ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΣΤΟΝ ΕΛΕΥΘΕΡΟ ΧΩΡΟ

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΣΤΟΝ ΕΛΕΥΘΕΡΟ ΧΩΡΟ"

Φωτινή Νικολάκος
8 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ΔΙΑΔΟΣΗ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ ΚΥΜΑΤΩΝ ΤΥΠΟΛΟΓΙΟ ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΣΤΟΝ ΕΛΕΥΘΕΡΟ ΧΩΡΟ ΒΑΣΙΚΑ ΜΕΓΕΘΗ ΓΕΝΙΚΕΣ ΣΧΕΣΕΙΣ Φασική ταχύτητα διάδοσης των Η/Μ κυμάτων στο μέσο διάδοσης c [m s - ] Για τον αέρα: c 0 8 m s - Συχνότητα ειτουργίας ζεύξης ([MHz] ή [Hz]) Μήκος κύματος ειτουργίας c [m] ( [c]m s -, []Hz ) Κέρδος κεραίας εκπομπής ως προς την ισοτροπική κεραία (καθαρός αριθμός) 0log [B] Κέρδος κεραίας ήψης ως προς την ισοτροπική κεραία (καθαρός αριθμός) 0log [B] Μεταδιδόμενη ισχύς από την κεραία εκπομπής W [W] Προσαμβανόμενη ισχύς από την κεραία ήψης W [W] Ενεργός επιφάνεια κεραίας εκπομπής Α Τ [m ] Ενεργός επιφάνεια κεραίας ήψης Α [m ] Απόσταση ζεύξης (απόσταση κεραιών πομπού δέκτη) [m] Εύρος ζώνης συχνοτήτων B [Hz] Σταθερά Boltzmann k,8 0 - Joule K - Απόυτη θερμοκρασία [K] Θερμοκρασία κεραίας, δέκτη α, [K] (θερμοκρασία της αντίστασης ακτινοβοίας κεραίας για αμεητέα αντίσταση απωειών) Δείκτης θορύβου δέκτη NF + ( (SN) inp : όγος σήματος προς θόρυβο στην είσοδο του δέκτη ( SN ) inp (SN) out : όγος σήματος προς θόρυβο στην έξοδο του δέκτη ) NF ( SN ) out Βασική απώεια μετάδοσης 4π L β 0log + 0log 0log [B] ( []km, []cm ) Απώεια μετάδοσης στον εεύθερο χώρο L L β + 0log 0log [B] ( []km, []cm ) Μέγιστη απόσταση μετάδοσης Εξίσωση Fiis (Εξίσωση μετάδοσης στον εεύθερο χώρο) W o, όπου W,min η εάχιστη 4π W,min ισχύς στους ακροδέκτες της κεραίας ήψης A A A W W W 4π

προς την ισοτροπική κεραία (καθαρός αριθμός) 0log [B] Μεταδιδόμενη ισχύς από την κεραία εκπομπής W [W] Προσαμβανόμενη ισχύς από την κεραία ήψης W [W] Ενεργός επιφάνεια κεραίας εκπομπής Α Τ [m ]

2 ΔΙΑΔΟΣΗ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ ΚΥΜΑΤΩΝ ΤΥΠΟΛΟΓΙΟ Εξίσωση aa για ισοτροπική ανάκαση της προσπίπτουσας ενέργειας από το αντικείμενο στόχο Εμβέεια aa (Μέγιστη απόσταση max ανίχνευσης στόχου) ( π) s W W όπου s η εγκάρσια διατομή ( 4π) ραντάρ του αντικειμένου-στόχου [m ] και, αντίστοιχα οι αποστάσεις του στόχου από την κεραία εκπομπής και την κεραία ήψης A A At ag et W W όπου Α ( ) 4 taget η ενεργός επιφάνεια του αντικειμένου-στόχου s W 4 W,min max ( 4 ) ( ) W s όπου (SN) inp,min η π kb SN inp,min εάχιστη σηματοθορυβική σχέση στην είσοδο του δέκτη 4 4 ΔΙΑΔΟΣΗ ΣΤΟ ΓΗΙΝΟ ΧΩΡΟ ΒΑΣΙΚΑ ΜΕΓΕΘΗ ΓΕΝΙΚΕΣ ΣΧΕΣΕΙΣ Φασική ταχύτητα διάδοσης των Η/Μ κυμάτων στο μέσο διάδοσης c [m s - ] Για τον αέρα: c 0 8 m s - Συχνότητα ειτουργίας ζεύξης ([MHz] ή [Hz]) Μήκος κύματος ειτουργίας c [m] ( [c]m s -, []Hz ) Κέρδος κεραίας εκπομπής ως προς την ισοτροπική κεραία (καθαρός αριθμός) 0log [B] Κέρδος κεραίας ήψης ως προς την ισοτροπική κεραία (καθαρός αριθμός) 0log [B] W [W] W [W] [m] [m] Μεταδιδόμενη ισχύς από την κεραία εκπομπής Προσαμβανόμενη ισχύς από την κεραία ήψης Απόσταση ζεύξης (απόσταση κεραιών πομπού δέκτη) Απόσταση σημείου της διαδρομής της ζεύξης από τη θέση εκπομπής στο έδαφος Απόσταση σημείου της διαδρομής της ζεύξης από τη [m] θέση ήψης στο έδαφος Ύψος κεραίας εκπομπής / ήψης από το έδαφος Ακτίνα της Γης Διηεκτρική σταθερά του εδάφους ε ε ε ο [F m - ] Αγωγιμότητα του εδάφους σ [S m - ] Μιγαδική διηεκτρική σταθερά του εδάφους h, h [m] α 6 70 km 6,7 0 6 m ε ε ο ε + σ j πε ο

επιφάνεια του αντικειμένου-στόχου s W 4 W,min max ( 4 ) ( ) W s όπου (SN) inp,min η π kb SN inp,min εάχιστη σηματοθορυβική σχέση στην είσοδο του δέκτη 4 4 ΔΙΑΔΟΣΗ ΣΤΟ ΓΗΙΝΟ ΧΩΡΟ ΒΑΣΙΚΑ ΜΕΓΕΘΗ ΓΕΝΙΚΕΣ

3 ΔΙΑΔΟΣΗ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ ΚΥΜΑΤΩΝ ΤΥΠΟΛΟΓΙΟ ΚΥΜΑ ΕΔΑΦΟΥΣ jδ E + De + jδ ( Ae ) Γενική έκφραση για το ηεκτρικό πεδίο: ( ) με Διαφορά φάσης όγω διαφοράς διαδρομής απ ευθείας ανακώμενου κύματος E (ισχύει για > 0 MHz) Γωνία πρόσπτωσης στο έδαφος μετρημένη υπεράνω του ορίζοντα o E o 60W (πάτος) π h + h h h Δ [a] 4πh h ή, αν > 5 ( h + h ): Δ [a] h h ψ tan + h h Αν ψ πού μικρή: ψ + [a] jδ j F + De + Ae Συνάρτηση απόσβεσης ( ) Δ Συντεεστής ανάκασης στο έδαφος α) οριζόντια πόωση β) κατακόρυφη πόωση Κριτήριο του ayleigh για τη ειότητα της γήινης επιφάνειας Συντεεστής απόκισης Δ Αν, τότε: F sin Αν και επιπέον Δ < 0º, τότε: ΚΥΜΑ ΧΩΡΟΥ E + ( ) χ E De jδ o με O K sinψ sinψ + χ jχ )sinψ jχ )sinψ + σ πε ο 8 0 jχ ) cos jχ ) cos 9 σ ψ ψ jχ ) cos jχ ) cos F Δ 4πD sin ψ δ [a], όπου D η τυπική απόκιση των ανωμαιών του εδάφους ως προς το μέσο ύψος της γήινης επιφάνειας [m] Αν δ <, το έδαφος είναι είο Αν δ > 0, το έδαφος είναι ανώμαο Αν D sinψ <, ο συντεεστής ανάκασης 6 εαττώνεται κατά το μισό ( 5) Αν D sinψ <, ο συντεεστής ανάκασης 4 εαττώνεται κατά 90% ( ) D + < ( α 6,7 Μm ) a( h + h ) ψ ψ

F + De + Ae Συνάρτηση απόσβεσης ( ) Δ Συντεεστής ανάκασης στο έδαφος α) οριζόντια πόωση β) κατακόρυφη πόωση Κριτήριο του ayleigh για τη ειότητα της γήινης επιφάνειας Συντεεστής απόκισης Δ Αν, τότε: F

4 4 ΔΙΑΔΟΣΗ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ ΚΥΜΑΤΩΝ ΤΥΠΟΛΟΓΙΟ ΚΥΜΑ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ j E Ae επ E o ( ) Δ Συντεεστής απόσβεσης κύματος A όπου επιφάνειας π + j (sinψ + z ) ε cos ψ z ε ε cos ψ ε ε j60σ για κατακόρυφη πόωση για οριζόντια πόωση Φασική σταθερά Αριθμητική απόσταση Συντεεστής απόσβεσης κύματος επιφάνειας κατά Van e Pol (εμπειρικές σχέσεις) Συντεεστής απόσβεσης κύματος επιφάνειας (αναυτικές εκφράσεις) b tan π p χ + ε χ cosb + p A A για b < 5 + p + 6 p 5 p p 8 A A e sinb για κάθε b 4 p+ 0p A e για b < 5 και p < 4,5 A για b < 5 και p 4,5 p, 7 ΟΠΤΙΚΗ ΕΠΑΦΗ 80 Συνθήκη θεώρησης επίπεδης / σφαιρικής, []MHz : η γη στη διαδρομή της ζεύξης γης θεωρείται επίπεδη 80 >, []MHz : η γη στη διαδρομή της ζεύξης θεωρείται σφαιρική Διόρθωση ύψους κεραίας εκπομπής h h h [m] ( [ ]km ) α, 74 κεραίας ήψης Γωνία πρόσπτωσης στο έδαφος μετρημένη υπεράνω του ορίζοντα Συντεεστής απόκισης h h h [m] ( [ ]km ) a, 74 h h ψ tan + h h Αν ψ πού μικρή: ψ + [a] D + < ( α 6,7 Μm ) a( h + ) h

π p χ + ε χ cosb + p A A για b < 5 + p + 6 p 5 p p 8 A A e sinb για κάθε b 4 p+ 0p A e για b < 5 και p < 4,5 A για b < 5 και p 4,5 p, 7 ΟΠΤΙΚΗ ΕΠΑΦΗ 80 Συνθήκη θεώρησης επίπεδης / σφαιρικής, []MHz :

5 ΔΙΑΔΟΣΗ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ ΚΥΜΑΤΩΝ ΤΥΠΟΛΟΓΙΟ 5 Διαφορά φάσης όγω διαφοράς διαδρομής απ ευθείας ανακώμενου κύματος (ισχύει για > 0 MHz) Μέγιστη απόσταση ζεύξης οπτικής επαφής Ακτίνα πρώτης ζώνης Fesnel σε ορισμένη θέση πάνω στη διαδρομή της ζεύξης Γωνία περίθασης Συμπηρωματική εξασθένηση ως προς τον εεύθερο χώρο όγω περίθασης επί αιχμηρού εμποδίου Απόσβεση του κύματος επιφάνειας όγω περίθασης και διάθασης στα χαμηά στρώματα της ατμόσφαιρας Συμπηρωματικές απώειες όγω περίθασης επί σφαιρικού εμποδίου για είο σφαιρικό εμπόδιο για ανώμαο σφαιρικό εμπόδιο Συμπηρωματική απόσβεση ως προς τον εεύθερο χώρο όγω περίθασης πάνω στη εία και σφαιρική επιφάνεια της Γης Συμπηρωματικές απώειες όγω περίθασης επί σφαιρικού όφου Συμπηρωματικές απώειες όγω περίθασης για έναν μέσο τύπο εδάφους (ούτε αιχμηρό ούτε στρογγυό εμπόδιο) π h + h h h Δ πh h > 5 h + h : Δ [a] ή, αν ( ) ls,max ( h h ) ( h h ) α +, 57 + [km] ( [h ],[h ]m ) ls,max, όπου, οι αποστάσεις του θεωρούμενου σημείου από τις κεραίες εκπομπής ήψης αντίστοιχα α π : η γωνία μεταξύ του προσπίπτοντος στο εμπόδιο κύματος και του δευτερογενούς όγω περίθασης κύματος Β. σχήμα στην επόμενη σείδα [] 6 A [B km - ] A π, aπ [B],σφ 7 π A,σφ 7, 5aπ [B] όπου η ακτίνα του σφαιρικού εμποδίου A 60 o 7 [B] α,γη o A,Γη 7 + [B] ( [ o ],[α]km, []m ) όπου o το τμήμα της απόστασης ζεύξης εκτός ορατότητας 60 A,όφος [B km - ], όπου η ακτίνα του σφαιρικού όφου h A, μ 0 0 [B], όπου h η απόσταση της κορυφής του εμποδίου από τον οπτικό άξονα

διάθασης στα χαμηά στρώματα της ατμόσφαιρας Συμπηρωματικές απώειες όγω περίθασης επί σφαιρικού εμποδίου για είο σφαιρικό εμπόδιο για ανώμαο σφαιρικό εμπόδιο Συμπηρωματική απόσβεση ως προς τον εεύθερο

6 6 ΔΙΑΔΟΣΗ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ ΚΥΜΑΤΩΝ ΤΥΠΟΛΟΓΙΟ h 0 > 0 : η κορυφή του εμποδίου είναι κάτω από τον οπτικό άξονα της ζεύξης h 0 < 0 : η κορυφή του εμποδίου είναι πάνω από τον οπτικό άξονα της ζεύξης

7 ΔΙΑΔΟΣΗ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ ΚΥΜΑΤΩΝ ΤΥΠΟΛΟΓΙΟ 7 Τροποσφαιρικός δείκτης Δείκτης διάθασης ΤΡΟΠΟΣΦΑΙΡΙΚΑ ΚΥΜΑΤΑ Κ, 5 < Κ < 5 σε συνήθεις συνθήκες Κ4/ : αντιστοιχεί στο 50% του χρόνου Κ : αντιστοιχεί στο 99% του χρόνου n Διαθαστικότητα 6 N ( n ) 0 Τροποποιημένος δείκτης διάθασης ( h: ύψος από την επιφάνεια της Γης ) Πρότυπη ατμόσφαιρα Ατμοσφαιρική πίεση Απόυτη θερμοκρασία Μερική πίεση υδρατμών Μέγιστη απόσταση ζεύξης οπτικής επαφής Διόρθωση ύψους κεραίας εκπομπής κεραίας ήψης τυχόντος σημείου στη διαδρομή της ζεύξης h 6 M n + 0 α Κ 4/ P 0 mb,0 0 5 N m - 88 Κ e 0 mb0 N m - ls,max ( h h ) ( h h ) Kα +, 4, + [km] ([h ],[h ]m) h ls max h h [m] ( [ ]km ) Kα, 74 h h h [m] ( [ ]km ) Kα, 74 h h + [m] ( []km ) Kα Συντεεστής απόκισης D + < a( h + ) h ΤΡΟΠΟΣΦΑΙΡΙΚΟΣ ΚΥΜΑΤΟΔΗΓΟΣ ΤΡΟΠΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΣΚΕΔΑΣΗ 085 Μήκος κύματος αποκοπής C [cm], όπου h c το πάχος του τροποσφαιρικού κυματοδηγού hc κυματοδηγού [m] Γωνία σκέδασης: η γωνία μεταξύ του 000 h h h h άξονα της προσπίπτουσας δέσμης στον θ ( ) + + [ma] Kα όγκο σκέδασης και της διεύθυνσης όπου θεωρείται η σκέδαση όπου h, h τα ύψη εμποδίων κοντά στις κεραίες εκπομπής και ήψης αντίστοιχα ( []km, [h]m ) Αν η ζεύξη γίνεται πάνω από θάασσα: (h 0) 057, 560 θ ( h + h ) [ma] K K W Πυκνότητα ισχύος στη θέση σκέδασης P( θ) [W m - ], όπου 4 το μήκος της 4π θ ηεκτρομαγνητικής ακτίνας από την κεραία εκπομπής ως το κέντρο σκέδασης

Μέγιστη απόσταση ζεύξης οπτικής επαφής Διόρθωση ύψους κεραίας εκπομπής κεραίας ήψης τυχόντος σημείου στη διαδρομή της ζεύξης h 6 M n + 0 α Κ 4/ P 0 mb,0 0 5 N m - 88 Κ e 0 mb0 N m - ls,max ( h h ) (

8 8 ΔΙΑΔΟΣΗ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ ΚΥΜΑΤΩΝ ΤΥΠΟΛΟΓΙΟ Γωνία παρατήρησης του όγκου σκέδασης Απώειες σκέδασης (τύπος της IU) Συνοικές απώειες σύζευξης με το μέσο (με τον όγκο σκέδασης) (τύπος της IU) α0 [a] a L tsc θ + 0log N [B] ( [θ]ma, []MHz ) L coup, 055( t + ) 0, 07e 0 [B] ΙΟΝΟΣΦΑΙΡΙΚΑ ΚΥΜΑΤΑ Φορτίο ηεκτρονίου (απόυτη τιμή) e,6 0-9 C Μάζα ηεκτρονίου m e 9, 0 - kg Διηεκτρική σταθερά εεύθερου χώρου ε0 8, 85 0 F m - Πυκνότητα ηεκτρονίων Ν [m - ] Ισοδύναμη σχετική διηεκτρική σταθερά 8N ε ( [N]m -, []Hz ) Συχνότητα πάσματος Ισοδύναμη σχετική διηεκτρική σταθερά στην περίπτωση θεώρησης συγκρούσεων των ηεκτρονίων του πάσματος με άα σωματίδια εντός αυτού p 9 N [Hz] ε ε + ε jε Ne (καθαρός αριθμός) m ε ( 4π + ν ) e 0 Ενεργός αγωγιμότητα πάσματος Γωνία πρόσπτωσης κύματος επί ιονοσφαιρικού στρώματος Μέγιστη τιμή Δείκτης διάθασης στρώματος Συχνότητα αποκοπής ή κρίσιμη συχνότητα στρώματος σ Ne ν πε0ε [S m - ] m ( 4π + ν ) pl e φ 0, μετρημένη από την κάθετο στην επιφάνεια του ιονοσφαρικού στρώματος στο σημείο ανάκασης a φ0, max sin, h: ύψος της βάσης του a + h ιονοσφαιρικού στρώματος από την επιφάνεια της Γης n 8N Αν >> 8N, n Αν < 8N, n C p ([N]cm -, []khz) C N max 9, Ν max : μέγιστη πυκνότητα e - του στρώματος Αν < C, το κύμα κάθετης πρόσπτωσης θα ανακαστεί και θα επιστρέψει στη Γη

χώρου ε0 8, 85 0 F m - Πυκνότητα ηεκτρονίων Ν [m - ] Ισοδύναμη σχετική διηεκτρική σταθερά 8N ε ( [N]m -, []Hz ) Συχνότητα πάσματος Ισοδύναμη σχετική διηεκτρική σταθερά στην περίπτωση θεώρησης

9 ΔΙΑΔΟΣΗ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ ΚΥΜΑΤΩΝ ΤΥΠΟΛΟΓΙΟ 9 c Μέγιστη χρησιμοποιήσιμη συχνότητα MUF (maximum usable equency) cos φ0 Βέτιστη συχνότητα ειτουργίας (équence FO 85 MUF optimum u tavail) Υποθετικό ύψος στρώματος από την h επιφάνεια της Γης vit tanφ [m] 0 Μέγιστη δυνατή απόσταση ιονοσφαιρικής ζεύξης σε σφαιρική γήινη επιφάνεια Κρίσιμη συχνότητα του στρώματος Ε (τύποι του CCI) π α α β sin cos β [m] α + hvit α max α cos [m] α + h vit,max 4 m ( C E) ( 9 + 5cosθ)( Φ)( cos χ ) 0 ( cos χ),,θ > 4 m ( C E) ( + 6cosθ)( Φ)( cos χ ) 0 ( cos χ),,θ < όπου: θ : γεωγραφικό πάτος της υπ όψιν περιοχής χ : η μεσημβρινή τιμή της ζενίθιας γωνίας χ του Ήιου m 0, 49cos θ m 9, + 9, cos θ Φ Φ 66, με στα 7 cm F 4, + 0 Κρίσιμη συχνότητα του στρώματος F ( )( ) 0, C Φ τη ροή του ηιακού θορύβου cos χ όπου: χ η ζενίθια γωνία του Ήιου ο αριθμός των ηιακών κηίδων Βιβιογραφία: [] Κουρής Σταμάτιος Σ., Στοιχεία Θεωρίας Κεραιών και Διαδόσεως Ηεκτρομαγνητικών Κυμάτων, Εκδόσεις Ζήτη, Θεσσαονίκη, 985 [] Φικιώρης Ιωάννης Γ., Εισαγωγή εις την Θεωρίαν των Κεραιών και την Διάδοσιν Ηεκτρομαγνητικών Κυμάτων, Εκδόσεις Σεούντος, Αθήνα, 975

+ hvit α max α cos [m] α + h vit,max 4 m ( C E) ( 9 + 5cosθ)( + 0094Φ)( cos χ ) 0 ( cos χ),,θ > 4 m ( C E) ( + 6cosθ)( + 0094Φ)( cos χ ) 0 ( cos χ),,θ < όπου: θ : γεωγραφικό πάτος της υπ όψιν

10 0 ΔΙΑΔΟΣΗ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ ΚΥΜΑΤΩΝ ΤΥΠΟΛΟΓΙΟ

Σχετικά έγγραφα

ΤΥΠΟΛΟΓΙΟ. (σ: εγκάρσια διατομή του στόχου, Κ: ο συντελεστής που εκφράζει το ποσοστό της ανακλώμενης ισχύος από το στόχο).

ΤΥΠΟΛΟΓΙΟ. (σ: εγκάρσια διατομή του στόχου, Κ: ο συντελεστής που εκφράζει το ποσοστό της ανακλώμενης ισχύος από το στόχο). ΤΥΠΟΛΟΓΙΟ Εξίσωση του Friis. Aπώλεια μετάδοσης Εξίσωση μεταδόσεως στον ελεύθερο χώρο ή εξίσωση του Friis: W A W 4π, TRλ ΑT Α R WR WT ( 4π, WR WT, λ R T R T A λ 4π (W R: ισχύς λήψης, W Τ: ισχύς εκπομπής,