Лабораторна робота 2 дослідження області простору, яка є істотною при поширенні радіохвиль. Зони френеля мета роботи icon

Лабораторна робота 2 дослідження області простору, яка є істотною при поширенні радіохвиль. Зони френеля мета роботи




Скачати 101.19 Kb.
НазваЛабораторна робота 2 дослідження області простору, яка є істотною при поширенні радіохвиль. Зони френеля мета роботи
Дата конвертації24.11.2012
Розмір101.19 Kb.
ТипЛабораторна робота
1. /Лабораторна робота 1.docx
2. /Лабораторна робота 2.doc
3. /Лабораторна робота З.doc
Лабораторна робота 1 дослідження поширення радіохвиль у вільному просторі
Лабораторна робота 2 дослідження області простору, яка є істотною при поширенні радіохвиль. Зони френеля мета роботи
Лабораторна робота з дослідження поширення радіохвиль поблизу поверхні землі мета роботи вивчити закономірності поширення радіохвиль поблизу поверхні Землі



Лабораторна робота 2

ДОСЛІДЖЕННЯ ОБЛАСТІ ПРОСТОРУ, ЯКА Є ІСТОТНОЮ
ПРИ ПОШИРЕННІ РАДІОХВИЛЬ. ЗОНИ ФРЕНЕЛЯ


Мета роботи - вивчити особливості процесу поширення радіохвиль та визначити область простору, в якій відбувається безпосередня передача енергії радіохвиль.

Теоретичні відомості

Дане питання доцільно почати розглядати з принципу Гюйгенса-Френеля.

Нехай у точці А (рис. 2.1) розташоване джерело електромагнітних хвиль. Необхідно визначити напруженість електричного поля в точці В. Навколо випромінювача умовно проведена замкнута поверхня. Згідно принципу Гюйгенса, кожна елементарна ділянка поверхні ∆S може бути джерелом вторинних сферичних хвиль. Поле у точці В визначається шляхом векторного додавання полів вторинних джерел по всій поверхні S.






Процес формування поля в точці В розглянемо для випадку дифракції радіохвилі на круглому отворі в нескінченному екрані. Нехай точка випромінювання А і точка прийому В розташовані на відстані R одна від одної. На відстані R від точки В розміщений перпендикулярно відстані АВ плоский металевий екран нескінченних розмірів (рис. 2.2).



Рис. 2.2. Круглий отвір в нескінченному екрані


Випромінювач, поміщений в точку А, має діаграму спрямованості F(θ).

Замкнена навколо точки А поверхня S створена цим екраном і нескінченно віддаленою півсферою, що спирається на екран. При віддаленні від точки випромінювання напруженість електричного поля зменшується пропорційно відстані. Це означає, що вторинні джерела на нескінченно відділеній півсфері не впливають на формування поля в точці В. Істотний вплив будуть формувати джерела, що лежать поблизу точки перетину О прямої АВ з площиною екрану. Якщо в екрані немає отвору, то через його нескінченність і непрозорість для хвиль поле в точці В дорівнюватиме нулю.

Якщо в екрані зробити невеликий круглий отвір площею з центром в точці О, то за рахунок випромінювання з його поверхні в точці В з'явиться напруженість поля ∆E1. Збільшимо площу отвору до 2∆S. Тоді випромінювання з додаткової кільцевої поверхні дасть в точці В додаткову складову напруженості поля з амплітудою ∆E2. За рахунок більшого шляху складова поля E2 відстає по фазі від ∆E1 на ∆φ1, (рис. 2.3). Збільшимо площу отвору до 3∆S. Тоді в точці В з'явиться додаткова складова напруженості поля з амплітудою ∆Е3. Вона відстає по фазі від Е2 на ∆φ2 і т.д. В результаті отримуємо векторну діаграму (рис. 2.3), кінці якої замикаються результуючим вектором напруженості поля Е в точці В. При достатньо малих приростах площі отвору лінія векторної діаграми буде плавною.




Для визначення напруженості поля в точці В скористаємося принципом Гюйгенса-Френеля. Вторинні джерела, що розташовані в отворі на радіусі r, мають комплексну амплітуду



яка визначається діаграмою спрямованості випромінювача і відстанню AF від випромінювача до отвору (рис. 2.2). Ці вторинні джерела, які розташовані на кільці dS, створюють в точці В поле



Дріб у виразі (2.2) представляє сферичну хвилю, що приходить в точку В шляхом FВ. З рис. 2.2 бачимо, що



Сумарне поле в точці В отримуємо інтегруванням по кільцях рівної площі радіуса r, що змінюється від 0 до радіусу отвору R0:




При збільшенні площі отвору спочатку напруженість поля в точці В збільшується. При певному радіусі отвору R0 за рахунок збільшення шляхів AF і поле вторинних джерел, розташованих на периферії отвору біля екрана, буде в протифазі з полем від центру отвору (рис.2.4, а). Амплітуда поля досягне максимуму. Це відбудеться при різниці шляхів в половину довжини хвилі, АFВ - АВ = λ/2 . Отвір при виконанні цієї умови називається першою зоною Френеля. При подальшому збільшенні отвору амплітуда поля починає збільшуватися і досягає нового максимуму при АFВ - АВ =3λ/2. Це буде третя зона Френеля (рис. 2.4, в). Якщо і далі збільшувати отвір, то векторна діаграма відобразить спіраль, що закручується.



Рис. 2.4. Векторні діаграми при різних діаметрах отвору


Амплітуда поля в точці В приймає екстремальні значення при виконанні умови:




причому максимуми будуть при непарному n, а мінімуми - при парному n.

Позначивши радіус n-і зони Френеля через рn перепишемо умову (2.6) у вигляді:




За звичайних умов R>>λ і R1>>λ , тоді з (2.7) отримуємо наближений вираз для радіусів зон Френеля:



Перша зона Френеля - коло, а решта - кільця- Причому площі всіх зон Френеля однакові:



Зобразимо графік залежності співвідношення напруженості поля Е до напруженості поля за відсутності екрана Е0 від площі отвору Я, віднесеної до площі першої зони Френеля 5, (рис. 2.5).




Ця залежність носить осцилюючий характер, причому амплітуда осциляції убуває зі збільшенням отвору. Для зон з великими номерами поля в точці В близькі за амплітудою і протифазні, тому вони взаємно компенсуються.

Результуюче сумарне поле за відсутності екрана Е0 в основному визначається першою зоною і декількома прилеглими до неї зонами. Амплітуда цього поля близька до половини амплітуди поля, що формується першою зоною Френеля. На практиці вважають, що перша зона Френеля є суттєвою зоною на площині екрану. При зсуві екрану вздовж осьової лінії АВ радіус першої зони змінюється. Він буде максимальним в середині траси і зменшується до її початку і кінця. Так як різниця відстаней АFВ-АВ постійна і дорівнює половині довжини хвилі, то радіус першої зони Френеля прокреслює еліпс з фокусами в точках А і В. Мінімальною зоною називають отвір екрану, при якому Е/Е0=1, тобто досягається амплітуда, що дорівнює напруженості поля за відсутності екрану. Її межа утворює більш витягнутий еліпс з фокусами в тих самих точках. Якщо ці еліпси змусити обертатися навколо осі АВ, то утворяться еліпсоїди обертання (рис. 2.6). Ці еліпсоїди обмежують відповідно істотну і мінімальну області простору розповсюдження радіохвилі.




Викладене вище дозволяє стверджувати, що розповсюдження радіохвилі з точки передачі до точки прийому відбувається в деякій області простору, що має форму еліпсоїда обертання з фокусами в цих точках. Якщо суттєві або хоча б мінімальна зони не містять неоднорідностей: атмосферних утворень, поверхні Землі з розташованими на ній будівлями, рослинністю і т.д., то при розрахунках радіолінії можна вважати, що радіохвиля поширюється у вільному просторі. Відзначимо також, що вплив діаграми спрямованості випромінювача F(θ) проявляється лише при досить вузьких діаграмах. В реальних конструкціях антени такі діаграми одержують лише при роботі в дециметровому і більш високочастотних діапазонах. Для моделювання та вивчення викладених вище питань створимо віртуальну лабораторну установку.


Порядок виконання роботи

  1. Запустити лабораторну установку, ознайомитися з органами управління (рис. 2.7).

  2. Виконати дослідження відповідно з обраним варіантом. Вихідні параметри радіолінії для кожного дослідження брати з табл. 2.1.





Рис. 2.7. Вид віртуальної лабораторної установки




Таблиця 2.1

Вихідні параметри для дослідження зон Френеля


Параметри

Варіант 1

Варіант 2

Варіант 3

Варіант 4

Варіант 5

Протяжність лінії, км

20

10

20

5

2

λ1 , м

50

70

100

ЗО

5

λ2 , м

λ1 , м

λ1 , м

λ1 , м

λ1 , м

λ1 , м

2∆θ, град

15

10

6

20

5

Відносна відстань до початкової і кінцевої точок траси ∆,%

10

5

20

15

10




  1. Встановити довжину лінії і довжину хвилі λ1, відповідно з обраним варіантом (табл. 2.1). Діаграма спрямованості передавача - ненапрямлена:

  • змінюючи відстань до діафрагми і за необхідності коригуючи радіус діафрагми, заміряти за допомогою курсору на лівому індикаторі радіус з першої зони Френеля. Дані звести до таблиці;

  • повторити вимірювання для довжини хвилі Х2. Дані звести в таблицю;

  • побудувати графіки першої зони Френеля вздовж довжини траси для А., і А.2.

  1. Встановити протяжність лінії і довжину хвилі λ1,відповідно з обраним варіантом (табл. 2.1). Діаграма спрямованості передавача - напрямлена. Встановіть її ширину 2∆θ.

  • помістити діафрагму на відносній відстані (відношення довжини відрізка до повної довжині траси) А від початкової точки траси. За допомогою курсорів здійснити по точках вимірювання кривих на обох індикаторах установки. Дані звести до таблиці;

  • помістити діафрагму на відносній відстані Д від кінцевої точки траси. За допомогою курсорів здійснити по точках вимірювання кривих на обох індикаторах установки. Дані звести до таблиці;

  • побудувати графіки отриманих залежностей.

  1. Пояснити отримані залежності, спираючись на знання теорії.

  2. Оформити і захистити звіт по роботі.

Контрольні питання

    1. Поясніть суть принципу Гюйгенса-Френеля.

    2. Що таке зони Френеля? Чому дорівнюють їх радіуси і площі?

    3. Що таке істотна область простору при поширенні радіохвилі?

  1. Що таке мінімальна область простору при поширенні радіохвилі?

  2. Яку форму має істотна область простору при поширенні радіохвилі?

  3. Як радіус істотної області простору змінюється вздовж траси?

  4. Чому залежність амплітуди поля в точці прийому від радіуса отвору в діафрагмі носить осцилюючий характер?

  5. Коли на радіотрасі існує пряма видимість?

  6. Коли на радіотрасі можна не враховувати перешкоди і говорити про передачу інформації радіохвилею у вільному просторі?

  7. Чи впливає ширина діаграми спрямованості передавальної антени на форму і розміри істотної і мінімальної областей?

  8. Як впливає ширина діаграми спрямованості передавальної антени на залежності амплітуди і фази вектора поля в точці прийому від радіуса діафрагми?

  9. Чому при використанні спрямованої передавальної антени залежності амплітуди і фази вектора поля в точці прийому від радіуса діафрагми різні при симетричному положенні діафрагми відносно середини траси?



Схожі:

Лабораторна робота 2 дослідження області простору, яка є істотною при поширенні радіохвиль. Зони френеля мета роботи iconЛабораторна робота 2 біпризма френеля
Мета роботи: Навчитися працювати з установкою, уміти визначати характеристики по інтерференційній картині
Лабораторна робота 2 дослідження області простору, яка є істотною при поширенні радіохвиль. Зони френеля мета роботи iconЛабораторна робота №2 Дослідження розгалуженого кола змінного струму. Мета роботи
Мета роботи: дослідити коло змінного струму при паралельному з’єднанні приймачів енергії з різним характером опору. Дослідити явище...
Лабораторна робота 2 дослідження області простору, яка є істотною при поширенні радіохвиль. Зони френеля мета роботи iconЛабораторна робота №1-1 Дослідження нерозгалуженого кола змінного струму. Мета роботи
Мета роботи: дослідити коло змінного струму при послідовному з’єднанні приймачів енергії з різним характером опору. Дослідити явище...
Лабораторна робота 2 дослідження області простору, яка є істотною при поширенні радіохвиль. Зони френеля мета роботи iconЛабораторна робота №8 Дослідження підсилювача низької частоти. Мета роботи
Мета роботи: Вивчити принцип дії підсилювача низької частоти пнч, зібраного за схемою з загальним емітером. Визначити коефіцієнт...
Лабораторна робота 2 дослідження області простору, яка є істотною при поширенні радіохвиль. Зони френеля мета роботи iconЛабораторна робота №5 дослідження активного двополюсника мета роботи Виконанням цієї роботи передбачається експериментальне та
...
Лабораторна робота 2 дослідження області простору, яка є істотною при поширенні радіохвиль. Зони френеля мета роботи iconЛабораторна робота №2 (Фізика, 10 клас, за новою програмо) Тема: Лабораторна робота №2. Вимірювання сил
...
Лабораторна робота 2 дослідження області простору, яка є істотною при поширенні радіохвиль. Зони френеля мета роботи iconЛабораторна робота №2 дослідження кіл постійного струму
Мета роботи: Ознайомитися з методами експериментально-розрахункового дослідження кіл постійного струму з використанням універсального...
Лабораторна робота 2 дослідження області простору, яка є істотною при поширенні радіохвиль. Зони френеля мета роботи iconЛабораторна робота №1 Тема роботи: Конференцзвязок в NetMeeting, icq мета роботи
Мета роботи: ознайомитися та одержати навички роботи із програмними й технічними засобами передачі-прийому інформації, організації...
Лабораторна робота 2 дослідження області простору, яка є істотною при поширенні радіохвиль. Зони френеля мета роботи iconЛабораторна робота №4 Тема роботи: Конференцзвязок в NetMeeting, icq мета роботи
Мета роботи: ознайомитися та одержати навички роботи із програмними й технічними засобами передачі-прийому інформації, організації...
Лабораторна робота 2 дослідження області простору, яка є істотною при поширенні радіохвиль. Зони френеля мета роботи iconЛабораторна робота №2 закони ома ікірхгофа. Потенціальна діаграма електричного кола мета роботи Виконанням цієї роботи передбачається
При підготовці до роботи студенти мають скласти протокол звіту, ознайомитись з методичними вказівками, робочим завданням та відповісти...
Лабораторна робота 2 дослідження області простору, яка є істотною при поширенні радіохвиль. Зони френеля мета роботи iconЛабораторна робота №4 Еквівалентні перетворення сполучень опорів за схемами " зірка " та " трикутник " Мета роботи : Виконанням цієї роботи передбачається експериментальна
При підготовці до роботи студенти мають скласти протокол звіту, ознайомитись з методичними вказівками, робочим завдання та відповісти...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©te.zavantag.com 2000-2017
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи