Лабораторна робота з дослідження поширення радіохвиль поблизу поверхні землі мета роботи вивчити закономірності поширення радіохвиль поблизу поверхні Землі icon

Лабораторна робота з дослідження поширення радіохвиль поблизу поверхні землі мета роботи вивчити закономірності поширення радіохвиль поблизу поверхні Землі




Скачати 191.29 Kb.
НазваЛабораторна робота з дослідження поширення радіохвиль поблизу поверхні землі мета роботи вивчити закономірності поширення радіохвиль поблизу поверхні Землі
Дата конвертації24.11.2012
Розмір191.29 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 З

ДОСЛІДЖЕННЯ ПОШИРЕННЯ РАДІОХВИЛЬ

ПОБЛИЗУ ПОВЕРХНІ ЗЕМЛІ

Мета роботи - вивчити закономірності поширення радіохвиль поблизу поверхні Землі.

В рамках цієї роботи будемо вважати земну поверхню плоскою, що допустимо в межах 20 % зони прямої видимості. Будемо досліджувати вплив геометричних параметрів радіолінії і електромагнітних характеристик земної поверхні за допомогою віртуальної лабораторної установки.

Теоретичні відомості

В більшості реальних радіоліній передавальна та приймальна антени розташовані поблизу земної поверхні. При цьому її електромагнітні параметри, форма, рельєф істотно впливають на рівень сигналу в точці прийому.

Електромагнітні властивості будь-якого середовища характеризуються відносною діелектричною проникністю ε, питомою провідністю σ і відносною магнітною проникністю μ. За рідкісним винятком, всі види земної поверхні є немагнітними матеріалами, для яких μ≈1. Експериментально встановлено, що електричні параметри ґрунтів визначаються в основному їх вологонасиченістю. Вона змінюється протягом року, а в зимовий період при мінусових температурах вода перетворюється на лід. В табл. 3.1 наведені орієнтовні значення відносної діелектричної проникності та питомої провідності для типових видів земної поверхні. Ці параметри визначені при різних температурах і для різних частотних діапазонів.

Середовища поділяють на діелектрики та провідники за відношенням густин струму зміщення δзм і струму провідності δ.




де λ= c/f - довжина хвилі; f - частота: с = 3-108 м/с – швидкість світла.

Це відношення дорівнює:

Якщо відношення |δзм/ δ|≥3, то вплив струму провідності незначний і ґрунт можна вважати діелектриком. При |δзм/ δ|≤3 – грунт розглядається як провідник. Для частот менших 1,5 МГц поверхня Землі - провідник. В сантиметровому і дециметровому діапазонах вона діелектрик.

Вплив земної поверхні проявляється у появі відбитої електромагнітної хвилі. Напрямок руху падаючої хвилі вказує її вектор Пойнтінга Ппад. При її падінні під кутом ковзання 9 до земної поверхні утворюється відбита хвиля. Її напрямок руху вказує вектор Пойнтінга Ппад (рис. 3.1).


Таблиця 3.1

Електричні параметри типових видів земної поверхні


Вид земної поверхні

Частота в МГц

Відносна діелектрична проникність

Питома провідність у См/м

1

Прісна вода

(t=20 °С)

<300

90

2-Ю"2

2

3000

80

5

3

10000

40

20

4

100000

10

5

5

Морська вода (t= 20 °С)

<300

78

5

6

3000

70

5

7

10000

40

20




100000

10

5

9

Вологий ґрунт (t= 20 °С)

<300

15-30

10-2 -10-1

10

3000

15-30

10-1 – 5x10-1

11

10000

10-15

1-3

12

Сухий грунт

( t= 20 °С)

<300

3-6

10-4 – 2x10-3

13

3000

3-6

5x10-3 – 7x10-2

14

10000

2-5

10-12x10-1

15

Лід

(t=-10 °С)

<300

4-5

10-2 – 10-1

16

3000

3,5

10-4 -10-3

17

10000

3,5

10-4 - 10 -3

18

Сніг

(t=-10 °С)

<300

1,2

10-6

19

3000

1,2

10-5

20

10000

1,2

10-5

21

Мерзлий ґрунт

(t = -35 °С)

<300

3-7

10-3 -10-2

22

Ліс

<30

1,004

10-6 -10-5

23

60 - 3000

1,04-1,4

10-5 -10-3






Рис. 3.1. Відбиття хвилі від поверхні Землі




Відношення комплексних амплітуд напруженостей електричних полів відбитої та падаючої хвиль називається коефіцієнтом відбиття







Коефіцієнт відбиття залежить від виду поляризації падаючої хвилі. Для горизонтальної поляризації:


Для вертикальної поляризації:




Аналіз показує, що залежність модуля |Ггор(θ)|є монотонною, а залежність |Гверт(θ)| - немонотонною. Вона має мінімум при певному куті, що називається кутом Брюстера.

Розглянемо поширення радіохвилі поблизу земної поверхні. Нехай на висоті h1, в точці А розташована передавальна антена, яка випромінює потужність Р. Передавальна антена має діаграму спрямованості F(θ,φ) , де θ - кут місця у вертикальній площині; φ - азимутальний кут в горизонтальній площині. Ширина діаграми спрямованості у вертикальній площині 2∆θ, в горизонтальній площині - 2∆ φ. Якщо обидві ці величини виражені в градусах, то коефіцієнт спрямованої дії антени D в напрямку максимуму діаграми спрямованості буде визначатися за формулою:




Передавальну антену далі будемо вважати ненаправленою в горизонтальній площині, що характерно для всіх радіомовних антен. Ширина діаграми спрямованості в горизонтальній площині таких антен 2∆φ = 360°. Діаграма спрямованості передавальної антени у вертикальній площині F(θ).

На відстані r (r = СD) на висоті h2 в точці В розташована приймальня антена (рис. 3.2).



Рис. 3.2. Шляхи прямої й відбитої хвиль в точці прийому

З точки А в точку В радіохвиля може приходити двома шляхами: прямим і відбитим. Напруженість електричного поля утворюється підсумовуванням векторів напруженостей прямої й відбитої хвиль:



Пряма хвиля розповсюджується під кутом θ1, до горизонту по шляху АВ=r1



Напруженість поля прямої хвилі в точці прийому






Відбита хвиля приходить з А до В шляхом АОВ = r2. При падінні на поверхню Землі під кутом ковзання θ2 в точці 0 хвиля відбивається:


Коефіцієнт відбиття від земної поверхні :




У значній мірі визначає напруженість поля відбитої хвилі в точці прийому В:




Передбачається, що радіозв'язок здійснюється на велику відстань (r>>h2). Тому як для горизонтальної, так і для вертикальної поляризацій хвилі в точці прийому вектори Епр і Евідб можна вважати паралельними. Ця ж умова дозволяє при обчисленні амплітуд вважати r1=r2=r. Тоді амплітуда напруженості сумарного електричного поля в точці прийому визначається за формулою:

(3.13)


Радикал у виразі (3.13) описує відмінність поля при врахуванні впливу Землі від поля у вільному просторі. Він називається множником послаблення, чи інтерференційним множником. При переміщенні вздовж траси, коли змінюється r та при збереженні висот h1 i h2 , змінюється різниця фаз прямої і відбитої хвиль через фазовий набіг на ∆r= rг - r1. Залежність множника послаблення від відстані немонотонна (рис. 3.3).




Рис. 3.3. Залежність множника послаблення від відстані


При підйомі приймальної антени вгору, коли змінюється h2 при збереженні висоти h1 і відстані r, також змінюється різниця фаз прямої й відбитої хвиль через фазовий набіг на ∆r = rг r1. Залежність множника послаблення від висоти немонотонна (рис. 3.4).



Рис. 3.4. Залежність множника послаблені



Аналіз множника послаблення зазвичай проводять за умов r2 >>(h1+h2)2 i θ1≈ θ2≈ θ<<1. За цих умов


Максимуми поля будуть при виконанні умови:



де m=1,2,3,….. номери пелюсток, починаючи з дальнього по відстані або нижнього по висоті підйому приймальної антени (рис. 3.3 та рис. 3.4).

Вираз (3.13) є більш загальним, тому моделювання розповсюдження радіохвилі над плоскою земною поверхнею будемо здійснювати на його основі.


Порядок виконання роботи

1. Запустити лабораторну установку, ознайомитися з органами управління (рис. 3.4).



  1. Виконати дослідження відповідно до обраного варіанту. Вихідні параметри для кожного дослідження брати з табл. 3.2.

  2. Дослідити відбиття хвилі від поверхні Землі при різних поляризаціях:

  • встановити довжину хвилі X, питому провідність а і відносну діелектричну проникність є відповідно до обраного варіанту (табл. 3.2);

  • встановити горизонтальну поляризацію поля. Заміряти по точках за допомогою курсору на лівому індикаторі закладки «Коефіцієнт відбиття» залежність модуля коефіцієнта відбиття від кута ковзання. Дані звести до таблиці;

  • заміряти по точкам за допомогою курсору на правому індикаторі закладки «Коефіцієнт відбиття» залежність фази коефіцієнта відбиття від кута ковзання. Дані звести до таблиці;

  • встановити вертикальну поляризацію поля. Заміряти по точках за допомогою курсору на лівому індикаторі закладки

«Коефіцієнт відбиття» залежність модуля коефіцієнта відбиття від кута ковзання. Дані звести до таблиці;

  • заміряти по точках за допомогою курсору на правому індикаторі закладки «Коефіцієнт відбиття» залежність фази коефіцієнта відбиття від кута ковзання. Дані звести до таблиці;

  • побудувати графіки отриманих залежностей.

Таблиця 3.2

Вихідні параметри для дослідження розповсюдження

радіохвиль над поверхнею Землі

Параметри

Варіант 1

Варіант 2

Варіант 3

Варіант 4

Варіант 5

Питома провідність σ, См/м

0,001

0,05

0,1

0,5

2

Електрична проникність

ε

25

20

10

15

5

Довжина хвилі

λ, м

20

25

50

25

10

Висота передаваль­ної антени h1, м

150

200

150

200

250

Висота приймаль­ної антени h2, м

150

75

100

125

150

Ширина діаграми спрямова­ності 2∆θ, град

90

120

180

90

180

Довжина лінії, м

1

2

2

3

5




  1. Дослідити розподіл поля вздовж відстані:

  • не змінюючи довжину хвилі λ, питому провідність σ й відносну діелектричну проникність ε, перейти на закладку «Амплітуда поля над землею»;

  • встановити висоту передавальної антени h1, висоту приймальної антени h2 ширину діаграми спрямованості 2∆θ відповідно до обраного варіанту (табл. 3.2);

  • встановити горизонтальну поляризацію поля;

  • за допомогою регуляторів «Довжина лінії в км» і «Мінімальна відстань в км» досягти найбільш інформативного графіка амплітуди поля від відстані на індикаторі;

  • за допомогою курсору здійснити по точках вимірювання кривої на індикаторі установки. Дані звести до таблиці. За необхідності окремі ділянки графіка можна розтягнути на індикаторі за допомогою регуляторів «Довжина лінії в км» і «Мінімальна відстань у км»;

  • встановити вертикальну поляризацію поля;

  • за допомогою курсору здійснити по точках вимірювання кривої на індикаторі установки. Дані звести до таблиці. За необхідності окремі ділянки графіка можна розтягнути на індикаторі за допомогою регуляторів «Довжина лінії в км» і «Мінімальна відстань у км»;

  • побудувати графіки отриманих залежностей.

    1. Дослідити розподіл поля за висотою:

  • не змінюючи положення регуляторів, встановити курсор на екрані в положення довжини лінії г відповідно до обраного варіанту (табл. 3.2);

  • змінюючи висоту приймальної антени h2 за допомогою курсору, здійснити по точках вимірювання залежності амплітуди поля від висоти на фіксованій відстані. Дані звести до таблиці;

  • змінити поляризацію поля на горизонтальну;

  • змінюючи висоту приймальної антени h2 за допомогою курсору, здійснити по точках вимірювання залежності амплітуди поля від висоти на фіксованій відстані. Дані звести до таблиці;

• побудувати графіки отриманих залежностей. Визначити положення перших максимумів на графіках.

  1. Пояснити отримані залежності, спираючись на знання теорії.

  2. Оформити і захистити звіт по роботі.

Контрольні питання

    1. Якими параметрами характеризуються електричні властивості земної поверхні?

    2. За яким критерієм середовища поділяють на провідники та діелектрики?

    3. Як земна поверхня впливає на поширення радіохвилі?

    4. Що таке коефіцієнт відбиття?

    5. Що таке кут ковзання радіохвилі?

    6. Чим відрізняються залежності модуля коефіцієнта відбиття для вертикальної та горизонтальної поляризацій поля?

    7. Що таке кут Брюстера?

    8. Чи може відбита від Землі хвиля бути за амплітудою більше прямої хвилі?

    9. Що таке коефіцієнт спрямованої дії антени?

    10. Як коефіцієнт спрямованої дії антени пов'язаний з шириною її діаграми спрямованості у вертикальній і горизонтальній площинах?

    11. Чому пряма і відбита хвилі приходять в точку прийому з різними фазами?

    12. Як амплітуда поля в точці прийому залежить від потужності передавача?

    13. Як амплітуда поля в точці прийому залежить від коефіцієнта спрямованої дії передавальної антени?

    14. Чи можна збільшити дальність зв'язку, не змінюючи потужності передавача?

    15. Який характер має залежність амплітуди поля від відстані і чому?

    16. Який характер має залежність амплітуди поля від висоти приймальної антени і чому?



Список літератури

  1. Петров Б.М. Электродинамика и распространение радиоволн. - М: Горячая линия-Телеком, 2003. - 560 с.

  2. Неганов В.А., Осипов О.В., Раевский С.Б., Яровой Г. П. Электродинамика и распространение радиоволн / Под ред. В.А. Неганова и С.Б. Раевского. - М.: Радио и связь, 2005. - 648 с.

  3. Іванов В.О., Габрусенко Є.І. Поширення радіохвиль: Текста лекцій. - К.: НАУ, 2002. - 64 с.

  4. Ерохин ГЛ., Чернышев О.В., Козырев Н.Д., Кочержевский В.Г. Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн. - М.: Горячая линия-Телеком, 2004.-491 с.

  5. Пейч Л.И., Точшшн Д.А., Поддан Б.П. ЬаЬУІЕЇУ для новичков и специалистов. - М.: Горячая линия-Телеком, 2004.-544 с.



Схожі:

Лабораторна робота з дослідження поширення радіохвиль поблизу поверхні землі мета роботи вивчити закономірності поширення радіохвиль поблизу поверхні Землі iconВнутрішні процеси, що зумовлюють зміни земної кори. Землетруси мета
Землі; формування знань про землетруси і райони їх поширення; розвиток умінь роботи з картами та схемами атласу; визначення районів...
Лабораторна робота з дослідження поширення радіохвиль поблизу поверхні землі мета роботи вивчити закономірності поширення радіохвиль поблизу поверхні Землі iconУвага!!! Акція 22 квітня Міжнародний день Землі Нехай земля квітує всюди
День Землі покликаний об’єднати людей планети в справі захисту навколишнього середовища. У календарі існує два «Дні Землі», перше...
Лабораторна робота з дослідження поширення радіохвиль поблизу поверхні землі мета роботи вивчити закономірності поширення радіохвиль поблизу поверхні Землі 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 з дослідження поширення радіохвиль поблизу поверхні землі мета роботи вивчити закономірності поширення радіохвиль поблизу поверхні Землі iconПрограма предмет "Фізика поверхневих явищ"
Чистота реальної поверхні. Фізичні і хімічні неоднорідності. Методи перевірки чистоти поверхні. Методи отримання атомарно однорідних...
Лабораторна робота з дослідження поширення радіохвиль поблизу поверхні землі мета роботи вивчити закономірності поширення радіохвиль поблизу поверхні Землі iconУрок №9 Тема: Способи зображення Землі. Масштаб. Практична робота № з «Розв'язування задач із переведення числового масштабу в іменований»
Ної поверхні на глобусі, плані, карті, аерофотознімку та космічному знімку; розвивати вміння учнів розрізняти ознаки плану, карти...
Лабораторна робота з дослідження поширення радіохвиль поблизу поверхні землі мета роботи вивчити закономірності поширення радіохвиль поблизу поверхні Землі iconЛабораторна робота №7 Тема. Дослідження електричного кола з паралельним з'єднанням провідників
Мета: закріпити уміння складати електричне коло, навчитися досліджувати закономірності паралельного з'єднання провідників
Лабораторна робота з дослідження поширення радіохвиль поблизу поверхні землі мета роботи вивчити закономірності поширення радіохвиль поблизу поверхні Землі iconЛабораторна робота №5 дослідження однофазного трансформатора
Мета роботи: Вивчити будову та принцип дії однофазного трансформатора; визначити параметри та основні показники трансформатора; дослідити...
Лабораторна робота з дослідження поширення радіохвиль поблизу поверхні землі мета роботи вивчити закономірності поширення радіохвиль поблизу поверхні Землі iconФізика 7 клас ( )
Біля поверхні землі температура повітря становить +15°С. На висоті 7000м вона дорівнює -23°С. Визначте різницю температур
Лабораторна робота з дослідження поширення радіохвиль поблизу поверхні землі мета роботи вивчити закономірності поширення радіохвиль поблизу поверхні Землі iconЛабораторна робота №3
Мета роботи: вивчити можливості графічної підсистеми Delphi 5, її властивості та принципи побудови прикладних програм з використанням...
Лабораторна робота з дослідження поширення радіохвиль поблизу поверхні землі мета роботи вивчити закономірності поширення радіохвиль поблизу поверхні Землі iconЛабораторна робота поляриметр сахариметр
Мета роботи: навчитися працювати з поляриметром-сахариметром, вивчити явище обертання площини поляризації світлового пучка
Лабораторна робота з дослідження поширення радіохвиль поблизу поверхні землі мета роботи вивчити закономірності поширення радіохвиль поблизу поверхні Землі icon2012-2013 н р. Хмельницька область
Яку площу поверхні води займе нафта об'ємом 1 м3, яка розлилася по поверхні води при товщині шару 1/40000 мм?
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