ρ =. 120 π ΦΥΛΛΑ ΙΟ 10 ο 1 η Σφαιρική οµοιόµορφη διάδοση του ηλεκτροµαγνητικού

Transcript

1 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σλίδα 1 αό 10 ΦΥΛΛΑ ΙΟ 10 ο 1 η Σφαιρική οµοιόµορφη διάδοση του ηλκτροµαγνητικού κύµατος έχουµ όταν θωρούµ ότι κατά την ακτίνα διάδοσης του κύµατος δν υάρχουν µόδια, αλλά και ότι η κραία κοµής θωρίται σηµιακή ηγή ηλκτροµαγνητικής νέργιας, στην ρίτωση µβέλιας της κραίας σ µγάλς αοστάσις. η Οι αράγοντς αυτοί ίναι: (α) τα µόδια ου λαττώνουν το ηλκτροµαγνητικό κύµα. (β) τα υλικά ου αορροφούν το ηλκτροµαγνητικό κύµα, µιώνοντας την ισχύ του. (γ) η µορφολογία και η αγωγιµότητα του δάφους (ξηρά, θάλασσα) (δ) οι µτωρολογικές συνθήκς. () η συχνότητά του ηλκτροµαγνητικού κύµατος. (στ) το µήκος κύµατος του ηλκτροµαγνητικού κύµατος. 3 η Η ισχύς ου κέµται αό την κραία κοµής, υολογίζται αό την ισχύ της κραίας σ αόσταση ανά µονάδα ιφανίας. ηλαδή η υκνότητα ισχύος κοµής σ αόσταση δίνται αό τον τύο: ρ S Η η ισχύς κοµής στην κραία σ Watt και S η ιφάνια σφαίρας ακτίνας. Εοµένως: ρ. Η ρ µτριέται σ W/m ή W/km. η Το ηλκτρικό δίο ου δηµιουργίται σ αόσταση αό την κραία κοµής µριέται σ V/m και υολογίζται αό: ρ όµως E ρ. 10 E E Οότ E E η Για να υολογίσουµ τις αώλις του κύµατος στον λύθρο χώρο κατά τη διάδοσή του αό τον οµό στο δέκτη θα ρέι να υολογίσω ρώτα την ισχύ ου λαµβάνουµ στο δέκτη αό τη σχέση: Ειµέλια ααντήσων: Γώργιος Μακδών Φυσικός Ρ/Η

2 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σλίδα αό 10 Ειµέλια ααντήσων: Γώργιος Μακδών Φυσικός Ρ/Η ( ) λ ρ λ λ λ Αρα οι αώλις του κύµατος στον λύθρο χώρο χωρίς κανένα µόδιο, αό την κραία κοµής έως την κραία λήψης σ db δίνται: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 5 3, a a a a λ Όου σ km και σ MHz.

3 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σλίδα 3 αό 10 ΦΥΛΛΑ ΙΟ 11 ο 1 η (α) Το κύµα δάφους, ου θωρούµ ότι το κύµα κατά τη διάδοσή του δν αοµακρύνται ολύ αό την ιφάνια της Γης. (β) το ιονοσφαιρικό κύµα, ου θωρούµ ότι το κύµα µόλις αοµακρυνθί αό την ιφάνια της Γης ιστρέφι άλι σ αυτήν. η Τα ανώτρα στρώµατα της γήινης ατµόσφαιρας, ου καταλαµβάνουν ύψη αό 70 km αό την ιφάνια της γης έως και 00 km, ριέχουν µγάλο αριθµό ιονισµένων ατόµων, και αοτλούν την ιονόσφαιρα. Το όνοµά της η ιονόσφαιρα το οφίλι στο γγονός ότι αοτλίται αό ολύ αγώγιµα ατµοσφαιρικά στρώµατα λόγω της µγάλης υκνότητας ιόντων (φορτισµένων σωµατιδίων) ου ριέχουν. Τα φορτία αυτά οφίλονται στον ιονισµό των ατόµων αό την ηλιακή νέργια. Έτσι το κύµα ξασθνίζι και µορί κάτω αό ροϋοθέσις να καµφθί και να ιστρέψι στη Γη. 3 η Κύµατα δάφους ονοµάζονται τα κύµατα ου διαδίδονται κατά µήκος της ιφάνιας της Γης, κµταλλυόµνοι και την καµυλότητά της. ιακρίνονται: (α) Στο α υθίας ή άµσο κύµα (1), του οοίου η ακτίνα διάδοσης δν µοδίζται αό την καµυλότητα της Γης. Αυτή διαδίδται στο κνό χωρίς µόδια. Ααιτί οτική αφή οµού δέκτη. Μιονκτήµατα: η µγάλη αόσταση και η διάχυση µέσα στην ατµόσφαιρα. (β) Στο κύµα αό ανάκλαση στο έδαφος (), του οοίου η ακτίνα διάδοσης ρος την κραία λήψης ίναι σαφώς µγαλύτρη. Στην κραία λήψης συµβάλουν οι ακτίνς του άµσου και του αό ανάκλαση στο έδαφος σήµατος. Καθώς το κύµα ίναι διανυσµατικό µέγθος, η συµβολή ίναι διανυσµατική, µ αοτέλσµα την αύξηση η λάττωση της έντασης του Ειµέλια ααντήσων: Γώργιος Μακδών Φυσικός Ρ/Η

4 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σλίδα αό 10 σήµατος ανάλογα µ την σχτική διαφορά των δύο δρόµων (διαφορά φάσης των κυµάτων). (γ) Στο κύµα ιφανίας (3), του οοίου η ακτίνα διάδοσης διαδίδται σχδόν φατοµνικά µ το έδαφος. Το κύµα αυτό ίναι σηµαντικό, ιδιαίτρα όταν το έδαφος ίναι αγώγιµο, και ακολουθί την καµυλότητα της γης. Πλονέκτηµα: Εξασφαλίζι ζύξη µταξύ κραιών στις ριτώσις, όου το α υθίας κύµα δν µορί να φτάσι λόγω µοδίων. η Οι αράγοντς ίναι: (α) η συχνότητα, όου όσο ιο µικρή ίναι, τόσο λιγότρο ξασθνί λόγω της αορρόφησης της νέργιας του σήµατος αό το έδαφος. (β) η αόσταση διάδοσης του κύµατος ου ξαρτάται αό τη αγωγιµότητα και τη µορφολογία του δάφους. (γ) η ισχύς του σήµατος θα ρέι να ίναι µγάλη για να διαδοθί το κύµα δάφους σ µγάλη αόσταση. 5 η Κύµατα χώρου ή ιονοσφαιρικά ίναι κίνα, των οοίων οι κυµατικές ακτίνς, αφού αοµακρυνθούν αό το έδαφος, ανακλώνται στα ανώτρα στρώµατα της ατµόσφαιρας (την ιονόσφαιρα) και ιστρέφουν, ρος τη γη. Αυτά τα κύµατα ιτρέουν κάλυψη µγάλων αοστάσων. 6 η Τα στρώµατα της ιονόσφαιρας όσο µγαλύτρο ίναι το ύψος τους αό την ιφάνια της Γης, τόσο µγαλύτρη υκνότητα ιονισµού έχουν. Το ύψος αλλά και το άχος των στρωµάτων αυτών οικίλι ανάλογα µ τις συνθήκς ου ικρατούν (ηµέρα νύχτα οχή). Είσης οι ηλιακές µταβολές ιδρούν και στον ιονισµό των στρωµάτων αυτών της ατµόσφαιρας. Οι αράγοντς αυτοί ηράζουν τα στρώµατα της ιονόσφαιρας και κατ έκταση το φαινόµνο της ανάκλασης των ραδιοκυµάτων. Το φαινόµνο της ανάκλασης των ραδιοκυµάτων διυκολύνται όταν: (α) η υκνότητα ιονισµού (β) το µήκος κύµατος λ και (γ) η γωνία ρόστωσης θ αίρνουν µγάλς τιµές. Ειµέλια ααντήσων: Γώργιος Μακδών Φυσικός Ρ/Η

5 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σλίδα 5 αό 10 Ανάλογα µ την ύαρξη ή όχι ηλιακής νέργιας, το ηλκτροµαγνητικό κύµα ανακλάται σ χαµηλότρα ή υψηλότρα στρώµατα της ιονόσφαιρας. Άρα: για max ανακλάται σ υψηλότρα στρώµατα. για min ανακλάται σ χαµηλότρα στρώµατα. 7 η Οριακή συχνότητα, για σταθρή υκνότητα ιονισµού, ορίζουµ τη συχνότητα του κάθτα ροσίτοντος κύµατος, ου µορί να ανακλαστί. 8 η Οριακή γωνία ρόστωσης θ, για σταθρή συχνότητα του κύµατος, ορίζουµ την λάχιστη γωνία κάτω αό την οοία το ηλκτροµαγνητικό κύµα δν ανακλάται και χάνται στο διάστηµα. 9 η Ο συνδυασµός οριακής συχνότητας και οριακής γωνίας ρόστωσης θ καθορίζι την λάχιστη οριακή αόσταση κάλυψης. 10 η Η συχνότητα MUF ονοµάζουµ τη µέγιστη συχνότητα κοµής ου µορούµ να χρησιµοοιήσουµ για ραδιοικοινωνία αό µια αόσταση και έρα. Η τιµή της αόστασης ου αντιστοιχί σ αυτή την αόσταση ονοµάζται λάχιστη οριακή αόσταση ζύξης. ηλαδή < MUF. Η συχνότητα LUF ονοµάζουµ την λάχιστη συχνότητα κοµής ου µορούµ να χρησιµοοιήσουµ για ραδιοικοινωνία, ώστ να µην αορροφηθί τλίως αό την ιονόσφαιρα. 11 η Ιονοσφαιρική ζύξη έχουµ για συχνότητς κοµής µταξύ των τιµών MUF και LUF. Οι διθνίς οργανισµοί ανακοινώνουν τις τιµές των MUF και LUF, ανάλογα µ τις µτωρολογικές συνθήκς ου ικρατούν. Αν για κάοις ριτώσις οι συχνότητς LUF ίναι µγαλύτρς αό τις MUF τότ δ έχουµ ραδιοζύξη µέσω της ιονόσφαιρας. 1 η Ζώνη σιγής ονοµάζουµ την ριοχή ανάµσα στην µέγιστη κάλυψη Χ max,κ.. αό το κύµα δάφους και την λάχιστη οριακή αόσταση Χ min,ι.κ. διάδοσης του ιονοσφαιρικού κύµατος. ηλαδή έχουµ αυτή τη ζώνη όταν ισχύι η σχέση Χ min,ι.κ. > Χ max,κ.. 13 η Αν Χ min,ι.κ. Χ max,κ.., τότ στη λήψη έχουµ το φαινόµνο της συµβολής. Η συµβολή µορί να ίναι νισχυτική ή αοσβστική. Το φαινόµνο αυτό κατά το οοίο το σήµα στη λήψη έχι διάφορς τιµές, λόγω του φαινοµένου της συµβολής, λέγται διαλίψις σήµατος ή Fading. Οι διαλίψις ξαρτώνται αό το όσς φορές έχι ανακλαστί το σήµα, αό τις µτωρολογικές συνθήκς, Ειµέλια ααντήσων: Γώργιος Μακδών Φυσικός Ρ/Η

6 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σλίδα 6 αό 10 ΦΥΛΛΑ ΙΟ 1 ο 1 η Αυτά έχουν συχνότητς: 10kHz έως 30kHz. Το µήκος των χρησιµοοιούµνων κραιών: ολύ µγάλο. Χρήση: σ ιδικές φαρµογές στη ραδιοτηλγραφία µικρής ταχύτητας. Κύµα δάφους: αρουσιάζι µικρές αώλις, η διάδοσή του φτάνι έως τα 1000 km, αρουσιάζι καλύτρς ιδόσις κοντά στην ιφάνια της θάλασσας, χρησιµοοιίται για τις ικοινωνίς των υοβρυχίων. Ιονοσφαιρικό κύµα: καλύτι µγαλύτρς αοστάσις αό το κύµα δάφους, λόγω της ανάκλασης στα κατώτρα στρώµατα της ιονόσφαιρας, µ συνέια µικρότρς αώλις. η Αυτά έχουν συχνότητς: 30kHz έως 300kHz. Κραίς: το µήκος τους ίναι ολύ µικρότρο και αρουσιάζουν οριζόντια κατυθυντικότητα. Έχουν τρµατικό σταθµό βολικό και οικονοµικό. Χρήση: σ στρατιωτικές φαρµογές για ικοινωνία λοίων. Κύµα δάφους: αρουσιάζι µγαλύτρς αώλις, λόγω αύξησης της συχνότητας, αρουσιάζι ροσαρµοστικότητα στις ανωµαλίς του δάφους. Ιονοσφαιρικό κύµα: έχι σηµαντικές αώλις και σηµαντικές διακυµάνσις µταξύ ηµέρας και νύχτας. Κατά τη διάρκια της ηµέρας η ραδιοζύξη δ θωρίται αξιόιστη. 3 η Αυτά έχουν συχνότητς: 300kHz έως 3000kHz. Πριλαµβάνονται: Ραδιοφωνία: ΑΜ αό 531kHz έως 160kHz SSB για στρατιωτικές φαρµογές αό 1700kHz έως 3000kHz. Κύµα δάφους: φτάνι µέχρι κατοντάδς χιλιόµτρα, αρουσιάζι µγαλύτρς αώλις λόγω µγαλύτρης συχνότητας και όσο η αγωγιµότητα του δάφους µικραίνι. Ιονοσφαιρικό κύµα: ή κύµα χώρου κατά τη διάρκια της ηµέρας δν υάρχι, λόγω ξασθένησης του στο στρώµα D της ιονόσφαιρας. Κατά τη διάρκια της νύχτας η ίδραση του D στρώµατος ξαλίφται και έτσι διαδίδται σ µγαλύτρς αοστάσις. Σ αυτές τις συχνότητς αρουσιάζται το φαινόµνο των διαλίψων, ου µφανίζται όταν η αόσταση διάδοσης των κυµάτων δάφους ίναι της ίδιας τάξης µγέθους µ τα ιονοσφαιρικά κύµατα. Αυτό το φαινόµνο γίνται ιο έντονο τις αογυµατινές και τις βραδινές ώρς όου Ειµέλια ααντήσων: Γώργιος Μακδών Φυσικός Ρ/Η

7 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σλίδα 7 αό 10 το ιονοσφαιρικό κύµα ίναι ιο έντονο. Σ αυτή την ρίτωση έχουµ συµβολή των δύο κυµατικών ακτινών. η Μγαλύτρη κάλυψη έχουµ στα µσαία κύµατα. 5 η Πρώτη ζώνη κάλυψης ονοµάζουµ τη ζώνη κάλυψης του κύµατος δάφους στη ζώνη διάδοσης των µσαίων κυµάτων. ύτρη ζώνη κάλυψης ονοµάζουµ τη ζώνη κάλυψης του κύµατος χώρου στη ζώνη διάδοσης των µσαίων κυµάτων. 6 η Αυτά έχουν συχνότητς: 3ΜHz έως 30ΜHz. Αορροφούνται ύκολα αό το έδαφος. Κύµα δάφους: σβήνι γρήγορα. Φτάνι σ µικρή αόσταση ακόµα κι αν χρησιµοοιήσουµ µγάλη ισχύς κοµής. Ιονοσφαιρικό κύµα: ή κύµα χώρου διαδίδται σ αοστάσις χιλιάδων χιλιοµέτρων. Αυτό βοηθιέται αό τις διαδοχικές ανακλάσις στην ιονόσφαιρα και στο έδαφος. 7 η 8 η Κύµατα νύχτας: κύµατα µ µήκη κύµατος αό 50m έως 10m. Κύµατα ηµέρας: κύµατα µ µήκη κύµατος αό 100m έως 50m. 9 η Λόγω µήκους κύµατός τους, δν ανακλώνται στην ιονόσφαιρά, αλλά ρέι να έχουµ οτική αφή µταξύ των κραιών. 10 η - 11 η Ραδιοηλκτρικός ορίζοντας του κύµατος ονοµάζουµ την µέγιστη αόσταση κάλυψης, όου µ ικανοοιητική ροσέγγιση υολογίζται σ µέτρα αό τον τύο: D 10 ( h 1 + h ) όου h 1 και h τα ύψη των κραίων σ µέτρα αό την ιφάνια της θάλασσας. 1 η Οι ζώνς συχνοτήτων των µικροκυµάτων ίναι: Ειµέλια ααντήσων: Γώργιος Μακδών Φυσικός Ρ/Η

8 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σλίδα 8 αό 10 (1 η ) 300MHz έως 3GHz, ( η ) 3GHz έως 30GHz, (3 η ) 30GHz έως 300GHz Σ αυτές τις ζώνς ισχύουν ότι και στη διάδοση των υρβραχέων. Χρησιµοοιούνται κατυθυντικές κραίς, ου έχουν µικρές διαστάσις, λόγω του µήκους κύµατος. ν ααιτίται ιδιαίτρς ααιτήσις σ ισχύ. Χρησιµοοιούνται στις δορυφορικές ικοινωνίς. Τρόοι ραδιοζύξων µ µικροκύµατα: (α) µ οτική αφή και (β) µέσω δορυφόρου. Ειµέλια ααντήσων: Γώργιος Μακδών Φυσικός Ρ/Η

9 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σλίδα 9 αό 10 ΦΥΛΛΑ ΙΟ 13 ο 1 η (α) Πρέι να έχουµ µγάλη ισχύς, για να ιτύχουµ µγάλη µβέλια. (β) Η κάλυψη του χώρου να ίναι σφαιρική. (γ) ααιτίται να υάρχι οτική αφή της κραίας του οµού µ του δέκτη. (δ) Η κραία του οµού τοοθτίται σ υψόµτρο, για να αυξηθί ο οτικός ορίζοντας. Τόσο για τα ρογράµµατα του ραδιοφώνου όσο και για τα ρογράµµατα της τηλόρασης, ο τόος αραγωγής δν ταυτίζται ολλές φορές µ τον τόο κοµής. Έτσι το αραγώµνο ρόγραµµα µταφέρται στην κραία κοµής µ οµοαξονικό καλώδιο (κοντινή αόσταση) ή µ µικροκυµατική κατυθυντική ζύξη (µακρινή αόσταση). η 3 η Πριν αναφέρουµ τους ικοινωνίας στη ραδιοτηλφωνία ρέι να αναφέρουµ: Όλοι οι ανταοκριτές χρησιµοοιούν τις ίδις συσκυές. Η ισχύς όλων τους θα ρέι να ίναι ίδια. Η ισχύς τους δ ρέι να ξρνά τα 5W. Το ύρος συχνοτήτων ου καταλαµβάνουν ίναι 5kHz. Τρόοι ικοινωνίας στη ραδιοτηλφωνία 1 ος Αλή (Simplex) ικοινωνία: Οι δύο ανταοκριτές έχουν οµοδέκτη µ τον ριορισµό ότι όταν κέµι ο ένας, ο άλλος µόνο λαµβάνι. Και οι δύο χρησιµοοιούν την ίδια φέρουσα συχνότητα για την κοµή και τη λήψη. ος Πλήρως αµφίδροµη ( Full Simplex) ικοινωνία: Οι δύο ανταοκριτές έχουν οµοδέκτη και έχουν τη δυνατότητα να κέµουν και να λαµβάνουν ταυτόχρονα. Χρησιµοοιούν δύο διαφορτικές 1 και φέρουσς συχνότητς για την κοµή και τη λήψη. ηλαδή η συχνότητα κοµής του νός ίναι συχνότητα λήψης του άλλου και το αντίστροφο. 3 ος Ηµιαµφίδροµη ζύξη µ αναµταδότη (Semi Duplex) ικοινωνία: Οι δύο ανταοκριτές ικοινωνούν µέσω αναµταδότη. Ο αναµταδότης έχι οµό και δέκτη, και ιδή βρίσκονται ψηλά, δηµιουργούν µγάλο ραδιοορίζοντα. Ειµέλια ααντήσων: Γώργιος Μακδών Φυσικός Ρ/Η

10 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σλίδα 10 αό 10 Χρησιµοοιούν δύο διαφορτικές 1 και φέρουσς συχνότητς για την κοµή και τη λήψη του αναµταδότη. ηλαδή η συχνότητα κοµής του ίναι η και η συχνότητα λήψης του ίναι η 1. η Στις ραδιοικοινωνίς και κυρίως στις µικροκυµατικές ραδιοζύξις, όου ίναι ααραίτητη η οτική αφή των κραιών, για να αυξηθί η µβέλια χρησιµοοιούµ την τχνική αναµτάδοσης του σήµατος. Η τχνική αυτή ονοµάζται ραδιοζύξη σηµίου ρος σηµίο ή ολλαλών σηµίων µ µικρή ισχύ κοµής. 5 η ορυφορικές ικοινωνίς ίναι µια ραδιοζύξη σηµίου ρος σηµίο ή ολλαλών σηµίων ου χρησιµοοιούν ως αναµταδότη το δορυφόρο. Ανρχόµνη συχνότητα ονοµάζται η φέρουσα συχνότητα ου χρησιµοοιίται για την ικοινωνία του σταθ- µού δάφους µ το δορυφόρο. Κατρχόµνη συχνότητα ονοµάζται η φέρουσα συχνότητα ου χρησιµοοιίται για την ικοινωνία του δορυφόρου µ το σταθµό δάφους. Χρησιµοοιούν κατυθυντικές κατοτρικές κραίς (αραβολικές). Η ααιτούµνη ισχύς ίναι µικρή. Χρήση: ραδιοφωνία τηλόραση ραδιοτηλφωνία κινητή τηλφωνία. 6 η Στο σταθµό δάφους, χρησιµοοιούµ την τχνική της ολυλξίας, έτσι ώστ να χρησιµοοιούµ την ίδια δορυφορική ζύξη. Μ αυτή την τχνική µορούµ να ξχωρίσουµ στη λήψη τα διαφορτικά σήµατα. Στην τχνική της φασµατικής ολυλξίας, τα σήµατα οµαδοοιούνται µ τέτοιο τρόο ώστ οι φασµατικές τους ζώνς να µην αλληλοκαλύτονται. Στη λήψη µ κατάλληλα φίλτρα, τα σήµατα διαχωρίζονται και δροµολογούνται στους αντίστοιχους ανατοκριτές. 7 η Είδη δορυφόρων: Υψηλή ή χαµηλής τροχιάς. Γωστατικοί δορυφόροι. Ειµέλια ααντήσων: Γώργιος Μακδών Φυσικός Ρ/Η