Tema: Teoria propagării undelor radio. Antenele staţiilor radio militare.

Transcript

1 CATEDRA MILITARĂ UTM Construcţia şi exploatarea mijloacelor de transmisiuni Tema: Teoria propagării undelor radio. Antenele staţiilor radio militare. Creat de: Bubulici Leonid 2009 Chişinău

2 Noţiuni despre unde radio (unde electromagnetice). Oscilaţii Cablu de înaltă frecvenţă Undele electromagnetice (undele radio) servesc pentru transportarea la distanţe mari semnalele de joasă frecvenţă: voce, Pentru producerea imagine, undelor semnale telegraf, electromagnetice etc. sunt Ele prezintă o consecinţă a interacţiunii câmpurilor electric şi magnetic folosite dispozitive speciale numite antene. produse de circuitul oscilant. Adică legătura radio se efectuează datorită răspândirii (propagării) câmpului electromagnetic (undelor electromagnetice, undelor radio)

3 Noţiuni despre unde radio (unde electromagnetice). f = 2π 1 LC Pentru ca C = const dacă mărim distanţa dintre plăci - H, atunci trebuie să mărim şi suprafaţa - S S2 S1 S1 H2 H1 L C H2 Câmp electric Câmp magnetic

4 Noţiuni despre unde radio (unde electromagnetice). 1 f = 2π LC Lungimea de undă Unde electromagnetice - se numesc oscilaţiile câmpului Lungimea de undă este distanţa parcursă de unda electromagnetic ce se propagă în spaţiul înconjurător al electromagnetică Din cele explicate într-un mai sus timp reiese, egal cu că perioada cu cât este sa mai de oscilaţie antenei. mare frecvenţa (de emisie sau recepţie) cu atât mai mică trebuie să fie capacitatea condensatorului, adică dimensiunile antenei. Undele se propagă cu viteza luminii km/s. unde: T λ = C T sau λ = C / f λ - lungimea de undă C - viteza de propagare a undelor T - perioada de oscilaţie f - frecvenţa oscilaţiilor

5 Noţiuni despre unde radio (unde electromagnetice). Denumirea undei Lungimea undei Frecvenţa De exemplu pentru frecvenţa f = 5 Mhz lungimea de undă este egală: Unde lungi (UL) m Khz Unde medii (UM) m Mhz unde scurte (US) m 3 30 Mhz λ = km/s unde ultrascurte-metrice (UUSm) 10 1 m Mhz unde ultrascurte-decimetrice (UUSdm) 10 1 dm Ghz 5000 khz = 60 m unde ultrascurte-centimetrice (UUScm) 10 1 cm 3 30 Ghz unde ultrascurte-centimetrice (UUSmm) 10 1 mm Ghz Notă: Gama de frecvenţe Mhz (lungimea de undă m) cu toate că intră în gama UM, specialiştii radio o alătură de US fiindcă proprietăţile de propagare sânt asemănătoare.

6 Noţiune despre ionosferă Sub acţiunea razelor solare şi astrale temperatura zonei de sus a atmosferei depăşeşte 500ºC. La aşa temperaturi înalte se formează plasma, are loc ionizarea ridicată a moleculelor. Este clar, că cea mai mare parte a energiei F1 solare v-a fi absorbită Reflectarea de zona undelor sus scurte F2 a atmosferei, adică va avea loc cea mai înaltă E ionizare. Concentrarea moleculelor D în atmosferă nu este uniformă. Reflectarea Sub influenţa undelor a mai medii mulţi şi factori lungi se concentrează în mai multe zone, numite straturi ionosferice. Cele mai pronunţate sânt straturile D, E, F1 şi F2. Reflectarea undelor lungi f Raze ultraviolete km Ziua 12742km Vara Notă: Cu creşterea înălţimii creşte şi temperatura straturilor atmosferei. Dacă la înălţimea km (stratul D) tº - 53 ºC (220 ºK), la km km (stratul km E) tº - 0 ºC (273 ºK), apoi la 800 km tº ajunge km 1000ºC km

7 500 km 200 km 120 km 60 km 12 km

8 Noţiune despre ionosferă

9 Noţiune despre ionosferă Capacitatea straturilor ionosferice de a reflecta undele radio depinde de densitatea lor. Cu cât lungimea undei este mai mare, cu atât mai uşor ea este reflectată de straturile ionosferice, sau cu cât lungimea undei este mai mică, cu atât mai puţine obstacole ea întâlneşte în calea sa. Densitate mare Densitate mică Cunoaştem că lungime undei λ = C * T T1 T2 T3 λ1 < λ2 < λ3 λ1 < λ2 < λ3

10 Noţiune despre ionosferă Propagându-se în spaţiu, undele radio suferă o pierdere a energiei care are loc din cauza, că în calea sa ele întâlnesc un număr Unde mare de ultrascurte ioni, electroni liberi care sunt larg răspândiţi nu numai în straturile ionizate a atmosferei. Însă ce-a mai mare pierdere a energiei are loc în straturile F2 de la care sânt reflectate. O parte a undei radio este reflectată de partea de jos a stratului ionosferic, alta, pătrunde mai adânc, întâlnind în calea sa un număr mai mare de ioni, ce aduce la o pierdere mai mare a energiei sale. În concluzie putem spune, că cea mai mare parte a energiei undelor electromagnetice F1 Iarna Vara emise de emiţător este absorbită de atmosferă şi în primul rând de straturile cu o concentrare mare de ioni, de straturile ionosferice. Dacă antena emiţătorului emite un câmp cu o putere de zeci şi sute kwt şi mai mare, apoi la antena receptorului puterea câmpului este mizerabilă. E D Noaptea Ziua Unde lungi Unde medii Unde scurte Unde scurte

11 Proprietăţile electrice ale solului Influenţa solului este diferită asupra undelor radio şi depinde de lungimea lor. Pentru undele lungi şi medii, suprafaţa terestră reprezintă o suprafaţă metalizată, undele practic nu pătrund în sol, datorită la ce n-are loc absorbţia lor. Cu micşorarea lungimii undei are loc pătrunderea ei în sol şi creşte absorbţia (pierderea energiei). Datorită absorbţiei de către sol distanţa de propagare a undelor scurte terestre este limitată şi nu depăşeşte km. Cel mai mult sânt absorbite undele ultrascurte. Din această cauză legătura prun UUS se reduce în dependenţă de puterea emiţătorului la câteva zeci de kilometri şi nu depăşeşte km pentru emiţătoarele de 1000Wt. Gradul de absorbire a undelor radio de sol depinde nu numai de lungimea undei, dar şi de starea solului. Cu cât solul este mai umed cu atât conductivitatea lui este mai înaltă iar gradul de absorbire mai mic. În acelaşi rând deasupra solului cu o umiditate înaltă există un înveliş de vapori de apă cu un număr înalt de ioni şi electroni liberi, care sustrag o parte de energiei a undei radio.

12 Propagarea undelor radio F2 (F1) E D Asigurarea legăturii prin reflectarea undelor UUS de la iregularităţile din troposferă. Ziua Unde directe Unde terestre λ λ > < h h km h Radioreleu, (US televiziune şi UUS)

13 Propagarea undelor scurte F2 (F1) F1 F2 Unghiul de radiere al antenei f Zona de legătură prin unde terestre. Bătaia emiţătorului Zona tăcere radio (distanţa (absenţa de legătură) legăturii) depinde de unghiul de radiere a antenei Zona de legătură prin unde reflectate

14 Propagarea undelor terestre Terenul (relieful lui) şi obiectivele din teren pot îngreuna şi chiar limita răspândirea undelor radio. Depinde de dimensiunile acestor obiective şi lungimea undei. Cu cât lungimea undei este mai mare cu atât mai uşor ea ocoleşte obiectivele din teren. Legătura Pentru pe asigurarea unde ultrascurte legăturii este între posibilă staţiile şi radio prin unde în gama reflectate de undelor obiectivele ultrascurte din se teren cere (dealuri, vederea directă munţi etc.) între antenele staţiilor. Unde medii şi lungi Unde scurte Unde ultrascurte De exemplu: λ = 6m. (50 MHz) λ = 10m. (30 MHz)

15 Noţiuni despre antene f = 2π 1 Acest tip de antenă se numeşte antenă dipol, sau antenă vibrator, LC sau antenă vibrator simetric. Antena dipol practic stă în baza tuturor antenelor în gama US şi UUS(m) λ/2 λ/4 λ/4 Dispozitiv de acordare (cuplare) a antenei

16 Noţiuni despre antene Diagrama directivităţii prezintă repartizarea energiei câmpului electromagnetic în diferite direcţii. Sau se poate de mai spus, că prezintă coordonatele în teren şi spaţiu, unde puterea câmpului electromagnetic este aceiaşi. După directivitate antenele pot fi grupate ca antene direcţionale şi ne direcţionale. Antenele direcţionale pot fi cu directivitate mai mult sau mai puţin pronunţată intr-o direcţie sau mai multe direcţii. Antenele ne direcţionale radiază egal în toate direcţiile.

17 Antenă dipol Antena RF-1940 pentru AN/PRC-138 Pentru staţiile radio militare mobile mai des este folosit dipolul înclinat - AD2x11, AD2x13, AD2x40 (R-140, R-161), AD2x25 şi AD2x15 (R-130). Sânt folosite pentru asigurarea legăturilor radio prin unde spaţiale indirecte (reflectate) la distanţe mari ( km.) şi unde terestre la distanţe mici ( km). Antenele lucrează în următoarea gamă de frecvenţe: AD2x40 1,5 5,0 Mhz (0 800 km), AD2x13 4,0 16,0 Mhz (0 800 km), AD2x11 5,0 16,0 Mhz (0 600 km), AD2x25 1,5 5,5 Mhz (0 350 km), AD2x15 5,5 11,0 Mhz (0 350 km). Poate R-130 fi configurată (R-142n, R-145BM, în mai multe BMP-1kş), tipuri de antene: R-140, dipol R-161, orizontal, dipol înclinat, antenă de tip V, romb vertical (???), antenă filară (long-wire antenna). 0 Antena este compusă din două raze cu lungimea comună 46,4 m, înfăşurate pe două bobine, izolatorul central, fiderul antenei RG-58. λ/4 Pentru simplificarea DAA şi acordarea mai bună a antenei λ/4 lungimea razelor se alege pentru fiecare Raza Punte de frecvenţă antenei de lucru după tabelă sau folosindu-se marcatoarele fixate pe raze. conexiune Antena RF-1940 Pilon asigură lucrul Fider staţiei radio în gama de frecvenţă 3 30 Mhz. În dependenţă de frecvenţă poate asigura legătura de la 0 (zero) până la km. Distanţa până la km este acoperită cum prin unde terestre, aşa şi prin unde reflectate Ţăruş Emiţător Ţăruş

18 50º Antenă de tip V R-140, R-161, R=400 Ohm 240 Wt h = 12m l = l > 462λ m. Fider (cablu coaxial) 37m. Contrgreutate 6 fire câte 4,5 m. Emiţător Direcţia de radiere maximă α1 α2 Antena V2x46 Antena radiază sub un unghi relativ mic faţă de suprafaţa pământului, ce dă posibilitate de a asigura Pentru legătura staţiile radio la distanţe R-140, foarte R-161 mari se foloseşte prin unde antena reflectate de tip (2000 V-înclinată 3000 km). V2x46, Lăţimea cu lungimea diagramei de directivitate depinde de înălţimea razelor 46 antenei m. amplasate şi unghiul sub între unghi raze. de ~50. De unghiul între raze depinde şi Capetele razelor sunt conectate frecvenţa la o sarcină de lucru de R a = antenei. 400 Ohm, 240 Wt şi contragreutate. Frecvenţa de lucru a antenei Mhz. Distanţa de legătură a antenei printr-o reflectare km.

19 Antenă de tip V (RF-1940) Pentru staţia radio AN/PRC-138 se foloseşte antena de tip V cu lungimea razelor 46,4 m., care este configurată din antena RF Unghiul între raze Antena poate fi orizontală sau înclinată. Frecvenţa de lucru 3,0 15,0 Mhz. Distanţa de legătură depinde de modul de instalare a antenei (orizontal, înclinat), de frecvenţa de lucru şi unghiul între raze. Asigură legătura până la 3500 km.

20 Antenă radiere in zenit R-140, R-145BM Pentru legătura radio prin unde scurte în mişcare se folosesc antenele radiere în zenit, care la rândul său reprezintă o modificare a antenei dipol şi se instalează pe acoperişul bazei de transport a staţiei radio R-145BM Cea mai mare problemă pentru realizarea ARZ este limita suprafeţei bazei de transport, pe care urmează a fi instalată antena şi necesitatea de a lucra cu lungimi de undă relativ mari, pentru reflectarea lor satisfăcătoare de la straturile ionosferice (F1, F2). Datorită faptului că antena radiază în zenit legătura stabilă poate fi până la 300 km. în gama de frecvenţe 1,5 14 Mhz. R-140

21 Antenă radiere in zenit R-142n

22 α = 30º Antenă radiere in zenit R-161 (R-142)

23 Antenă-baston Antena dipol practic stă în baza tuturor antenelor în gama US şi UUS(m) λ/4 λ/4 Dar λ/4

24 Antenă-baston Antena h=λ/4 Antena baston λ/4 Antena h=λ Izolator Contragreutate Cablu RK-75 Pilon

25 Antenă-baston Antena baston λ/4 AB-10 pentru R-140, R-161 în gama de frecvenţe 4 14 Mhz. Distanţa de legătură până la 100 km.. AB-4 pentru R-130, R-161 în gama US în mişcare. În gama UUS pentru R-123, R-161, R-137. Gama de frecvenţe Mhz. Pentru asigurarea lucrului R-161 în gama de frecvenţe Mhz se foloseşte AB-4 transformată în AB-3 (fără secţia de vârf). Distanţa de legătură 0 60 km. Izolator Contragreutate AB-3.4 pentru R-123, R-111 în gama de frecvenţe Mhz. Antenă de bord pentru R-105, R-158 şi altele. AB-3.4 poate fi ridicată pe catarg (pilon) cu înălţimea 9 12 m. Cablu RK-75 Pilon AB-1.5 antenă flexibilă (antenă bici) pentru R-105, R-107, R-108, R-109, R-159 şi altele. AB-2.7 este configurată (lungită) din antena AB-1.5 şi numită antenă combinată. AB-1.2 antenă flexibilă pentru R-158.

26 Antenă bandă largă (ABL) 1000 mm Antena este destinată pentru staţiile radio R-111, R-137, R-161 şi asigură lucrul efectiv în gama de frecvenţe Mhz, asigurând distanţa de legătură până la 150 km 1300 mm Cablu RK-75 Pilon Contrgreutate 8 raze

27 Antenă de tip L-inversat l2 l1 + l2 = λ/4 λ/4 l1 Ca antena-baston să funcţioneze normal, e necesar ca lungimea ei să fie aproape de un sfert de undă. AB-10 este bine acordată pe frecvenţa 7.5 Mhz (40 m), dar datorită dispozitivului puternic de acordare a antenei (DAA) asigură lucrul staţiei pe frecvenţa de jos până la 4.0 Mhz (75 m). La această frecvenţă lungimea antenei baston ar trebui să fie aproximativ 20 m, iar pentru lucru pe frecvenţa 2.0 Mhz (150m) aproape de 40m. Antene mobile cu aşa înălţime este imposibil de instalat. Ieşirea a fost găsită prin crearea antenelor de tip L-inversat şi tip T.

28 Antenă dipol de tip T Fider R-140, R-161, Pentru staţiile radio militare mobile mai des este folosit dipolul înclinat - T2x11, T2x13, T2x40 (R-140, R-161). Punte de conexiune λ/4 Raza antenei Fider Pilon Fider λ/4 Gamă de frecvenţe: T2x40 1,5 2,0 Mhz T2x13 2,0 5,0 Mhz T2x11 2,0 4,0 Mhz Ţăruş Emiţător Emiţător Distanţa până la 60 km. Ţăruş

29 Antenă filară sau antena undă progresivă sau antena Beverage Staţia radio Firul antenei l > 2λ h=0,5 6m. R= Ohm Contragreutate Direcţia de radiere maximă Contragreutate Distanţa de legătură este de 3 4 ori mai mare decât cu antena-baston. Nu este strict necesar ca firul antenei să fie strict paralel faţă de suprafaţa solului, ceea ce dă posibilitate de a folosi pentru desfăşurare obiectele din teren, de exemplu copaci. Pentru staţiile radio din dotare AF cu lungimea 40 m. se foloseşte la staţiile R-105, R-107, R-158, R-159 şi altele în gama de frecvenţe Mhz.

30 Antenă de tip Lambda Staţie radio Transformator R=400 Ohm Cablu RK-75 Staţie radio Direcţia de radiere maximă Antena λ 60/15 (R-161, R-137) La schimbarea unghiului Este o modificare între a fir antenei şi suprafaţa filare. Asigură lucrul solului staţiei de radio la 20 într-o până gamă la largă de frecvenţe l > 2λ 60, se schimbă Mhz.. lăţimea diagramei de directivitate h=6 12m. Directivitatea antenei antenei de practic la 30 rămâne până la neschimbată şi nu depinde 60. de lungimea l = 40 m. undei. Antena poate asigura lucrul emiţătoarelor Direcţia de radiere cu putere maximă până la 5 kwt. Este destinată pentru staţiile R-137, R-161. Antena rază înclinată (R-105m, R-107, R-158, R-159, )

31 Antenă semiromb vertical Este o modificare a antenei de tip λ şi se deosebeşte numai prin faptul că pe pilon este ridicat mijlocul firului antenei. Pentru acordarea bună a antenei e necesar ca lungimea laturii să fie aproximativ egală cu 4λ. Antena cu lungimea firului 64 m (lungimea laturii 32 m), ridicată pe pilon 12 m, asigură legătura în gama Mhz la o distanţa de până la 300 km. Directivitatea antenei în direcţia întinderii firului Staţie radio Cablu RK-75 Transformator h=12m. Direcţia de radiere maximă Antena semiromb R=400 Ohm

32 Antenă de bandă largă h=3.4m Contragreutate Antenele MCSM (fără antena dipol) Antenă baston 3.4m Cablu de alimentare a antenei Pilon telescop h=18m Antenă baston 4m Antenă radiere în zenit Cablu de alimentare a antenei Antenă baston 3.4m Contragreutate Catarg semitelescop Ancoră Ţăruşi

33 Procedee de majorare a distanţelor de propagare a semnalului Trebuie de ţinut cont că cu cât lungimea de undă este mai mică, cu atât capacitatea ei de ocolire (difracţie) este mai mică, iar capacitatea de reflectare şi absorbire este mai mare. Lucrând în munţi, păduri, oraşe prin unde terestre aceasta trebuie de luat luată în considerare. O influenţă mare îl are relieful şi obiectele din teren amplasate în apropierea nemijlocită a staţiei radio. Obstacolele care se găsesc la o distanţă de 3 5 ori mai mare decât înălţimea lor, au o influenţă mare asupra distanţei şi calităţii transmisiunilor. La alegerea locului de desfăşurare a staţiei radio trebuie respectate următoarele cerinţe: a) Nu se recomandă instalarea staţiei instalarea staţiei în apropierea obstacolelor, care se găsesc în direcţia corespondentului, de exemplu, pante abrupte, înălţimi, terasamente, clădiri din piatră şi beton armat, construcţii metalice, a liniilor de transport electric şi comunicaţii prin fir transversale. b) Dacă în direcţia corespondentului e teren deschis, nu se recomandă instalarea staţiei la marginea pădurii, mai bine se instalează în pădure sau pe teren deschis. c) Lucrând în pădure se va instala staţia în centrul grupei de copaci, în centrul poienii.

34 Procedee de majorare a distanţelor de propagare a semnalului d) Lucrând în clădire se va instala staţia în apropierea ferestrelor din direcţia corespondentului. e) În condiţii de oraş apare fenomenul interferenţei UUS, care se manifestă prin faptul, că în apropierea locului unde semnalul recepţionat este foarte bun, pot fi zone cu un nivel al semnalului foarte slab. În acest caz este necesară schimbarea locul amplasării staţiei radio. f) Pentru asigurarea legăturii la distanţe maxime este necesar, dacă permite amplasarea corespondenţilor din reţea, folosirea antenelor direcţionale. Pentru mărirea efectivităţii antenei se recomandă pentru un acord mai bun schimbarea dimensiunilor ei şi a contragreutăţii. De exemplu pentru staţia R-107 se recomandă: Gama de frecvenţe (Mhz) Lungimea anteneibaston (m) Lungimea contragreutăţii din 3 fire (m) ,0 2, ,4 1, ,0 1, ,5 1,3

35 Procedee de majorare a distanţelor de propagare a semnalului Comunicaţiile radio în gama US privitor la distanţa de legătură se pot clasifica în trei grupe: - la distanţe mici (până la 100 km) De obicei se folosesc antenele asimetrice omnidirecţionale. De asemenea pot fi folosite antenele dipol sau ARZ, dar trebuie să se ţină cont de faptul, că undele radio radiate în zenit sunt slab reflectate, iar gradul de absorbire a lor este înalt. De aceea pot apărea zone în care puterea semnalului recepţionat va fi slabă şi foarte slabă. La alegerea lungimii undei trebuie să se ţină cont că undele din gama de jos a US ( Mhz) vor fi absorbite intens de stratul E, iar undele din gama medie şi de sus (10 30 Mhz) vor fi slab reflectate de stratul F1 (F2). - la distanţe medii ( km) Se folosesc antenele dipol, dar trebuie luat în vedere, că directivitatea maximă a antenei este perpendiculară liniei de întindere a razelor. Frecvenţele de lucru în acest caz se vor găsi în gama Mhz.

36 Procedee de majorare a distanţelor de propagare a semnalului - la distanţe mari (mai mult de 600 km) Legătura la distanţe mari se va asigura prin antena dipol (până la km) şi antene cu o directivitate pronunţată de tip V. Datorită faptului că diagrama de directivitate a dipolului relativ este destul de lată, zona de acoperire de asemenea este destul de mare. Cât priveşte legătura prin utilizarea antenei de tip V, este necesar prin executarea calculelor să se aprecieze unghiul de radiere a antenei sau frecvenţa de lucru, ţinându-se cont de înălţimea şi gradul de ionizare (densitatea) a stratului F1 (F2). Aprecierea înălţimii şi gradului de ionizare (frecvenţei stratului) se efectuează folosindu-se staţiile de sondare sau după tabele. Datorită unghiului mic de radiere undele radio parcurg o distanţa destul de mare întâlnind în calea sa lor alte straturi şi zone înalt ionizate care aduc la pierderea energiei lor.

37 Când vorbim Pentru de propagarea staţia R-107 undelor se recomandă: radio, distanţa de legătură trebuie să ţinem cont de aşa noţiune ca lungimea undei. Gama De de ce? frecvenţe Fiindcă de lungimea Lungimea undei anteneibaston (m) contragreutăţii din 3 fire Lungimea radio depinde dimensiunile (Mhz) antenei şi proprietăţile de propagare. (m) Lungimea undei se măsoară 3,0 în metri. 2,8 Lungimea undei depinde de 2,4 frecvenţă: cu cât e mai 1,3 înaltă frecvenţa, 32 cu atât 40 e mai mică lungimea 2,0 undei radio. 1,3 R lucrează cu lungimea 1,5 de undă 15 ~6 m. (201,3 51,5 MHz) Antena baston (AB-3.4) pentru R-123 are lungimea = 3,4 m. şi este compusă din patru secţiuni câte 0,8 m. fiecare. Mărimea antenei (lungimea) este 1/4 din lungime undei, ţinând cont de aceasta pentru lucrul efectiv al staţiei radio în gama de frecvenţe o să folosim: - 20 MHz (λ = 15 m.) toate 4 secţiuni (3,4 m.) - 30 MHz (λ = 10 m.) 3 secţiuni (2,6 m.) - 40 MHz (λ = 7,5 m.) 2 secţiuni (1,8 m.) - 50 MHz (λ = 6 m.) una sau două (1,0 sau 1,8 m.) De lungimea undei depinde capacitatea de ocolire a obiectelor din teren: cu cât lungimea de undă este mai mică, cu atât capacitatea ei de ocolire (difracţie) este de asemenea mai mică

38 Procedee de majorare a distanţelor de propagare a semnalului

39

40 Mulţumesc pentru atenţie