступна с ИНТЕРНЕТ страницы ИК 3 по адресу: Международная конференция «Мониторинг радиочастотного спектра», Киев 1-4 июня 2004 года UCRF МСЭ

Cлайд 21

Пункт-зона Рекомендация МСЭ-R P.1546 «Метод прогнозирования на трассах пункт–зона для наземных служб в диапазоне частот 30-3000 МГц» Используется для предсказание напряжённости поля для наземных радиовещательных и подвижных служб: расстояние 1 – 1 000 км различные проценты времени 1 - 50 % земля, море и смешенные пути предсказание как с использованием базы данных о поверхности так и без оной зависимость от изменений градиента рефракции для заданного региона Международная конференция «Мониторинг радиочастотного спектра», Киев 1-4 июня 2004 года UCRF МСЭ

Автор презентации «Свойства и применение
радиоволн»
Помаскин Юрий Иванович учитель физики МОУ СОШ№5
г. Кимовска Тульской области.
Презентация сделана как учебно-наглядное пособие к учебнику
«Физика 11» авторов Г.Я. Мякишева, Б.Б.Буховцева, В.М.Чаругина.
Предназначена для демонстрации на уроках изучения нового
материала
Используемые источники:
1)Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, В.М.Чаругин «Физика 11», Москва, Просвещени
2)Н.А.Парфентьева «Сборник задач по физике 10-11», Москва, Просвещение 20
3)А.П.Рымкевич «Физика 10-11»(задачник) Москва, Дрофа2001
4) Фото автора
5)Картинки из Интернета (http://images.yandex.ru/)

План

ПЛАН
Распространение радиоволн
Радиолокация
Физические принципы телевидения
Развитие средств связи
Вопросы для закрепления материала
Домашнее задание

СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН

Свойства электромагнитных волн

СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН
Электромагнитные волны
поглощаются
отражаются
преломляются
поляризуются

Поглощение электромагнитных волн

ПОГЛОЩЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН
При прохождении электромагнитных волн через
различные диэлектрики их интенсивность
уменьшается, происходит поглощение
до
диэлектрик
после

Отражение электромагнитных волн

ОТРАЖЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН
Электромагнитные волны
отражаются от
токопроводящих сред
(металлов, ионосферы …)
Отражение происходит по
закону отражения
При отражении волн от
металлов у них меняется
плоскость поляризации

Преломление электромагнитных волн

ПРЕЛОМЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН
При переходе из одной среды
в другую электромагнитные
волны меняют свое
направление
(преломляются) согласно
закона преломления
Величина (показатель)
преломления зависит от
скорости электромагнитных
волн в этих средах

Поляризация электромагнитных волн

ПОЛЯРИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН
Электромагнитную
волну можно
поляризовать
(заставить совершать
колебания в строго
определенной
плоскости), что
говорит о
поперечности
электромагнитных
волн

Распространение радиоволн

РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН

Распространение радиоволн

РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН
Длинные волны
Длинные волны (λ>100 м) огибают
поверхность Земли за счет явления
дифракции. Это огибание выражено
тем ярче, чем больше длина волны.
Недостатком длинных волн
является их сильное поглощение
поверхностными слоями земли и
атмосферы.
Длинные волны обеспечивают
надежную связь на небольших
расстояниях при достаточно
мощных передатчиках

Короткие волны
Короткие волны
(10 м < λ < 100 м)
распространяются на
большие расстояния
за счет многократно
го отражения от
ионосферы и
поверхности Земли

Ультракороткие волны
Ультракороткие волны
(λ < 10 м) проходят сквозь
ионосферу и почти не
огибают поверхность
Земли.
Их используют для связи с
космическими кораблями
и для связи между
пунктами лежащими в
прямой видимости

радиолокация

РАДИОЛОКАЦИЯ

радиолокация

Радиолокация – это
обнаружение и
точное определение
местоположения
объекта при помощи
электромагнитных
волн
Расстояние до объекта
определяется формулой:
R = ct/2
РАДИОЛОКАЦИЯ
В радиолокации используются
два свойства радиоволн:
свойство отражения и
конечность скорости
распространения

0
10 20
30

В радиолокации
используются СВЧ
генераторы (с длиной
волны порядка 10 см и
меньше)
Локатор работает в
импульсном режиме
(длительность каждого
импульса составляет
миллионные доли
секунды, а промежутки
между ними примерно
в 1000 раз больше)
Радиолокация получила
широкое применение в
различных областях:
ПВО
В различных областях
военного дела
Навигация в авиации и на
флоте
В службе погоды
Локация планет
Контроль за скоростным
режимом на дорогах (ГАИ)
И много других

Физические основы телевидения

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ТЕЛЕВИДЕНИЯ

Телевидение – это способ передачи
изображения с помощью
электромагнитных волн
Сначала нужно наложить изображение на
высокочастотную электромагнитную волну
(модуляция)
Затем выделить изображение из
модулированной электромагнитной волны
(детектирование)

Преобразование изображения в видеосигнал

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ В
ВИДЕОСИГНАЛ
Преобразование изображения в видеосигнал
происходит в иконоскопе
Иконоскоп - важнейшая часть телевизионной
камеры

Иконоскоп
Мозаичный экран
Объектив
Электронная
пушка
Отклоняющие
катушки
Видеосигнал

Генератор
высокой
частоты
Модулирующе
е устройство
Электрический сигнал
(видеосигнал),
полученный в
иконоскопе,
накладывается на
высокочастотные
незатухающие
колебания и
излучаются в виде
модулированных
электромагнитных
волн с передающих
антенн

Преобразование видеосигнала в изображение

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ВИДЕОСИГНАЛА
В ИЗОБРАЖЕНИЕ
Видеосигнал преобразуется в изображение при
помощи кинескопа
Кинескоп – важнейшая часть телевизора

Модулированная
электромагнитная
волна возбуждает в
приемной антенне
телевизионного
приемника
высокочастотные
модулированные
колебания
При помощи
детектирующего
устройства из них
выделяется
электрический
видеосигнал
Приемны
й контур и
детектор

ВОПРОСЫ НА ЗАКРЕПЛЕНИЕ
Перечислите основные свойства электромагнитных волн
Приведите примеры проявления свойств
электромагнитных волн
Что такое радиолокация? Какие свойства
электромагнитных волн лежат в основе радиолокации?
Где используется радиолокация?
На каких радиоволнах работают радиолокаторы? Почему?
Что такое телевидение?
При помощи какого устройства преобразуется видимое
изображение в электрический сигнал?
Расскажите о принципе работы иконоскопа.
При помощи какого устройства электрический сигнал
преобразуется в видимое изображение?
Расскажите о работе кинескопа телевизора.
Расскажите об известных вам современных средствах связи

Домашнее задание

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ
§§54-58 (Физика11)
Подготовить сообщения на темы:
Применение радиолокации
Применение телевидения
Современные средства связи
Мобильная связь

Презентация к уроку «Радиоволны»

учителя МАОУ лицея №14

Ермаковой Т.В.

Радиоволны - электромагнитное излучение с длинами волн 5·10 −5 -10 10 метров и частотами, соответственно, от 6·10 12 Гц и до нескольких Гц. Радиоволны используются при передаче данных в радиосетях.

О радиоволнах впервые в своих работах в 1868 году рассказал Джеймс Максвелл. В 1887 году Генрих Герц экспериментально подтвердил теорию Максвелла, получив в своей лаборатории радиоволны длиной в несколько десятков сантиметров.

ЧТО ТАКОЕ РАДИОВОЛНЫ?

• электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве со скоростью света
• переносят через пространство энергию, излучаемую генератором электромагнитных колебаний
• рождаются при изменении электрического поля
• характеризуются частотой, длиной волны и мощностью переносимой энергии

Диапазон частот

Наименование диапазона (сокращенное наименование)

Очень низкие частоты (ОНЧ)

Наименование диапазона волн

Низкие частоты (НЧ)

Длина волны

Мириаметровые

300–3000 кГц

Километровые

Средние частоты (СЧ)

Высокие частоты (ВЧ)

Гектометровые

Очень высокие частоты (ОВЧ)

300–3000 МГц

Декаметровые

Ультра высокие частоты (УВЧ)

Метровые

Сверхвысокие частоты (СВЧ)

Дециметровые

Сантиметровые

Крайне высокие частоты (КВЧ)

300–3000 ГГц

Гипервысокие частоты (ГВЧ)

Миллиметровые

Децимиллиметровые

ДИАПАЗОНЫ РАДИОВОЛН

• для авиационной связи
• для наземной связи
• телевизионные
• радиовещательные
• для космической связи
• для морской связи,
• для передачи данных и медицины,
• для радиолокации и радионавигации.

ДИАПАЗОН РАДИОВОЛН

Термин

Коротковолновый диапазон (КВ)

Диапазон частот

2–30 МГц

«Си-Би»

Пояснения

25.6–30.1 МГц

«Low Band»

Из-за особенностей распространения в основном применяется для дальней связи.

33–50 МГц

Гражданский диапазон, в котором могут

пользоваться связью частные лица. В разных странах на этом участке выделено от 40 до 80 фиксированных частот (каналов).

Непонятно почему, но в русском языке не нашлось термина, определяющего данный диапазон.

136–174 МГц

400–512 МГц

«800 МГц»

Наиболее распространенный диапазон подвижной наземной связи.

806–825 и 851–870 МГц

Диапазон подвижной наземной связи. Иногда не выделяют этот участок в отдельный диапазон, а говорят УКВ, подразумевая полосу частот от 136 до 512 МГц.

Традиционный «американский» диапазон; широко используется подвижной связью в США. У нас не получил особого распространения.

КАК РАСПРОСТРАНЯЮТСЯ РАДИОВОЛНЫ

• радиоволны излучаются через антенну
• передачи длинноволновых вещательных станций можно принимать на расстоянии до нескольких тысяч километров
• средневолновые станции слышны в пределах тысячи километров.
• Энергия коротких волн резко убывает по мере удаления от передатчика.
• исследования коротких и ультракоротких волн показали, что они быстро затухают, когда идут у поверхности Земли. При направлении излучения вверх, короткие волны возвращаются обратно.

РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН

РАСПРОСТРАНЕНИЕ КВ И УКВ

РАСПРОСТРАНЕНИЕ КОРОТКИХ ВОЛН В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ЧАСТОТЫ И ВРЕМЕНИ СУТОК

• с уменьшением длины волны возрастает их затухание и поглощение в атмосфере.
• на распространение волн короче 1 см влияют туман, дождь, облака, сильно ограничивающие дальность связи.

Ширина блока px

Скопируйте этот код и вставьте себе на сайт

Подписи к слайдам:

Тема № 3. Антенны и распространение радиоволн. Занятие № 3. Антенны войсковых радиостанций

• 1. Назначение, классификация и основные характеристики антенн.
• 2. Антенны для связи поверхностными радиоволнами.
• 3. Антенны для связи пространственными радиоволнами.

• Военная Кафедра Связи

• Занятие №3 - 1 -

• Учебные вопросы:

• Военная Кафедра Связи

• Занятие №3 - -

• ВВЕДЕНИЕ
• Антенны относятся к пассивным компонентам средств связи и конструктивно представляют собой сочетание проводников и диэлектриков. Наряду с выполнением основных функций излучения и приема радиоволн современные антенны могут выполнять важные функции пространственной фильтрации радиосигналов и обеспечения направленности действия радиосистем.
• В большинстве случаев антенна радиостанции служит одновременно и для приема, и для передачи, но в специальных случаях для этого могут использоваться отдельные антенны.
• Конструктивное выполнение антенн существенно зависит от диапазона применяемых радиоволн.

• Военная Кафедра Связи

• Занятие №3 - -

• 1. НАЗНАЧЕНИЕ, КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АНТЕНН

• Устройства, предназначенные для излучения и приема электромагнитных волн, называются антеннами.
• Передающая антенна под воздействием ВЧ токов и полей, сосредоточенных в выходных цепях передатчика, создает в пространстве электромагнитное поле в виде электромагнитных волн. В свою очередь, приемная антенна под воздействием поля приходящей электромагнитной волны создает токи, сосредоточенные во входных элементах приемника.
• Простейшей антенной является элементарный электрический диполь (вибратор Герца, полуволновой вибратор), то есть короткий отрезок провода, который на большом в сравнении с собственной длиной расстоянии образует в свободном пространстве поле излучения в виде электромагнитной волны.

• Длина волны этих колебаний равна удвоенной длине провода антенны λ =2L , т.е. вдоль провода укладывается одна полуволна тока.
• Антенну, длина которой L = λ /2
• и называют полуволновым вибратором.

• Военная Кафедра Связи

• Занятие №3 - -

• ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АНТЕНН

• - входное сопротивление – определяется как отношение комплексной амплитуды входного напряжения к комплексной амплитуде входного тока и содержит активную и реактивную составляющие:
• ZA = RA + XA
• - коэффициент полезного действия (КПД) антенны - отношение излучаемой мощности к мощности, подводимой к антенне от передатчика:
• ήА = Ризл / Рпрд
• - коэффициент направленного действия (КНД) антенны - число, показывающее, во сколько раз нужно было бы увеличить мощность передатчика при использовании ненаправленной антенны вместо данной направленной, чтобы величина сигнала в точке приема осталась неизменной:
• D = Рненапр / Рнапр

• Военная Кафедра Связи

• Занятие №3 - -

• - коэффициент усиления антенны определяется как произведение КПД и КНД:
• G = ήА D = Рненапр / Рпрд
• КУ показывает, во сколько раз мощность колебаний, излучаемых ненаправленной антенной больше мощности, поступающей от передатчика в реальную (направленную) антенну при одной и той же амплитуде Епр в приемной антенне. Коэффициент усиления антенны дает возможность оценить, во сколько раз можно уменьшать мощность передатчика при той же дальности связи за счет применения направленной антенны.
• Перечисленные характеристики относятся как к передающим, так и к приемным антеннам, что объясняется свойством обратимости, вытекающем из принципа взаимности. Согласно этому принципу антенна, работающая на прием, имеет такие же характеристики, как и при использовании ее в качестве передающей. Следовательно, одну и ту же антенну можно использовать как приемо-передающую.

• Военная Кафедра Связи

• Занятие №3 - -

• - диаграмма направленности антенны - характеризует интенсивность излучения антенной в различных направлениях и выражает зависимость амплитуды напряженности электрической составляющей электромагнитного поля на некотором расстоянии от направления излучения.
• Антенна является направленной, если она создает неодинаковую величину напряженности поля излучения в равноудаленных от нее точках пространства.

• Наиболее полное представление о распределении интенсивности излучения дают пространственные диаграммы направленности, однако они сложны при графическом изображении. Поэтому для определения характеристики направленности антенны в большинстве случаев ограничиваются снятием ее диаграмм направленности в двух взаимно перпендикулярных плоскостях поляризации Е и Н. В зависимости от ориентации антенны относительно поверхности земли плоскость Е может быть горизонтальной или вертикальной.

• Военная Кафедра Связи

• Занятие №3 - -

• Q 0,5 Pmax

• Т.о., кривая, изображающая направленность излучения антенны
• в горизонтальной или вертикальной плоскости,
• называется диаграммой направленности антенны.

• У любой реальной антенны имеется направление максимального излучения, называемое главным направлением диаграммы. ДН в большинстве случаев имеет несколько максимумов, отделенных друг от друга минимумами.

• Область, примыкающая к максимуму и расположенная между двумя минимумами, называется лепестком .
• Лепесток, соответствующий максимальному излучению, называется главным (основным), а другие лепестки – боковыми.
• Шириной диаграммы направленности называется угол Q , в пределах которого мощность излучаемых радиоволн уменьшается не более чем в два раза по сравнению с мощностью, излучаемой в направлении максимального излучения антенны.

• Военная Кафедра Связи

• Занятие №3 - -

• Диаграммы направленности строят в полярной (рис. 2 а) или прямоугольной (декартовой)
• (рис. 2 б). системах координат.
• (На этом рисунке изображена диаграмма направленности симметричного вибратора в
• Е-плоскости.)

• Диаграммы направленности, выполненные в полярных координатах (а), отличаются большей наглядностью, поскольку дают возможность представить изменение интенсивности излучения в пространстве.

• Военная Кафедра Связи

• Занятие №3 - -

• КЛАССИФИКАЦИЯ АНТЕНН

• по назначению: а) передающие, приемные, приемно-передающие
• б) для радиосвязи , радиорелейной и тропосферной связи
• по диапазону использования: длинноволновые, коротковолновые,
• ультра коротковолновые , дециметровые, сантиметровые…
• по диапазонным свойствам: узкополосные, широкополосные,
• частотно независимые
• по принципу действия и построения:
• - проволочные (линейные) - выполняются из тонких, по сравнению с их длинной и длиной волны, проводников: симметричные и несимметричные, вибраторные, рамочные, спиральные, ромбические и однопроводные. Применяются на МВ и КВ.
• - дифракционные: щелевые, полосковые, волноводно-рупорные, линзовые, зеркальные, стержневые, плоскостные, а также комбинированные (сочетание нескольких типов излучателей, например рупорно-зеркальные). Эти антенны используются на ДМВ и СМВ.

• Военная Кафедра Связи

• Занятие №3 - -

• Рупорно-параболические антенны
• радиорелейных станций

• Военная Кафедра Связи

• Занятие №3 - -

• по свойствам направленности:
• направленные
• ненаправленные:
• - кругового (равномерного) излучения вдоль земли
• - зенитного излучения
• - комбинированного излучения (в зенит и вдоль земли)
• по способу использования:
• стационарные
• полевые
• бортовые (устанавливаются на сухопутных, водных,
• летательных и других подвижных объектах)

• Военная Кафедра Связи

• Занятие №3 - -

• Антенны военных радиостанций должны иметь ограниченные габариты, небольшой вес, легко устанавливаться, легко сниматься, не должны демаскировать радиостанцию и пункты управления.
• Для каждого типа станции выбирается свой оптимальный тип антенны. Поэтому антенны военных радиостанций отличаются многообразием типов от самых простейших до высокоэффективных.
• В полевых условиях выбор антенны и умелое ее использование являются важнейшими факторами, влияющими на дальность и надежность связи.
• Имеющаяся радиостанция, как правило, не поддается изменению в процессе эксплуатации и только выбор антенны и рабочей частоты дает возможность в конкретных условиях добиваться необходимых результатов.

• ВЫВОД

• Военная Кафедра Связи

• Занятие №3 - -

• 2. АНТЕННЫ ДЛЯ СВЯЗИ ПОВЕРХНОСТНЫМИ РАДИОВОЛНАМИ.

• Возможность осуществления радиосвязи зависит не только
• от свойств антенн, мощности передатчика и чувствительности приемника, но и от свойств среды, в которой распространяются радиоволны.
• Если пункты передачи и приема расположены на поверхности земли, то земля будет существенно влиять на напряженность поля в точке приема. В зависимости от длины волны и свойств применяемых антенн роль земной поверхности и других факторов может быть различной. При относительно небольших расстояниях и высотах расположения антенн, можно пренебречь влиянием ионосферы и тропосферы и принимать во внимание лишь волны, распространяющиеся вдоль земной поверхности, то есть поверхностные или земные волны.
• Важным положительным качеством радиосвязи поверхностными радиоволнами является устойчивость напряженности поля в месте приема, т.е. поле земной волны практически остается неизменным независимо от времени суток, года, метеорологических и космических явлений.

• Военная Кафедра Связи

• Занятие №3 - -

• Недостатком радиосвязи поверхностной волной является ограниченная дальность связи, так за счет поглощения радиоволн полупроводящей земной поверхностью и за счет экранирующего действия ее кривизны, напряженность поля убывает с расстоянием значительно быстрее, чем в свободном пространстве.
• Дальность радиосвязи земной волной существенно зависит от параметров почвы, длины волны, выбранного типа антенн
• и слабо зависит от мощности передатчика.
• Основные требования к антеннам, работающим земной волной:
• Максимум излучения должен быть направлен вдоль поверхности земли.
• Антенна должна излучать (принимать) вертикально поляризованные волны, ибо поле с горизонтальной поляризацией быстрее затухает вдоль земли.
• Этим требованиям отвечают два основных типа антенн
• штыревые и проволочные.

• Военная Кафедра Связи

• Занятие №3 - -

• Штыревая антенна (АШ) представляет собой несимметричный вертикальный вибратор и является антенной поверхностного луча, излучающей электромагнитную энергию равномерно во все стороны вдоль земной поверхности, но не излучающей в зенит.
• Диаграмма направленности штыревой антенны представляет собой правильную окружность (в горизонтальной плоскости) и лепесток (в вертикальной плоскости), при этом лепесток направлен под некоторым углом к земной поверхности, зависящим от свойств почвы и длины антенны. Наиболее эффективной является антенна с размерами от ¼ до ½ длины волны (четвертьволновой и полуволновой вибраторы). Удлинение антенны до ¾ λ прижимает лепесток к земле, дальнейшее удлинение, наоборот, направляет основное излучение вверх. Таким образом, применять антенну свыше ¾ λ не имеет смысла, так как это не ведет к улучшению излучения вдоль земли.

Штыревая антенна

• hA=λ/4

• hA ≥3/4λ

• 45-60o

• hA ≥ λ/2

• 10-15o

• ДН в ВП

• ДН в ГП

• Диапазон частот 1,5-108 МГц Дальность радиосвязи до 70 км

• Военная Кафедра Связи

• Занятие №3 - -

• АШ-1,5 (антенна Куликова) - складная гибкая штыревая антенна длиной 1,5 м, предназначенная для использования с носимыми и возимыми средствами радиосвязи. Названа по фамилии изобретателя, Сергея Алексеевича Куликова. Антенна Куликова представляет собой набор втулок, нанизанных на стальной тросик. Верхний конец тросика закреплен в наконечнике антенны, нижний соединен с натяжным механизмом. При натянутом тросике конструкция образует прочный и гибкий электрически единый стержень, способный выдерживать достаточно большие поперечные нагрузки. Антенна крепится непосредственно к радиоаппаратуре или к бортовому кронштейну транспортного средства. При ослабленном тросике антенну можно свернуть в небольшое кольцо. Антенна Куликова широко применяется в военной технике связи. Она является основной у многих войсковых носимых КВ и УКВ радиостанций малой мощности типа Р-105М, Р-107М, Р-159, Р-168-5УН. Дальность связи до 10 км.
• АШ-2,7 (комбинированная) состоит из АШ-1,5 и основания из шести 20см секций (дюралевых трубок). Применяется в тех же радиостанциях для увеличения дальности связи до 12-15 км.
• АШ-1,5 и АШ-2,7 для увеличения дальности связи до 60-70км могут устанавливаться на полутелескопических или телескопических мачтах высотой 11-18м.

• Военная Кафедра Связи

• Занятие №3 - -

• Телескопическая мачта состоит из тонкостенных дюралюминиевых труб разного диаметра. Высота мачты: в опущенном состоянии-2,7 м ; в поднятом состоянии-12,1 м . Масса мачты-83 кг . В мачте имеется одно неподвижное и семь подвижных колен, входящих одно в другое, а также лебедка, установленная на основном колене мачты для подъема и опускания мачты. В поднятом состоянии ТМ крепится оттяжками, составленными из отрезков стального троса (диаметр 4 мм), разделенных между собой изоляторами. Оттяжки располагаются тремя ярусами по три оттяжки в каждом. Первый ярус оттяжек закрепляется к верху основного колена, второй - на высоте 7,3 м, третий - на высоте 10,3 м. Нижние концы оттяжек крепятся к уголковым кольям, забиваемым в землю на расстоянии 8 м от основания мачты по окружности через 120°. Входит в комплект радиостанций средней мощности и КШМ на бронебазе.

• Военная Кафедра Связи

• Занятие №3 - -

• Радиостанция средней мощности
• с телескопическими мачтами

• Военная Кафедра Связи

• Занятие №3 - -

• Полутелескопическая мачта применяется в основном на КШМ типа Р-142Н. Состоит из одной неподвижной и шести подвижных тонкостенных дюралюминиевых труб разного диаметра, входящих одна в другую и соединяющихся между собой при помощи замков, западающих в специальные гнезда. На верхнем колене мачты имеются ушки, за которые крепятся капроновые оттяжки. Подъем мачты производится вручную, без лебедки. Масса антенны 35 кг.

• Военная Кафедра Связи

• Занятие №3 - -

• АШ-1,5/11 - Антенна штыревая на мачте предназначена для связи земной волной при работе на стоянке. Конструктивно антенна состоит из гибкого штыря и составных колен по 0,3м и 0,2м общей высотой 1,5…3,6м с тремя противовесами, соединенными байонетными замками с антенной головкой.
• Противовесы в антенне создают эффект подстилающей поверхности, за счет чего энергия излучаемой ЭМ волны распределяется таким образом, что диаграмма направленности антенны приподнимается. Это дает возможность обеспечить связь на более дальние расстояния (до 70км) с лучшим качеством. Антенна является ненаправленной и не требует ориентировки на корреспондента. Устанавливается на вершине полутелескопической мачты высотой 11м, для развертывания которой необходима площадка 10х10м. Питание антенны осуществляется с помощью коаксиального кабеля (фидера), подключаемого одним концом к головке антенны, другим - к бортовому разъему КШМ.

• Военная Кафедра Связи

• Занятие №3 - -

• АШ-4 (танковая) предназначена для связи земной волной как на стоянке, так и при движении. Конструктивно состоит из 4-х дюралевых или стальных трубок различного диаметра, соединяемых между собой с помощью специальных замковых сочленений и укрепленных на специальном кронштейне. Имеется на всех бронеобъектах, на радиостанциях средней мощности, командно-штабных машинах. Обеспечивает дальность связи до 30 км.

• Антенны оборудуются механизмами подъема (МПА), которые предназначены для изменения положения штыревых антенн. Они представляют собой электромеханические устройства, с помощью которых антенны могут быть установлены в наклонное, вертикальное или транспортное положение.

• Военная Кафедра Связи

• Занятие №3 - -

• Широкодиапазонная антенна (ШДА) предназначена для обеспечения радиосвязи земной волной в диапазоне частот 30...60,0 МГц на дальности до 80 км. Антенна имеет круговое излучение с вертикальной поляризацией в горизонтальной плоскости. Исполняется в двух вариантах: в виде объемного или плоского несимметричного вертикального вибратора.
• Для радиостанций средней мощности и КШМ старого парка (Р-140М, Р-145БМ, БМП-1КШ) представляет собой несимметричный объемный вертикальный вибратор, состоящий из центрального стержня длиной 2655мм, восьми стержней – вибраторов диаметром 6мм, расположенных вокруг центрального стержня и восьми противовесов длиной 2м каждый.
• Для радиостанций средней мощности и КШМ нового парка (Р-161А-2М, Р-149БМР) представляет собой несимметричный плоский вертикальный излучатель с противовесами, который выполнен из алюминиевых труб различного диаметра. Излучатель состоит из штанги и двух съемных рам. Противовесы (8 штук) длиной по 2 м расположены равномерно по окружности. Антенна устанавливается на вершине телескопической мачты высотой 16м и подключается к ВЧ разъему коаксиальным кабелем РК-75 длиной 25м.

• Военная Кафедра Связи

• Занятие №3 - -

• Антенна ШДА
• на телескопической мачте 12м.

• Военная Кафедра Связи

• Занятие №3 - -

• Т.о., несимметричные вертикальные антенны обеспечивают максимальное излучение вдоль поверхности земли, что и явилось причиной их широкого использования для связи земными волнами.
• В горизонтальной плоскости такие антенны формируют ненаправленное (изотропное) излучение, позволяющее обеспечивать работу радиостанции в движении, в радиосети или в случаях, когда направление на корреспондента неизвестно.
• Аналогичной ДН обладают и Т-образные антенны, образуемые из симметричных наклонных вибраторов.

• Военная Кафедра Связи

• Занятие №3 - -

• Кроме ненаправленных несимметричных вертикальных антенн в военной технике связи нашли широкое применение направленные проволочные антенны, которые имеют диаграмму направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях, сориентированную по направлению развертывания антенны. Так, на мобильных КВ и УКВ радиостанциях в качестве направленной антенны используется антенна бегущей волны (АБВ).
• Антенна представляет собой изолированный медный проводник длиною LA= (5...7)λ, что для средней рабочей частоты УКВ диапазона составит 40м. Провод подвешивается параллельно над землей на высоте h = (2...3) м в КВ диапазоне и на высоте h = (0,5...1) м в УКВ диапазоне. Один конец провода подключается к радиостанции, а на другом конце включено активное сопротивление Rн = (300...500) Ом с проволочными противовесами
• Антенну следует всегда развертывать так, чтобы провод и противовесы были направлены в сторону корреспондента.
• АБВ эффективна на сухих и очень сухих почвах, где имеется горизонтальная составляющая электрического поля ЕГ. Для того чтобы при работе на влажных участках местности эффективно использовать направленные свойства АБВ, применяют разновидность этой антенны λ -лямбдаобразную антенну.

• Военная Кафедра Связи

• Занятие №3 - -

• λ -образная антенна представляет собой однопроводную антенну бегущей волны, ближняя к радиостанции часть провода которой поднята над землей на высоту 0,62λ , что для средней волны диапазона всех УКВ радиостанций составляет 5...6 м. В качестве опоры λ -образной антенны желательно применять деревянную мачту, при отсутствии которой можно использовать различные местные предметы (отдельно стоящие деревья, столбы, высокий забор).

• Военная Кафедра Связи

• Занятие №3 - -

• ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ λ - ОБРАЗНОЙ АНТЕННЫ

• Военная Кафедра Связи

• Занятие №3 - -

• Эффективность антенны, а, следовательно, предельная дальность связи значительно зависят от трассы, рельефа местности на трассе и от состояния почвы в непосредственной близости от антенны. Установлено, что на влажных почвах более эффективной является штыревая антенна, на сухих – АБВ, а λ –образная эффективнее АШ и АБВ во всех случаях.

• Военная Кафедра Связи

• Занятие №3 - -

• 3. АНТЕННЫ ДЛЯ СВЯЗИ ПРОСТРАНСТВЕННЫМИ РАДИОВОЛНАМИ

• Антенна наклонный симметричный вибратор (наклонный диполь) предназначена для связи ионосферными волнами при работе радиостанции на стоянке и представляет собой два наклонных вибратора (плеча) средней длиной каждого L=1/2λ. Каждое плечо антенны выполнено из двух отрезков гибкого многожильного провода, которые можно соединять перемычками. Такая конструкция позволяет в низкочастотной части диапазона (1,5...6 МГц) использовать вибратор с полной длиной плеча, а в высокочастотной части (6…12МГц) - с укороченной. Антенна развертывается на мачте с высотой подвеса 9-12м и соединяется с согласующим устройством радиостанции с помощью двухпроводного фидера длиной 15м. Антенна является слабонаправленной с преимущественным излучением в направлении, перпендикулярном плоскости диполя. Поэтому для обеспечения радиосвязи на дальности до 300 км антенна может быть ориентирована произвольно, а на дальностях свыше 300 км – продольной осью полотна перпендикулярно направлению на корреспондента. Для радиостанций средней мощности применяется антенна ВН 40/12 (ВН 13/9), обеспечивающая дальность связи до 800 км; для радиостанций КШМ – антенна ВН 25/11 (ВН 15/11) с дальностью связи до 350км.

• Диапазон частот ВН 25/11 (Д2х25) - 1,5- 6 Мгц ВН15/11 (Д2х15) - 6 - 12 МГц Дальность радиосвязи до 350 км

• Симметричный наклонный вибратор (ВН 25/11)
• Наклонный диполь (Д2х25)

• ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ АНТЕННЫ СИММЕТРИЧНЫЙ ВИБРАТОР

• Военная Кафедра Связи

• Занятие №3 - -

• V- образная антенна (V 46/12) предназначена для обеспечения радиосвязи на стоянке ионосферной волной в диапазоне 10...30 МГц на дальности свыше 800 км.
• Конструктивно антенна выполнена в виде двух лучей медного многожильного провода длиной по 46 м. Верхние концы лучей крепятся на высоте 12 м телескопической мачты. Нижние концы лучей разносятся на расстояние 37 м друг от друга так, чтобы угол между проекциями лучей на землю составил 50 0. С целью обеспечения режима бегущей волны концы лучей нагружаются на активное сопротивление (R = 400 Ом) и противовесы.
• Антенна обладает направленностью как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях с максимумом излучения в плоскости биссектрисы угла между лучами. В средней части рабочего диапазона ширина главного лепестка диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости составляет 30...35, а в горизонтальной – 25...30

V- образная антенна (V2x46 м)

• Диапазон частот 10-30 МГц Дальность радиосвязи до 2000 км

• ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ V-ОБРАЗНОЙ АНТЕННЫ

• Военная Кафедра Связи

• Занятие №3 - -

• Антенна зенитного излучения предназначена для связи ионосферной и земной волной КВ радиостанций на коротких остановках и в движении. На КШМ Р-142Н излучатель выполнен из двух разнесенных П-образных рамочных элементов, установленных на крыше автомобиля. Максимум излучаемой электромагнитной волны приходится вперед и вверх машины.
• На радиостанции средней мощности Р-161А-2М и КШМ Р-149БМР применяются двухштыревые антенны зенитного излучения (ДШАЗИ), состоящие из полотна антенны, механизмов подъёма и коаксиальных линий. Полотно антенны состоит из двух четырёхметровых штырей, расположенных в рабочем положении под углом 30 0 к горизонту (“наклонно”) и вынесенных за габариты кузова. Механизмы подъёма обеспечивают перевод антенны из транспортного положения в вертикальное (для работы земной волной) или наклонное (для работы ионосферной волной) и обратно. Характеристики излучения антенны в горизонтальной плоскости имеют некоторую направленность в сторону нижних концов штырей при наклонном их положении. При работе их ориентируют передней частью автомобиля (БТР) на корреспондента. В походном положении штыри могут быть сняты. Дальность связи до 350км.

Антенна зенитного излучения (АЗИ)

• Диапазон частот 1,5-14 МГц Дальность радиосвязи до 300 км

• Двухштыревая АЗИ
• (Р-161А-2М, Р-149БМР)

• Военная Кафедра Связи

• Занятие №3 - -

• ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ АЗИ

• ДН в ВП

• ДН в ГП

• Рамочная АЗИ
• (КШМ Р-142Н)

• Военная Кафедра Связи

• Занятие №3 - -

• Оттяжка

• l =7м

• Мачта телескопическая h=11 м

• Мачта телескопическая h=11 м

• Перемычка

• АШ- 3, 4

• Вибратор наклонный 2х25 м

• Антенное поле КШМ Р-142Н

• Антенна комбинированная с противовесами

• Оттяжка

• Военная Кафедра Связи

• Занятие №3 - -

• hA=λ /4

• hA ≥ 3/4 λ

• 45-60o

• hA ≥ λ / 2

• 10-15o

• ДН в ВП

• ДН в ГП

• ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ АНТЕННЫ БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ

• ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ λ - ОБРАЗНОЙ АНТЕННЫ

Дальность связи зависит от: Мощности излучения; Мощности излучения; Длины волны; Длины волны; Поляризации волны; Поляризации волны; Электрических параметров земной поверхности; Электрических параметров земной поверхности; Электрических параметров среды распространения; Электрических параметров среды распространения; Условий приёма и передачи. Условий приёма и передачи.

Ионосфера Ионосферой называется верхняя (от высот км) часть земной атмосферы с повышенным содержанием заряженных частиц (электронов и ионов). Главным источником ионизации являются солнечные излучения, несущие около 99% ионизирующей энергии. Строение ионосферы определяется величиной и характером зависимости концентрации заряженных частиц от высоты и времени. Неоднородность земной атмосферы приводит к тому, что помимо главного наблюдается еще несколько максимумов концентрации заряженных частиц. Часть области ионосферы, содержащая относительный максимум электронной концентрации либо характеризующаяся резким изменением концентрации, называется слоем.

Деление радиоволн на диапазоны Условный Условный Наименование участка диапазона радиоволн Длина волны, м Наименование участка диапазона радиочастот Частота, к Гц 4 Мириаметровые или сверхдлинные волны (СДВ) Очень низкие частоты (ОНЧ) Километровые или длинные волны (ДВ) Низкие частоты (НЧ) Гектометровые или средние волны (СВ) Средние частоты (СЧ) (3 - 30) * 10^2 7 Декаметровые или короткие волны (КВ) Высокие частоты (ВЧ) (3 - 30) * 10^3 8 Метровые волны (МВ) Очень высокие частоты (ОВЧ) (3 - 30) * 10^4 9 Дециметровые волны (ДЦВ) 0,1 - 1 Ультравысокие частоты (УВЧ) (3 - 30) * 10^5

Снижение качества связи вызвано: Замиранием сигналов; Замиранием сигналов; Многолучёвостью; Многолучёвостью; Флуктуации параметров среды; Флуктуации параметров среды; Ионосферные возмущения; Ионосферные возмущения; Производственные помехи; Производственные помехи; Бытовые помехи. Бытовые помехи.

Замирания сигналов Природа замираний в основном сводится к интерференции нескольких приходящих к месту приема по разным траекториям лучей. Существуют и другие причины появления нескольких лучей в точке приема. Многолучевость в сочетании с флуктуациями параметров ионосферы приводит к тому, что характеристики результирующего поля сигнала в месте приема непрерывно меняются и прием коротких волн сопровождается быстрыми (0,1 - 1 сек.) и медленными изменениями уровня сигнала на входе приемника - замираниями.