МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

№19
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
№122
4,19 п.л.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ
ПО УЧЕБНЫМ ДИСЦИПЛИНАМ
«ЭЛЕКТРОДИНАМИКА И РАСПРОСТРАНЕНИЕ
РАДИОВОЛН»
«ТЕХНИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИКА»
(для студентов направлений подготовки
6.050901 «Радиотехника»,
6.050903 «Телекоммуникации»,
6.170102 «Системы технической защиты информации»)
Рассмотрено на заседании кафедры
«Радиотехники и защиты информации»
Протокол № 2 от 18.09.07 г.
Утверждено на заседании учебноиздательского Совета ДонНТУ
Протокол № 1 от 25.10.07 г.
ДонНТУ - 2007
П-19
УДК 535-12(076.5)
Методические указания к лабораторным работам по учебным
дисциплинам
«Электродинамика
и
распространение
радиоволн»,
«Техническая электродинамика» (для студентов направлений подготовки
6.050901 «Радиотехника», 6.050903 «Телекоммуникации», 6.170102
«Системы технической защиты информации»)
/
Сост.: В.В.Паслен,
В.К.Ямилов, Е.С.Нестругина, Донецк: ДонНТУ, 2007 – 69с.
Дана методика проведения лабораторных работ, изложены требования
к отчетам. Каждая лабораторная работа содержит краткие сведения по теме,
примеры выполнения расчетов и контрольные вопросы по теме.
Составители:
В.В.Паслен, доц.
В.К.Ямилов, ст. преп.
Е.С.Нестругина, асс.
Рецензенты: декан факультета
«Компьютерных информационных
технологий и автоматики» ДонНТУ, доцент, к.т.н. А.В.Хорхордин;
доцент кафедры физики ДонНТУ А.Л.Редько.
Подготовлено кафедрой "Радиотехники и защиты информации".
Ответственный
за выпуск:
В.В.Паслен
2
СОДЕРЖАНИЕ
Лабораторная работа №1 «Изучение свойств радиоволн»…………………….5
1. Краткие сведения по теме……………..……………………….…..….……..5
2. Описание стенда………………………………………… ….…..…………..7
3. Порядок выполнения работы………....……...…………….……..………….8
Содержание отчета..………………….………………………………………...10
Контрольные вопросы…...…...……….………………………………………..10
Лабораторная работа №2 «Расчет параметров симметричного и
коаксиального фидеров».………………………………………………………..11
1. Краткие сведения по теме…………………………………………………..11
2. Проводные фидеры……………...……………….…………………………12
3. Коаксиальные фидеры……………………………….……………..………14
Примеры расчета основных параметров фидеров……………………..…….15
Содержание отчета………………..….…...…………………………………...19
Контрольные вопросы……...………….………..……………………………..19
Лабораторная работа № «Распространение радиоволн в поглощающих
средах»..................................................................………………………………..20
1. Краткие сведения по теме…………..…...…………………………………..20
2. Распространение радиоволн в поглощающих средах…..…………………21
Порядок выполнения расчетов……......……………….………………………22
Содержание отчета……...……...…….………………………………………...24
Контрольные вопросы..……………….………………………………………..24
Лабораторная работа №4 «Волноводные линии передачи энергии»..……….25
1. Краткие сведения по теме…………………….…………………………….25
Содержание отчета…………………………………...…...…………………...31
Контрольные вопросы………………………… ……………………………..32
Лабораторная работа №5 «Определение максимально применяемой частоты
(МПЧ) по данным ионосферного прогноза.……………………….…………...33
1. Краткие сведения по теме….……………………...……………………….33
2. Определение МПЧ по прогнозам распространения радиоволн…………34
Примеры выполнения задания…..………………………………………...…36
Содержание отчета……..……………………………………………………..41
Контрольные вопросы…...………………………………………………..…..41
Лабораторная работа №6 «Определение геометрической видимости
интервала трассы путем вычислений»..………………………………………..42
1. Краткие сведения по теме…...……………….…………………………….42
2. Определение геометрической видимости интервала трассы путем
вычислений............................................................................................................43
Содержание отчета……..……………………………………………………..46
Контрольные вопросы…...………………………………………………..…..46
Лабораторная работа №7 «Определение координат пеленгуемых
объектов»................................................................................................................47
1. Краткие сведения по теме............................................................................47
3
2. Ошибки вследствие неточности определения точки стояния пеленгатора
на карте...................................................................................................................48
3. Угловые ошибки в определении пеленга....................................................48
4. Содержание топографического обеспечения наземного пеленгования...50
5. Выбор места по карте для установки пеленгатора.....................................50
6. Ориентирование радиопеленгаторов...........................................................51
7.
Подготовка
картографического
материала
для
прокладки
радиопеленгаторов................................................................................................52
8. Аналитический способ определения координат пеленгуемых
радиосредств..........................................................................................................53
Содержание отчета……..……………………………………………………..54
Контрольные вопросы…...………………………………………………..…..54
Список используемой литературы.......................................................................55
Приложения...........................................................................................................56
4
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ РАДИОВОЛН
Цель работы: исследование особенностей распространения радиоволн.
1. Краткие сведения по теме
Радиоволны представляют собой электромагнитные колебания,
распространяющиеся в пространстве со скоростью, близкой к скорости света
в вакууме.
На распространение радиоволн оказывают влияние следующие
основные факторы: длина волны, кривизна поверхности Земли, характер
почвы, состав атмосферы, время дня и ночи, время года, состояние
ионосферы, магнитное поле Земли, метеорологические условия и другие
факторы.
Важными характеристиками радиоволны являются длина волны λ и
частота f . Длина волны – это ближайшее расстояние между двумя точками
пространства, где электрическое (или магнитное) поле находится в
одинаковой фазе. Частота электромагнитных колебаний связана с длиной
волны соотношением:
с
 ,
f
где λ – длина волны, м,
f - частота колебаний, Гц,
с – скорость распространения волны, м/с, (в вакууме она равна
8
3  10 м/сек). При распространении в какой-либо другой среде скорость
движения волны изменяется:
c
с
V 
,
n

где V – скорость движения волны, м/с;
n – коэффициент преломления среды;
 - диэлектрическая проницаемость среды.
Для любой среды, кроме вакуума, n >1.
В однородной среде, т.е. в среде, свойства которой не меняются по
всему объему, волна движется прямолинейно с постоянной скоростью.
При переходе из одной среды в другую, на границе раздела двух сред,
происходит преломление и отражение волны (рисунок 1.1). Волна частично
проходит во вторую среду, причем направление движения её меняется, и
частично отражается от границы раздела двух сред. При этом угол падения α
равен углу отражения. Преломление луча вызывается изменением скорости
распространения волны. Угол преломления β зависит от электрических
свойств среды. Угол падения α и угол преломления β связаны соотношением:
5
 2 n2
sin 


,
sin 
 1 n1
где 1 ,  2 - диэлектрическая проницаемость одной и второй среды
соответственно;
n1 и n2 – коэффициенты преломления первой и второй сред.
Рисунок 1.1 - Отражение и преломление радиоволн
При отражении и преломлении изменяется наклон фронта, фаза волны
и амплитуда. Степень отражения радиоволн принято оценивать
коэффициентами отражения, показывающими, какой части амплитуды
напряженности падающей волны соответствует амплитуда напряженности
отраженной волны:
E отр
Г
E пад
Степень отражения зависит от состояния и электрических параметров
отражающей поверхности, а также от поляризации радиоволн.
Когда свойства среды (коэффициент преломления) плавно меняются,
т.е. среда неоднородна, волны непрерывно преломляются и движутся по
криволинейной траектории (рисунок 1.2). Явление постепенного
искривления траектории волны в неоднородной среде, в результате чего
волна распространяется по криволинейной
траектории, называется
рефракцией.
Рисунок 1.2 – Распространение радиоволн в неоднородной среде
6
В случае, когда волна приходит из среды с большим коэффициентом
преломления, при достаточно большом угле падения может наступить
явление полного внутреннего отражения, т.е. вся энергия волны отразится от
границы раздела двух сред и не проникнет во вторую среду. Явление полного
внутреннего отражения может иметь место и в неоднородной среде, когда
коэффициент преломления среды уменьшается в направлении движения
волны. При этом волна не проникает дальше некоторого определенного
расстояния.
Часто в место приема приходит не одна, а две или несколько радиоволн
одной и той же частоты. Эти радиоволны могут иметь различные фазы, если
они пришли от разных источников или от одного источника различными
путями. Явление наложения радиоволн одинаковой частоты, но разной фазы,
называется интерференцией.
Если на пути распространения радиоволн встречаются препятствия, то
волны огибают его. Способность радиоволн огибать препятствия называется
дифракцией.
Чем больше длина волны по сравнению с размерами препятствия, тем
больше выражена дифракционная способность радиоволн. При больших
размерах препятствия волны практически не огибают его, и за ним
образуется область тени. Длинные волны обладают большей дифракционной
способностью, чем короткие.
2. Описание стенда
Стенд предназначен для исследования свойств СВЧ колебаний в
пространстве. Стенд содержит передатчик, который генерирует
электромагнитные волны длиной 2.5 см, и приемник, который улавливает
эти колебания и преобразует их в ток, измеряемый микроамперметром.
Внешний вид стенда показан на рисунке 1.3.
2
3
4
5
1
БП
6
Передатчик
Приемник
Рисунок 1.3 - Стенд для изучения свойств СВЧ колебаний:
1 – блок питания, 2 – отражательный клистрон, 3 – передающая антенна, 4 – приемная
антенна, 5 – приемник колебаний, 6 – микроамперметр
7
Передатчик состоит из блока питания, генератора и передающей
антенны. Блок питания расположен в отдельном корпусе 1. На одну из стенок
корпуса выведены три переключателя и разъем для питания генератора.
Первый переключатель включает блок питания. Второй - подает
напряжение на накал генератора. Третий - подает напряжение одновременно
на резонатор и отражатель генератора.
3. Порядок выполнения работы
1. Изучить устройство стенда:
- приемника;
- передатчика.
2. Привести передатчик в исходное положение:
- перевести тумблер "Сеть" в положение "Выкл.";
- перевести тумблер "Накал" в положение "Выкл.";
- перевести тумблер "Резонатор и отражатель" в положение "Выкл.".
3. Включить передатчик в сеть.
4. Произвести запуск передатчика:
- перевести тумблер "Сеть" в положение "Вкл.";
- перевести тумблер "Накал" в положение "Вкл.";
- через 1-2 минуты перевести тумблер "Резонатор и отражатель" в
положение "Вкл.";
- проверить работу передатчика с помощью приемника, то есть
расположив приемник на некотором расстоянии от передатчика, проверить
наличие тока в приемной антенне.
5. Исследовать поглощение радиоволн в пространстве.
расположив приемник напротив передатчика, определить
расстояние, на котором микроамперметр регистрирует максимальный ток
(рисунок 1.4);
Рисунок 1.4 – Структурная схема измерения поглощения радиоволн в пространстве
- увеличивая расстояние между приемником и передатчиком (с шагом
0,2м), снимать показания с прибора;
- полученные результаты измерений занести в таблицу 1.1.
Таблица 1.1 - Измерение поглощения радиоволн в пространстве.
L, м
I, мкА
8
6. Исследовать распространение радиоволн в различных средах.
- расположить передатчик и приемник на таком расстоянии, при
котором микроамперметр регистрирует максимальный ток;
- поместить между передатчиком и приемником вертикально
металлический лист и снять показания с прибора;
- поместить между передатчиком и приемником горизонтально
металлический лист (положить на стол) и снять показания с прибора;
- поместить между передатчиком и приемником горизонтально
металлический лист (положить на стол, на 2 см приподнять) и снять
показания с прибора;
поместить между передатчиком и приемником горизонтально
металлический лист (сверху) и снять показания с прибора;
- поместить между передатчиком и приемником пенопласт и снять
показания с прибора;
- поместить между приемником и передатчиком полиэтилен и снять
показания с прибора;
- поместить между передатчиком и приемником ДВП и снять
показания с прибора;
- поместить между передатчиком и приемником сухую ткань и снять
показания с прибора;
- поместить между передатчиком и приемником мокрую ткань и снять
показания с прибора;
- полученные результаты измерений занести в таблицу 1.2.
Таблица 1.2. Распространение радиоволн в различных средах.
Поглощающая среда
I, мкА
Воздушное пространство
Металлический лист (вертикально)
Металлический лист ( горизонтально на столе)
Металлический лист (горизонтально на столе, на 2 см
приподнятый)
Металлический лист (горизонтально сверху)
Пенопласт
Полиэтилен
ДВП
Сухая ткань
Мокрая ткань
9
Содержание отчета
-
В отчете необходимо привести:
цель работы;
структурную схему измерения поглощения радиоволн в пространстве;
таблицу измерения поглощения радиоволн в пространстве;
таблицу измерения поглощения радиоволн в различных средах;
график распространения радиоволн в пространстве;
выводы о свойствах радиоволн.
Контрольные вопросы
1. Что такое дифракция?
2. Что такое интерференция?
3. Что такое рефракция?
4. Как влияет среда на распространение радиоволн?
5. Как влияет время суток, года на распространение радиоволн?
6. Какие основные факторы влияют на распространение радиоволн?
7. Каковы особенности распространения радиоволн различных
диапазонов?
8. Какова роль атмосферы в распространении радиоволн?
10
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ СИММЕТРИЧНОГО И КОАКСИАЛЬНОГО
ФИДЕРОВ
Цель занятия: научиться рассчитывать волновое сопротивление
фидера по результатам измерений и номограммам.
1. Краткие сведения по теме
Фидером называют линию, соединяющую антенну с приёмником или
передатчиком. В диапазоне длинных и средних волн длины фидеров могут
достигать 2000 м. Для антенн, работающих в КВ диапазоне, длина фидера
может быть до 1000 м.
Требования, предъявляемые к фидерным линиям:
- потери энергии на нагрев и излучение должны быть минимальными;
- согласованность с антенной (в линии должна быть бегущая волна) сопротивление должно носить чисто активный характер.
Основные соотношения.
Модуль коэффициента отражения |р|, волновое сопротивление фидера Wф и
сопротивление нагрузки Zн = Rн + iXн связаны между собой уравнением:
р 
(R н  Wф ) 2  X н2
(R н  Wф ) 2  X н2
.
Коэффициент бегущей волны в фидере:
КБВ 
1 p
1 p
.
Максимальное эффективное значение тока в фидере:
p
.
Wф * КБВ
Im 
Максимальное эффективное значение напряжения на фидере:
Um 
Коэффициент затухания фидера:
p  Wф
КБВ
α  R1
 .
2Wф ,
где R1 – сопротивление потерь на единицу длины, Ом/м.
11
Коэффициент полезного действия согласованного фидера (при КБВ=1, р=0):
η0  e 2αL .
В фидерах с малым затуханием, когда 2L ≤ 0.25, можно пользоваться
приближённой формулой, дающей погрешность менее 5%, полагая:
η0  1  2α  L .
В формулах L – длина фидера в метрах.
При неполном согласовании КПД фидера уменьшается и определяется
по формуле:
η
4η 0
(1  η 0 )( 1
2
 КБВ)  2(1  η 0 )
2
КБВ
.
2. Проводные фидеры
Симметричные
двухпроводные
и
многопроводные
фидеры
выполняются из медных или биметаллических проводов. Биметаллический
провод выполняется из двух слоёв разнородных металлов: внутреннего - из
стали и наружного – из меди. Биметаллический провод дешевле медного,
имеет большую механическую прочность и на высоких частотах обладает
электрическими параметрами медного провода. Волновое сопротивление
двухпроводного фидера (рис. 2.1а), Ом:
2
 D1

D1
,
Wф  276 lg 


1
d2
 d

где D1 – расстояние между центрами проводов, d – диаметр провода.
При D1/d ≥ 3 волновое сопротивление двухпроводного фидера, Ом, определяют
по упрощённой формуле:
Wф  276 lg
а)
б)
2D1
.
d
в)
.
Рис. 2.1 – Проводные фидеры: а) - двухпроводный, б) – четырехпроводный,
в) - перекрещенный
12
Двухпроводный фидер прост по конструкции и имеет относительно
большое волновое сопротивление (300-700 ) В зависимости от
передаваемой мощности Р,
применяются стандартные двухпроводные
фидеры с волновым сопротивлением 600 Ом со следующими размерами:
при Р до 5 кВт
d=3 мм;
D1=225 ± 5 мм;
при Р до 15 кВт
d=4 мм;
D1=300 ± 5 мм;
при Р до 25 кВт
d=6 мм;
D1=450 ± 5 мм.
Для передачи большой мощности применяют четырехпроводный
фидер (рис. 2.1б), волновое сопротивление которого, Ом, определяется по
формуле:
 D12  D2 2 2  D1 
Wф  138 lg 

,
D2
d 

где D1 – расстояние между разнополярными проводами; D2 – расстояние
между однополярными проводами; d – диаметр проводов.
В зависимости от передаваемой мощности применяется стандартный
фидер с волновым сопротивлением 300 Ом, имеющий размеры:
при Р до 40 кВт d=3 мм;
D1=250 ± 5 мм; D2= 400 ± 5 мм.
Сопротивление потерь на единицу длины двухпроводного фидера,
Ом/м, выполненного из медного или биметаллического провода:
R1  2.96
d λ
.
Для четырехпроводного фидера:
R1  1.48
d λ
,
где d - в мм,  - в м.
Максимальная напряжённость поля при напряжении U
проводами двухпроводного фидера:
E max 
U
2D1
2.3d  lg(
)
d
четырехпроводного:
13
;
между
E max 
U
2D1
4.6d  lg(
)
d
.
В приёмных и мощных передающих антеннах с целью уменьшения
антенного эффекта фидера применяют перекрещенные фидеры (рис. 2.1в).
Волновое сопротивление такого фидера, Ом:
 D1 
.
Wф  138 lg  2
d 

Стандартный приёмный фидер выполняется из медных и
биметаллических проводов диаметром 1.5 мм с расстоянием между
проводами 34 ± 1 мм и имеет волновое сопротивление 208 Ом.
Симметричные фидеры подвешивают на опорах с помощью
изоляторов. Симметричные фидеры относительно просты и широко
используются в диапазоне коротких волн. В диапазоне метровых и более
коротких волн расстояния между проводами становятся соизмеримыми с
длиной волны. Это приводит к значительной потере мощности на излучение.
3. Коаксиальные фидеры
ЭМП коаксиального фидера сосредоточено внутри пространства,
образованного
замкнутой
металлической
поверхностью
внешнего
проводника. Коаксиальный фидер позволяет осуществлять передачу
широкого диапазона частот от сверхдлинных волн до волн сантиметрового
диапазона при сравнительно малом затухании.
Гибкая коаксиальная линия называется кабелем. Коаксиальные кабели
на небольшую мощность выполняют со сплошным заполнением. Волновое
сопротивление и длина волны в таком кабеле соответственно равны:
Wф 
138
'
lg
D
.
d
Гибкие радиочастотные кабели со сплошным заполнением имеют
марку, состоящую из двух букв – РК и трех чисел, разделенных дефисом и
двумя тире, из которых первое число показывает величину волнового
сопротивления, второе – диаметр по изоляции в миллиметрах и третье ( двухили трехзначное), первая цифра которого указывает материал диэлектрика (1
- полиэтилен, 2 - политетрафторэтилен, 3 - воздушно-полиэтилен, 4 –
воздушно - политетрафторэтилен, 5 - резина, 6 – неорганическая изоляция),
последующие – порядковый номер конструкции.
Например: РК-75-2-21, РК-100-7-21, РК-50-2-13.
14
В кабеле на большую мощность внутренний проводник обматывают
нитью или перфорированной прямоугольной лентой из полиэтилена с шагом
навивки 1 – 2 диаметра кабеля, на которую накладывают внешний
гофрированный проводник из меди или алюминия. Внешний проводник
кабеля выполняется цельнотянутым или сварным и имеет внешний защитный
покров.
Волновое сопротивление коаксиального фидера, Ом:
Wф 
138


1   1
/
lg
D
.
d
Активное сопротивление на единицу длины, Ом/м, обусловленное
потерями в металле (меди):
1  1,48
1
,
R1    
D d 
где D и d – выражены в миллиметрах;  - в метрах.
Коаксиальные фидеры, применяемые в телевидении, выполняются с
волновым сопротивлением 75 Ом. Фидер с волновым сопротивлением 50 Ом
имеет больший диаметр внутреннего проводника и большую стоимость.
Примеры расчета основных параметров фидеров
1. Определить КПД, КБВ, напряжение и токи для симметричного
двухпроводного фидера длиной 500 м, нагруженного входным
сопротивлением антенны 500+i50 Ом. К фидеру на волне 20 м подводится
мощность 15 кВт. Фидер выполнен из медных проводов диаметром 4 мм с
расстоянием между проводами 400 мм.
Решение
Волновое сопротивление фидера:
 2D1 
 2  400 
Wф  276 lg 
 276 lg 
 635 Ом.

 d 
 4 
Модуль коэффициента отражения:
р 
(R н  Wф ) 2  X н2
(R н  Wф ) 2  X н2

Коэффициент бегущей волны в фидере:
15
(500  635) 2  502
(500  635) 2  502
 0.126 .
КБВ 
1 p
1 p

1  0.126
 0.775 .
1  0.126
Эффективное значение напряжения в максимуме на фидере:
pWф
U max 
КБВ
15000  635
 3500 В .
0,775

Эффективное значение напряжения в минимуме на фидере:
Umin=КБВ•Umax=0.775•3500=2700 В.
Эффективные значения токов в максимуме и минимуме:
Im 
p
 15000 / 635  0,775 А; Imin=p/Umax=15000/3500=4.3 A.
Wф  КБВ
Погонное сопротивление потерь в фидере:
R1  2.96
d λ
 2.96
4 20
 0.165 Ом/м.
Коэффициент затухания фидера:
α  R1
2Wф
=0.165/2•635=1.29•10-4.
КПД согласованного фидера:
η0  e2αL  e21.290.0001500  0.879 .
Эффективное значение максимальной напряжённости поля у поверхности
проводов фидера:
E max 
U
2D1
2.3d  lg(
)
d
=3500/2.3•0.004•lg(2•400/4)=165000 В/м=1650 В/см.
2. Четырёхпроводный фидер выполнен из биметаллических проводов
диаметром 4 мм. Расстояние между центрами разнополярных проводов
250 мм, однополярных – 400мм, длина фидера 400м. Определить параметры
фидера при работе на волне 25м.
16
Решение
Волновое сопротивление фидера
Wф  138 lg
2 D1
D12  D22
dD2
 138 lg
2  250 250 2  400 2
 350Ом .
4  400
Погонное сопротивление
R1  1,48 / d   1,48 / 4 25  0,074Ом / м .
Коэффициент затухания фидера
  R1 / 2Wф  0,074 / 2  350  1,05  10 4 .
Коэффициент полезного действия согласованного фидера
 0  e 2L  e 20, 000105400  0,919 .
Ниже приведены номограммы и графики для расчета волнового
сопротивления симметричного и коаксиального фидеров:
Рис.2.2 - Номограмма для расчета волнового сопротивления коаксиальной линии
17
Рис.2.3 – Волновое сопротивление двухпроводной линии с воздушной изоляцией
18
Рис.2.4 – Волновое сопротивление коаксиальной линии с воздушной изоляцией
Рисунок 2.5 – Волновое сопротивление экранированной двухпроводной линии с
воздушной изоляцией
Содержание отчёта:
1. Цель занятия.
2. Основные соотношения.
3. Результаты выполнения индивидуального задания.
4. Выводы по результатам выполнения индивидуального задания.
Контрольные вопросы:
1. Назовите основные параметры фидерных линий.
2. Назовите виды проводных фидеров.
3. Назовите основные свойства коаксиальных фидеров.
4. Каково назначение основных элементов линии связи?
5. Какие требования предъявляются к фидерным линиям?
6. Какие основные энергетические соотношения по
характеристик и параметров линий?
19
расчету
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3
РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН В ПОГЛОЩАЮЩИХ СРЕДАХ
Цель занятия: научиться рассчитывать напряжённость поля в
заданной точке с заданными характеристиками среды.
1. Краткие сведения по теме
По регламенту радиосвязи частоты от 3кГц до 3000ГГц относятся к
радиоволнам. Частота и длина волны в свободном пространстве связаны
соотношением
λ
c
,
f
где:  – длина волны, м;
с=3·108 м/с - скорость распространения волны в свободном
пространстве;
f – частота, Гц.
Магнитная и электрическая составляющие напряжённости поля ЭМВ
связаны уравнением:
H
E
,
120π
где: Н – напряжённость магнитной составляющей поля, А/м;
Е – напряжённость электрической составляющей поля, В/м;
120 – характеристическое (волновое) сопротивление свободного
пространства, Ом.
Поток мощности, проходящий через квадратный метр поверхности
фронта волны (вектор Пойтинга):
Е 2д
П
,
120π
где: П – плотность потока мощности, Вт/м2;
Ед – действующее значение напряжённости поля, В/м.
Напряжённость поля при распространении в свободном пространстве:
Ед  173
PD
,
r
где: Ед – действующее значение напряжённости поля, мВ/м;
Р – мощность излучения, кВт;
D – коэффициент направленного действия излучателя (антенны);
r – расстояние, км.
20
Для малых r, измеряемых в метрах:
30PD
,
r
Ед 
где: ЕД - действующее значение напряжённости поля, В/м;
Р – мощность излучения, Вт;
r – расстояние, м.
2. Распространение радиоволн в поглощающих средах
Изменение амплитуды напряжённости поля при распространении
плоской волны с расстоянием:
Е д Е 0 е  δx ,
где: Е0 – напряжённость поля в начале отсчёта расстояния;
 – коэффициент поглощения;
х – расстояние.
Среды, по своим свойствам приближающиеся к идеальному
диэлектрику, удовлетворяют условию: ℇ‫≫׳‬60σ. Для таких сред скорость
распространения волны:
c
v
.
ε
Коэффициент поглощения:
δ
Среды,
по
своим
60π  σ
.
ε
свойствам
приближающиеся
к
проводнику,
удовлетворяют условию: ℇ‫≪׳‬60σ. Для таких сред скорость распространения
волны:
v
c
.
30σ  λ
Коэффициент поглощения:
δ  2π 30 /  ,
21
где: ℇ‫ ׳‬- относительная диэлектрическая проницаемость среды; σ –
удельная проводимость среды.
Порядок выполнения расчетов
1.
Определить плотность потока мощности при распространении
волны в свободном пространстве, если действующее значение
напряжённости магнитной составляющей поля плоской ЭМВ составляет
13 мкА/м.
Решение
Действующее значение напряжённости электрической составляющей
поля волны определим из выражения:
H
E
⇒ Е д  Н д 120π  13 10 6 120  π  4.9 10-3 В/м = 4.9 мВ/м.
120π
Плотность потока мощности:
П
Е2д
(4.9 103 ) 2

 63.7 109 Вт/м 2 = 63.7 нВт/м2.
120π
120π
2.
Определить напряжённость поля на расстоянии 1000 км при
распространении в свободном пространстве, если мощность излучения
составляет 100 Вт, коэффициент направленного действия излучения антенны
равен 1000.
Решение
Действующее значение напряжённости поля:
Ед  173
PD
0.11000
 173
 1.73 мВ/м .
r
1000
3.
Определить,
во
сколько
раз
уменьшится
амплитуда
напряжённости поля волны с частотой 60 кГц на расстоянии 10 м при
распространении в морской воде.
Решение
Длина волны в свободном пространстве
c 3 108
λ 
 5000 м .
f 60 103
Для морской воды ℇ‫=׳‬80; σ=4 См/м;
22
60σ=60·5000·4=1.2·106;
ℇ‫≪׳‬60σ.
Для частоты 60 кГц морская вода по своим свойствам приближается к
проводнику. Коэффициент поглощения для такой среды
δ  2π
30σ
30  4
 2π
 0.97 .
λ
5000
Уменьшение амплитуды поля определим из выражения:
Е д Е 0 е  δx ⇒
Е0
 е δx  e 0.9710  e9.7  16300 .
Еx
4.
Определить,
во
сколько
раз
уменьшится
амплитуда
напряжённости поля при распространении в сухой почве на расстояние 2м,
если длина волны в свободном пространстве равна 2м.
Решение.
Для сухой почвы ℇ‫=׳‬4; σ=0.001 См/м;
60σ=60·2·0.001=0.12;
ℇ‫≫׳‬60σ.
Сухая почва для частоты 150 МГц (=2м) может по своим свойствам
рассматриваться как диэлектрик. Коэффициент поглощения для такой среды:
δ
E
60π  σ 60  π 103

 0.0942; δx  0.0942  2  0.19; 0  eδx  e0.19  1.2 ,
Ex
ε
4
т.е. на расстоянии 2м напряжённость поля уменьшится в 1.2 раза.
23
Содержание отчёта:
1. Цель занятия
2. Основные соотношения.
3. Результаты выполнения индивидуального задания.
4. Выводы по результатам выполнения индивидуального задания.
Контрольные вопросы:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Назовите основные свойства радиоволн.
Каково деление радиоволн на поддиапазоны?
Напишите основные уравнения электродинамики.
Как определить длину волны по известной частоте?
Каково влияние среды на распространение радиоволн?
Какие факторы влияют на распространение радиоволн?
24
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4
ВОЛНОВОДНЫЕ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ ЭНЕРГИИ
Цель занятия: по имеющимся данным рассчитать параметры и
характеристики волноводных линий передачи электромагнитной энергии.
1. Краткие сведения по теме
С увеличением частоты потери энергии во внутреннем проводнике и
диэлектрике коаксиального фидера возрастают, и его КПД становится
малым. В коротковолновой части дециметрового диапазона, в диапазоне
сантиметровых и более коротких волн в качестве фидеров применяются
волноводы прямоугольного, круглого и эллиптического сечения.
В отличие от двухпроводной и коаксиальной линий с воздушным
диэлектриком, в которых электромагнитное поле, как и в плоской волне, не
имеет продольных составляющих, распространяется со скоростью света и
обладает в направлении распространения периодичностью с длиной волны ,
в волноводах волны такого типа (их называют поперечными или Т-волнами),
распространяться не могут.
В волноводах лишь один из векторов, электрический или магнитный,
расположен в плоскости, перпендикулярной направлению распространения.
Второй вектор поля (соответственно магнитный или электрический), для
обеспечения выполнения граничных условий, обязательно будет иметь
продольную составляющую.
Другой особенностью волноводов является то, что в плоскости
поперечного сечения напряженности того и другого вектора обладают
пространственной периодичностью, подобной стоячим волнам в
короткозамкнутой линии. Вдоль каждого из двух взаимно перпендикулярных
размеров сечения волновода должно укладываться целое число таких
полуволн - m,n (0,1,2,...к). Значения m и n не могут быть равны нулю
одновременно.
Таким
образом,
в
волноводах
могут
распространяться
электромагнитные волны лишь определенных типов: поперечно-магнитные
(Е-волны), в которых продольную составляющую имеет вектор Е, и
поперечно-электрические (Н-волны), в которых продольную составляющую
имеет вектор Н. В каждом из этих типов волн будут различаться волны,
имеющие различную периодичность в поперечной плоскости, обозначаемые
Н mn, Е mn. Периодичность поля в направлении распространения, т.е. длина
волны в вдоль волновода, будет определяться периодом продольной
составляющей поля.
Использование волновода в условиях, когда в нем возможно
распространение нескольких типов волн, обычно является нежелательным,
так как вследствие различия фазовых и групповых скоростей возможны
25
искажения передаваемых сигналов. Поэтому на практике стремятся, чтобы во
всем интервале рабочих длин волн имелось только одно, причем
наименьшее, значение (к mn)мин. При этом в волноводе будет
распространяться основной тип волны. Для выполнения этого требования
наибольшая допустимая длина волны передаваемых сигналов не должна
превышать кр=2π/(к mn)мин, а минимальная длина волны должна быть
больше, чем кр для ближайшего высшего типа волны.
Если же необходимо, чтобы в волноводе распространялся один из
высших типов, то принимают меры для подавления нежелательных типов
волн.
Основной для прямоугольного волновода является волна типа Н10,
которая характеризуется постоянством амплитуд поля Е по оси y и
изменением по закону sin(πx/a) по оси x. Фазовая скорость и длина волны
типа Н10 в прямоугольном волноводе определяются внутренним размером
широкой стенки волновода и соответственно равны:
   c / 1  ( / 2 a ) 2 ;
    / 1  (  / 2a ) 2 .
Групповая скорость волны Н10 в волноводе:
   c . 1  ( / 2a) 2
Критическая длина волны   =2а. По волноводу могут
распространяться только волны короче
  . Для возможности
распространения энергии по волноводу необходимо, чтобы a>0,5.
Затухание, в децибелах, на один метр длины, прямоугольного
волновода
b  2
0,793(1  2
(
) )
a
2
a

,
 2

b  1  (
) 
2a 

где b- внутренний размер узкой стенки волновода;
- проводимость металла, из которого выполнены стенки
волновода, См/м (для меди =5,8*107, латуни марки Л-96 =4,07*107).
Реальное затухание в волноводе больше рассчитанного по
приведенной формуле в среднем в 1,05-1,2 раза. Увеличение затухания
обусловлено шероховатостью стенок волновода и их окислением, которые в
формуле не учтены. Уменьшение затухания достигается увеличением
поперечного сечения волновода и серебрением его внутренней поверхности.
26
Стабилизация затухания во времени обеспечивается антикоррозийным
покрытием, однако увеличение поперечного сечения ограничено из-за
возможности появления в волноводе волн высших типов Н20, Е11 и др.
Для распространения волны Н10 и исключения возможности
существования других типов волн необходимо, чтобы выполнялись
следующие условия: наиболее длинная волна рабочего диапазона должна
быть меньше удвоенной длины широкой стенки волновода, наиболее
короткая волна должна быть больше широкой стенки. Узкая стенка
волновода обычно меньше половины широкой стенки. Таким образом,
внутренние размеры сечения волновода равны:
0,95  a  0,525 ,
b  ( 0,3  0,5) a .
В диапазоне 3,4-3,9 ГГц рекомендуется применять прямоугольные
волноводы с внутренним сечением 58X25 мм с затуханием 3,6-4 дБ/100 м и
72X34 мм с затуханием 2-2,4 дБ/100 м, выполненные из латуни марки Л-96 с
96% содержанием меди, секциями длиной до 5 м и толщиной стенок 2 мм. В
диапазоне 5,6-6,2 ГГц рекомендуются волноводы с сечениями 40 X20 мм с
затуханием 3,5-4 дБ/100 м и 48 X 24 мм с затуханием 3,5-4 дБ/100 м.
Кроме волноводов прямоугольного сечения применяются круглые
волноводы, особенно в случаях, когда антенна одновременно используется на
прием и передачу и работает с полями, имеющими вертикальную и
горизонтальную поляризации. Полям с вертикальной и горизонтальной
поляризациями в антенне будут соответствовать в волноводе волны типа Н11
с взаимно перпендикулярными направлениями вектора Е. Работа с взаимно
перпендикулярными поляризациями позволяет улучшить развязку между
приемниками и передатчиками за счет поляризационной избирательности
антенно-волноводного тракта. Последняя будет эффективной только в том
случае, когда отсутствует перекрестная поляризация. Перекрестной
поляризацией называется явление, когда за счет поля с основной
поляризацией появляется поле с перпендикулярной поляризацией.
Перекрестная поляризация ухудшает развязку
между передающим и
приемным трактами. Перекрестная поляризация вызывается эллиптичностью
волновода, т.е. отличием сечения волновода от круглого, а также изгибами,
вмятинами и небрежным монтажом. При изготовлении круглых волноводов
всегда имеется некоторая эллиптичность сечения. При диаметре 70 мм
неточность медных волноводов достигает 200 мкм. Для увеличения точности
выполнения волноводы такого диаметра изготовляют из стали с медным
покрытием, т.е. биметаллическим. Толщина стали биметаллического
волновода 3,7 мм, меди 0,3 мм. В таком волноводе отклонение поперечного
сечения от расчетной величины не превышает 500 мкм. Установлено, что при
совпадении направления вектора Е с одной из осей эллипса поперечного
27
сечения волновода положение плоскости поляризации волны в волноводе не
будет изменяться.
Для уменьшения перекрестной поляризации при монтаже стыкуемые
секции поворачивают до совпадения осей эллипсов отдельных секций
волновода. Для облегчения сборки на волноводных секциях заводыизготовители ставят метки. Биметаллические волноводы за счет меньшей
зеркальности внутренней поверхности имеют затухание примерно на
величину 0,2 дБ/100 м большее по сравнению с медными.
Волна типа Н11 является основной для круглого волновода. Для
передачи волны Н11 диаметр круглого волновода должен быть:
0,586 dl  D 0,764 kop .
Затухание волны Н11 в волноводе круглого сечения, дБ/м,
 
0,793
r  1  0,087(  / r )
2
 0,087( / r )
2

 0,43 ,
где r - внутренний радиус волновода, м;  - проводимость металла, из
которого выполнены стенки волновода, См/м;  - длина волны, м.
Для снижения затухания диаметры волноводов берут больше, чем это
определяется условием. Например, в диапазоне частот (3,4 - 3,9) ГГц
рекомендуется применять волноводы диаметром 70 мм с затуханием (1,4 1,6) дБ/100 м, а в диапазоне (5,6 - 6,2) ГГц - диаметром 46 мм с затуханием (3
-3,5) дБ/100 м. В этом случае кроме основной волны распространяется еще и
волна Е01. Волновод с  70 мм может применяться на более высоких частотах
(например, в диапазоне 6 ГГц), допуская существование еще большего числа
волн высших типов.
Для обеспечения распространения лишь основного типа волны высшие
типы должны быть подавлены.
Для подавления волн высших типов, имеющих продольную
составляющую поля Е, параллельно полю Е подавляемой волны располагают
стержни из материала с малой проводимостью, например, диэлектрические
стержни, покрытые окисным слоем.
Для увеличения гибкости волноводы гофрируют с шагом гофра (0,12 0,15)  ср и глубиной гофра приблизительно равной 0,05  ср. При
вертикальной подвеске в волноводе возникают осевые усилия, сжимающие
малую ось эллипса, причем большие нагрузки вызывают необратимые
процессы деформации. При заполнении внутреннего пространства волновода
избыточным газовым давлением удлиняется малая ось эллипса. Волноводы
допускают давление (1,5 - 2)*105 Па. Гибкие волноводы изготовляют
большей длины и транспортируют в свернутом виде на барабанах.
Эллиптические волноводы применяются в подвижных радиорелейных
28
системах, когда требуются частые развертывания и свертывания линий связи,
а также в стационарных радиорелейных системах особенно на участках, где
волноводные тракты изменяют свое направление, например при переходе из
вертикального положения в горизонтальное.
Жесткие волноводы изготовляются секциями длиной до 5 м, которые
на концах заканчиваются фланцами. Фланцевые соединения должны
исключить возможность просачивания энергии из волновода и быть
герметичными. Фланцы имеют кольцевые канавки, в которые закладывают
уплотняющие прокладки из морозостойкой резины и металлические кольца,
уплотняющие резину и устраняющие просачивание энергии из волновода.
Недостаточно точное сопряжение волноводов в стыках вызывает
отражения. Уменьшение отражений достигается специальной обработкой
концов волноводов серебрением (с покрытием палладием) соприкасающихся
поверхностей и применением калиброванных болтов или шпилек. Фланцы
наружных волноводов должны выдерживать значительную механическую
нагрузку. С учетом гололеда нагрузка на верхний фланец при длине
вертикального волновода 50 м может достигать 1 т. Медные и латунные
волноводы крепятся жестко к телу мачты только в верхней своей части.
Материал волновода (латунь) и мачты (сталь) имеет разные
коэффициенты линейного расширения. Закрепление волноводов к мачте в
нескольких точках при изменении температуры приведет к деформации
волновода. Вертикальные волноводы для устранения поперечных колебаний
снабжаются проходными муфтами, устанавливаемыми через (5-7) м.
Промежуточное крепление волноводов осуществляется через (15-20) м
посредством пружинных подвесов. Биметаллические волноводы позволяют
производить жесткое крепление по всей длине без пружинных подвесов.
Наличие влаги в волноводе увеличивает его затухание. Во избежание
этого наружные волноводы герметизируют и содержат под избыточным
давлением (0,2-0,5)*103 Па осушенного воздуха. Для герметизации в нижней
и верхней частях волноводов устанавливают герметизирующие вставки.
Герметизирующие вставки выполняются в виде волноводных разъемов с
двумя тонкими диэлектрическими пленками, установленными поперек
волновода.
Пример 1. Выбрать сечение прямоугольного волновода для работы с
волной типа Н10 на частоте 10ГГц.
Решение
Длина волны в свободном пространстве:
  c / f  3  108 / 10  109  0,03 M
Внутренний размер широкой стенки волновода:
29
a=(0,525-0,95)=0,7*3=2,1см.
Внутренний размер узкой стенки волновода:
b=(0,3-0,5)a=0,5*2,1=1см.
Выбираем сечение волновода 10х21мм2.
обеспечивает возможность работы в диапазоне волн:
Данный
волновод
=а/(0,525-0,95)=2,1/(0,525-0,95)=(2,2-4) см,
что соответствует частотам (7,5-13,6) ГГц.
Пример 2. Для работы в диапазоне частот (5,6-6,2) ГГц выбрать
размеры сечения прямоугольного волновода и определить затухание в нем.
Волновод выполнен из меди  =5,8*107См/м.
Решение: Рабочему диапазону соответствуют длины волн:
   c / f max  3  108 / 6,2  109  0,0485
   c / f min  3  108 / 5,6  109  0,0536
При выборе широкой стенки волновода будем исходить из условия
0,95   a  0,525 
0,95   0,95  4,85  4,6C  46 MM
0,525   0,525  5,36  2,82 C  28,2 
Для получения минимального затухания выберем максимально
допустимую ширину волновода, равную 40мм, сечение волновода 40х20мм2.
В исключительных случаях можно использовать волновод с а=0,99кор=48мм
и сечением 48х24мм2.
Затухание в волноводе на частоте 5,6 ГГц
 
0,793(1  2
b 
b  2
(
) )
a 2a
1 (

2a
)
=
2
30

20  10 3
20  103 5,36  102 2
0,793(1  2
(
) )
40  10 3 2  40  10 3
 0,059 дБ/м
5,8  107  5,36  10 2 1  (5,36  10 2 / 2  40  10 3 ) 2
Пример 3. Для работы в диапазоне частот (3,4-3,9) ГГц выбрать
диаметр круглого волновода и определить затухание в нем. Материал
волновода латунь Л-96  =4,07См/м.
Решение
   c / f max  3  108 / 3,9  109  0,077 
   c / f min  3  108 / 3,4  109  0,088
Диаметр волновода, допускающий распространение кроме волны Н11
еще и волны Е01, определяется условием:
0,765дл<D<0,925кор
0,765дл=0,765*8,8=6,7см=67мм
0,925кор=0,975*7,7=7,1см=71мм
Стремясь получить наименьшее затухание и допуская возможность
распространения волны Е01, из условия 68<D<71 выберем D=2r=70мм.
Затухание волны Н11 на минимальной частоте диапазона 3,4ГГц
 
0,793
r 
1  0,087(  / r )
2
 0,087( / r )
0,793
30  10
3
4,07  10  8,8  10
7
2
2
=
 0,43
0,087(88 / 35  0,43 = 0,011дБ/м
2
1  0,087(88 / 35)
2
Содержание отчета:
1. Цель занятия.
2. Основные соотношения.
3. Результаты выполнения индивидуального задания.
4. Выводы по результатам выполнения индивидуального задания.
31
Контрольные вопросы:
1. Каковы требования, предъявляемые к волноводным линиям
передачи энергии.
2. Каковы условия распространения волны в волноводе?
3. Какие Вы знаете типы волн в волноводе?
4. Как определить сечение прямоугольного волновода при заданной
длине волны?
5. От чего зависит затухание волны в волноводе?
6. Чему равна наибольшая допустимая длина волны передаваемых
сигналов?
32
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКСИМАЛЬНО ПРИМЕНЯЕМОЙ ЧАСТОТЫ
(МПЧ) ПО ДАННЫМ ИОНОСФЕРНОГО ПРОГНОЗА
Цель занятия: определить МПЧ по данным ионосферного прогноза.
1. Краткие сведения по теме
Наибольшую частоту, при которой радиоволны отражаются от
ионизированного слоя при вертикальном падении на него, называют
критической. Критическая частота fкр и электронная концентрация слоя
связаны уравнениями:
f kp  80,8  N max
N max  0,0124 f kp2
где: fкр - критическая частота, Гц;
Nmax - максимальное число свободных электронов в одном
кубическом метре.
Угол возвышения (излучения) , угол падения волны на отражающий
слой Δ и действующее значение высоты отражающего слоя Нс связаны
соотношением:
sin   cos  / (1  Hc / R )
Значения оптимальных углов излучения в зависимости от высоты
отражающего слоя и протяженности трассы приведены на рис.5.1.
Рисунок 5.1 – Оптимальные углы излучения (возвышения):
1 – с одним скачком; 2 – с двумя скачками.
33
Центральный угол дуги большого круга:
  2( 900     ) .
Протяженность трассы и центральный угол связаны уравнением:
r  6370  111 o ,
где: r - расстояние, км;
 - центральный угол, рад.
При заданных рабочей частоте, критической частоте слоя и его
действующей высоте существует критический угол падения волны на слой.
Волны, падающие под углами меньше критического, проходят слой и не
отражаются. Расстояние по земной поверхности, соответствующее приему
волны, падающей на слой под критическим углом, определяет внешний
радиус зоны молчания.
Критический угол падения можно определить по формуле:
cos kp  f kp / f p .
В зоне молчания нет волн, отраженных от слоев, но могут быть
обнаружены слабые поля, вызванные рассеянием на неоднородностях
ионосферы.
Устойчивость радиосвязи при работе на высоких частотах
определяется выбором рабочих частот. Желательно работать на более
высоких частотах, так как с увеличением частоты уменьшается поглощение в
слоях D и Е. Максимальная частота, отражающаяся от ионосферы при
заданном угле падения, т.е. для данной длины трассы, называется
максимально применяемой частотой (МПЧ). Работа на МПЧ может оказаться
неустойчивой из-за изменения параметров ионосферы во времени. Учитывая
это, оптимальные рабочие частоты (ОРЧ) выбирают на 15% ниже МПЧ:
fорч=0.85fмпч .
2. Определение МПЧ по прогнозам распространения радиоволн
При определении МПЧ рекомендуется учитывать все слои ионосферы
(Е, F1, F2) и выбирать наибольшую из полученных. На трассах
протяженностью до 2000 км наибольшая МПЧ часто определяется
отражением от слоя Е, на трассах (2000-3000) км – отражениями от слоя F1 и
на трассах большей протяженности – отражениями от слоя F2 .
Для расчета МПЧ при отражении от слоя F2 необходимо иметь карту
мира (рис.5.2), ионосферную карту прогноза МПЧ (рис.5.3 и 5.4) и карту дуг
34
большого круга (рис.5.5), выполненные в одном масштабе. Ионосферные
карты для слоя F2 представляют собой контурные карты с нанесенными на
них линиями равных значений МПЧ. Одна группа ионосферных карт
содержит значения критических частот, отмеченные индексом F2 – 0 – МПЧ
(рис.5.3). Вторая группа ионосферных карт содержит значения МПЧ для
односкачковых трасс протяженностью 4000 км и обозначены индексом F2 –
4000 – МПЧ (рис. 5.4). Для определения МПЧ при отражении от слоя
частоты F2 выбирают соответствующие заданному моменту времени и
придерживаются следующей последовательности. На карту мира (рис.5.2)
накладывают кальку и на нее наносят линию экватора, часть координатной
сетки, точками отмечают пункты приема и передачи. Затем кальку
накладывают на карту дуг большого круга, совмещают линии экваторов и,
смещая кальку вправо или влево, добиваются положения, когда точки
пунктов приема и передачи окажутся
на одной дуге большого круга
(сплошной линии) или на равных расстояниях по одну сторону от нее.
Соединяют точки приема и передачи на кальке по дуге большого круга. Дуги
большого круга пересекаются пунктирными линиями масштабной сетки.
Расстояние между двумя соседними пунктирными линиями равно 500 км.
Если протяженность трассы меньше 3500 км зимой и 4000 км летом,
считают, что распространение происходит одним скачком и точка отражения
лежит на середине трассы по дуге большого круга.
Трассы большей
протяженности разбивают на несколько скачков и в середине каждого
отмечают точки отражения. Кальку с нанесенной трассой и точкой
отражения накладывают на карту прогноза с индексом F2 – 0 – МПЧ,
совмещают координатные сетки. По ближайшей к точке отражения линии
одинаковых значений определяют МПЧ0 (критическую частоту в точке
отражения).
Аналогично по ионосферной карте прогноза с индексом F2 – 4000 –
МПЧ определяют МПЧ4000 (соответствующую трассе протяженностью
4000). Искомое значение МПЧ для конкретной трассы по ее протяженности
находят по номограмме (рис. 5.6).
Отсутствие долготного эффекта для слоев Е и F1 позволяет определять
МПЧ при отражении от слоев Е и F1 по одной карте ионосферного прогноза,
построенной для заданной области широт (рис. 5.7).
Местное время в точке отражения определяется разностью между
долготой точки отражения и долготой меридиана Московского декретного
времени (450 В), если учесть, что изменение на 150 по долготе соответствует
изменению на 1ч по времени.
На трассах более 4000км волны испытывают несколько отражений от
ионосферы и поверхности Земли. Число отражений от ионосферы на трассе
определяется округлением до ближайшего числа значения, полученного по
формуле:
N = r/(3500-4000),
где: N-число отражений от ионосферы;
r - протяженность трассы, км.
35
Примеры выполнения задания.
Пример 1.
Электронная концентрация слоя в точке отражения 0.5*10 6 эл/см3,
рабочая частота 8 Мгц, высота отражающего слоя 300 км. Определить:
критическую частоту слоя, критический угол падения, угол излучения
соответствующий критическому углу падения, внешний радиус зоны
молчания.
Решение
Электронной концентрации 0.5*106 эл/см3 соответствует концентрация
0.5*1012 эл/м3.
f kp  80.8  N max  80.8  0.5  1012  6.35  106 Гц = 6.35МГц
cos  = f kp / f max  6.35 / 8  0.792
  37 o 40

H 
300 

cos   sin   1  c   sin 37 o 40 1 
  0.64

R3 
6370 

  50o10

 

  2 90o      2 90o  37 o 40  50o10  4o 20  412
. o
r  6370  111   o  111  412
.  456к м
Пример 2.
Координаты пункта передачи 40 град. северной широты и 50 град.
восточной долготы, пункта приёма 20 град. северной широты и 80 град.
восточной долготы. Определить МПЧ и ОРЧ для января 8 час. Московского
декретного времени.
Решение
Определим МПЧ положение для слоя F2. Накладываем кальку на карту
мира (см. рис. 5.2) и наносим на её линию экватор, часть координатной сетки,
пункты передачи и приёма. Переносим кальку на карту дуг большого круга
(см. рис. 5.5), совмещаем линии экваторов и перемещаем кальку вправо и
влево вдоль линии экватора. Подбираем такое положение, при котором
точки, соответствующие передающей и приемной станциям, попали бы на
одну и ту же дугу большого круга или заняли бы одинаковое промежуточное
положение между двумя соседними дугами. Между точками передающей и
приемной станций прочертим дугу большого радиуса и нанесём на неё
штрихами масштабную сетку. Число масштабных отрезков в нашем случае 6,
следовательно, протяженность трасы 6х500=3000 км. На середине трассы
отметим точку отражения. Её координаты 300 С широты и 700 В долготы.
Переносим кальку на карту прогноза критических частот слоя F2 с индексом
F2-О-МПЧ на январь 8 час. Московского декретного времени (см. рис. 5.3),
совмещаем координаты сетки и по ближайшей к точке отражения линии
одинаковых значений определяем МПЧо=7 МГц (см. рис. 5.8б). Переносим
кальку на карту прогноза с индексом F2-4000-МПЧ на январь 8 час.
36
Московского декретного времени (см. рис. 5.4), совмещаем координатные
сетки и определяем для точки отражения МПЧ4000, равную 32 МГц
(рис. 5.8в). На монограмме рис. 5.6 от шкалы О-МПЧ с отметкой 7 МГц
проводим линию до отметки 32 МГц
на шкале 4000-МПЧ. Точка
пересечения данной линии с линией расстояний 3000 км определит искомую
МПЧ, равную 28 Мгц, соответствующую отражению от слоя F2.
Расстояние между долготой точки отражения и долготой меридиана
Московского декретного времени 700 – 450=250 . Изменению долготы на 250
соответствует изменение времени 25:15=1,66 или 1,5 ч. В 8 час. Московского
времени местное время в точке отражения будет 10 час.
По карте прогноза МПЧ на январь при отражении от слоя F1 для
трассы МПЧ и в местном времени в точке отражения 10 час., находим F13000- МПЧ, равную 16 МГц.
Для слоя Е МПЧ отсутствует, следовательно, максимальная МПЧ на
трассе равна 28 МГц.
Оптимальная рабочая частота:
fраб = 0,85fмпч =0,85·28= 23,8 МГц.
Ниже приведены необходимые карты для определения МПЧ.
Рисунок 5.2 – Карта мира
37
Рисунок 5.3 – Карта прогноза МПЧ
Рисунок 5.4 – Карта прогноза МПЧ
38
Рис.5.5- Карта дуг большого круга
Рис.5.6- Номограмма для определения МПЧ на трассах протяженностью 0 – 4000 км.
39
Рис.5.7- Карта прогноза МПЧ слоев F1 и E.
Рис.5.8 - Калька для определения МПЧ примера.
40
Содержание отчета:
1. Цель занятия.
2. Основные соотношения, расчёты и результаты выполнения
индивидуального задания.
3. Выводы по результатам выполнения индивидуального задания.
Контрольные вопросы:
1. Дать определение МПЧ.
2. Дать определение ОРЧ.
3. Объясните связь между углами: центральным ; возвышения ;
падения на отражающий слой .
4. Дать определение fkp.
5. Поясните методы исследования ионосферы.
41
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ВИДИМОСТИ ИНТЕРВАЛА
ТРАССЫ ПУТЕМ ВЫЧИСЛЕНИЙ
Цель занятия: рассчитать геометрическую видимость трассы
радиолиний УКВ диапазона.
1. Краткие сведения по теме
Радиоволны УКВ диапазона распространяются прямолинейно или с
некоторым отклонением (огибанием земной поверхности) от прямой,
соединяющей антенны приемопередающих станций. Следовательно, все
препятствия, встречающиеся на пути распространения радиоволн УКВ
диапазона, являются экранами, которые снижают или вообще преграждают
их прохождение. По условиям отражения радиоволн участки трассы могут
быть гладкие, зеркальные, например, поверхность водоема, или шероховатые
– пересеченная местность. Зеркальные участки создают условия
направленного отражения радиоволн, шероховатые – рассеянного.
В зависимости от условий местности и высоты антенн, трассы могут
быть открытые, полуоткрытые и закрытые.
Открытой трассой принято называть трассу, у которой прямая линия,
соединяющая центры передающей и приемной антенны (линия прямой
видимости), проходит выше всех точек местности (рельефа, леса, строений).
Закрытая трасса имеет формы рельефа и местные предметы такой
высоты, которые значительно возвышаются над линией прямой видимости.
Важной характеристикой трассы является величина ее просвета или
закрытия.
Просветом трассы (клиренсом) называется пространство по высоте
между высшими точками земной поверхности и линией прямой видимости.
Величиной закрытия называется высота препятствия (экрана) на трассе
выше линии прямой видимости.
Дальность прямой (геометрической) видимости на участке трассы УКВ
линии связи зависит не только от расположенных на ней возвышенностей и
местных предметов, но и шарообразности земной поверхности.
Следовательно, при определении геометрической видимости с целью
использования радиотехнических средств УКВ диапазона, необходимо
учитывать влияние следующих факторов:
- влияние кривизны (шарообразности) земной поверхности;
- влияние атмосферной рефракции;
- экранирующее действие рельефа и местных предметов.
42
2. Определение геометрической видимости интервала трассы путем
вычислений
Аналитический способ определения геометрической видимости имеет
то преимущество, что он освобождает от графических построений, не
требует приведения высот и расстояний к определённому масштабу и даёт
возможность получать истинную величину закрытия (+ΔН) или просвета
(-ΔН) в метрах. Решение может быть выполнено по формуле (1) точно, или
(2) приближенно. Решение всегда выполняется от точки с меньшей высотой к
точке с большей высотой без учёта антенн, так как полученная величина
закрытия подскажет, какой высоты антенны следует применять на
исследуемом интервале.
На рис. 6.1 приняты следующие обозначения:
MN - уровневая поверхность;
h - поправка на кривизну Земли;
h1 - понижение горизонта относительно середины интервала;
Н1 - точка с меньшей высотой;
Н2 - с большей;
k
H 2  H1
- коэффициент, характеризующий наклон линии 1-2.
D
При Н1= Н2, k=0. Если Н2- Н1 <5м, можно считать k=0.
D - длина интервала;
d - расстояние от точки 1 до промежуточной точки (препятствия);
kd - превышение вследствие наклона линии 1-2;
Нпр - высота промежуточных точек с учетом высоты местных
предметов.
По рис. 6.1 запишем:
H  H пр  H 1 
H 2  H1
D2
d 
 0,08d12 .
D
50
В полученном выражении для исследуемого интервала постоянными
величинами являются: Н1, h и k, а также разность (Н1-h). Величины h и h1
рассчитываются соответственно по формулам без учета рефракции:
h( м) 
D 2 (км )
;
50
h1 ( м)  0,08d12 (км) ;
и с учетом рефракции:
h( м) 
D 2 (км )
;
68
h1 ( м)  0,06d12 (км) ;
43
тогда H  H пр  ( Н1  h)  kd  h1.
(1)
Подставив численные значения величин, для рис. 6.1 получим:
112  52
H 1  58  (52  32)  (
 5)  18  12,5 м ;
(закрытие)
40
H2  32  20  1,5 15  2  12,5 м ;
(просвет)
H3  70  20  1,5  20  0  20,0 м ;
(закрытие)
H4  58  20  1,5  30  8  15,0 м ;
(просвет)
H5  108  20  1,5  35  18  17,5 м .
(закрытие)
Определение геометрической видимости данным способом даёт самые
точные результаты. Для выполнения арифметических действий могут быть
применены линейки с подписанными поправками h и h1, калькуляторы и
 H
другая вычислительная техника. Полученная величина
подписывается на карте у соответствующей точки на интервале.
Приближенное решение может быть выполнено по формуле:
H1  H 2
D2
 Z  H пр 
2
50
(2)
где Z - высота антенн, если высота антенн разная, то нужно брать
Z1  Z 2
.
2
Геометрическая видимость будет в том случае, если левая часть
неравенства больше правой.
Решим примеры, рассмотренные в предыдущем способе и показанные
на чертеже:
H1 
52  112
 58  402 / 50;
2
82 < 90
(закрытие 8м)
ΔH2=82>32+32;
82 > 64
(просвет 18м)
ΔH3=82<70+32;
82 < 102
(закрытие 20м)
ΔH4=82<58+32;
82 < 90
(закрытие 8м)
ΔH5=82<108+32;
82 < 140
(закрытие 58м)
44
Рисунок 6.1 – Определение геометрической видимости путем вычислений
Сравнивая полученные результаты, не трудно убедиться, что
приближенная формула дает справедливые результаты только для середины
интервала и тех точек, которые расположены недалеко от нее. Разные
результаты получаются потому, что в решении по сокращенной формуле не
учитываются превышения вследствие разности высот точек установки
антенн и понижение горизонта промежуточных точек относительно
середины интервала.
Для построения профиля интервала трассы необходимо:
 соединить на карте прямой линией точки, между которыми
строится профиль, и определить ее длину;
 определить по горизонталям абсолютные высоты крайних и
промежуточных точек и подписать их на карте, в качестве
промежуточных точек выбираются характерные, самые высокие
и самые низкие точки по трассе (точки перегиба);
 выбрать наиболее целесообразные масштабы построения
профиля, горизонтальный масштаб зависит от длины интервала
трассы, вертикальный – от величины разности высот точек по
трассе.
На практике чаще всего применяются масштабы 1:100 000 и 1:1000 или
1:200 000 и 1:2000. Профиль может быть построен на миллиметровой бумаге
или специально заготовленном бланке.
45
Содержание отчёта:
1. Цель занятия.
2. Основные соотношения, расчёты и результаты выполнения
индивидуального задания.
3. Выводы по результатам выполнения индивидуального задания.
Контрольные вопросы:
1
2
3
4
5
Какие бывают трассы по характеру местности?
Какие факторы определяют геометрическую видимость трассы?
Назовите условие геометрической видимости трассы.
Каков порядок построения профиля интервала трассы?
Каково влияние рефракции на просвет трассы?
46
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КООРДИНАТ ПЕЛЕНГУЕМЫХ ОБЪЕКТОВ
Цель занятия: определить координаты пеленгуемых излучаемых
информационных систем путем прокладки пеленгов.
1. Краткие сведения по теме
В современных условиях для определения местоположения
излучаемых информационных систем и целей навигации широко
используется радиопеленгование.
Радиопеленгованием называется процесс определения направления на
передающую (излучающую) информационную систему.
Принцип определения координат на излучающую информационную
систему имеет много общего с методами определения координат точек,
принятых в топографии и геодезии. Разница состоит лишь только в том, что в
топографии углы измеряются с помощью высокоточных углоизмерительных
приборов, а в радиопеленговании с помощью менее точных
радиопеленгаторов.
 между северным
РАДИОПЕЛЕНГОМ называется угол
направлением истинного меридиана и направлением на определенную
излучающую информационную систему. Угол  возрастает по ходу часовой
стрелки и может быть от 00 до 3600. Операторы подвижных
радиопеленгаторов, как правило,
определяют пеленги относительно
магнитного меридиана, т.е. магнитный пеленг.
Различие между истинным, магнитным пеленгами и дирекционными
углами, определяется величиной углов магнитного склонения и сближения
меридианов, которые бывают различными как по величине, так и по знаку.
Они обычно учитываются в группе обработки.
Для определения местоположения излучающей информационной
системы необходимо иметь, по крайней мере, два радиопеленгатора,
расположенных на определенном расстоянии друг от друга. Это расстояние
называется ГОНИОБАЗОЙ или просто базой, длина которой зависит от
глубины
пеленгования.
Она
должна
обеспечивать
пересечение
продолженных линий (пеленгов) на карте под углом не менее 30 0 и не более
1500. Наиболее благоприятными базами являются варианты баз, когда
пеленги на карте пересекаются под углом (60-90)0. С увеличением числа
пеленгаторов точность определения местоположения излучающих
информационных систем возрастает.
Сущность
определения
местоположения
излучающих
информационных систем путем пеленгования сводится к следующему:
- на местности в точках А, В, С располагают пеленгаторы;
- определяют пеленги в направлении излучающей информационной
системы;
47
- наносятся на карту положение пеленгаторов А, В, С;
- относительно истинных меридианов, проходящие через нанесенные
точки, откладывают углы-пеленги.
Работа по нанесению на карту направлений на излучающую
информационную систему и определение наиболее вероятного ее
местоположения называется прокладкой пеленгов. Точка пересечения
продолжений линий на карте есть точка расположения излучающей системы.
Практически прочерченные направления на карте пересекаются не в одной
точке, а образуют некоторый треугольник (многоугольник), который
называется треугольником (многоугольником) погрешностей или ошибок.
Величина многоугольника ошибок служит критерием точности
пеленгования. Истинное положение определяемой излучающей системы
может быть как внутри, так и вне многоугольника. В первом приближении
искомая точка находится в центре полученного многоугольника.
Точность определения местоположения пеленгуемой излучающей
системы зависит от многих причин, в частности:
- от точности определения точки стояния радио пеленгаторов на
карте;
- точности измерения пеленгов;
- точности прокладки их на карте;
- точности карт.
2.Ошибки вследствие неточности определения точки стояния
пеленгатора на карте
Пусть пеленгатор нанесен на карту с некоторой погрешностью AA 1,
тогда на карте будет проложено направление, параллельное истинному, с
линейной погрешностью, не превышающей отрезок AA1 (рис. 7.2). Из
чертежа видно, что максимальная величина ошибки будет при условии, когда
радиопеленгатор нанесен на карту в точке с ошибкой, направленной под
прямым углом к направлению пеленгования (точки A1 и A4). Ошибки
никакого влияния не окажут, если пеленгатор будет нанесен в створе
пеленгования в точках А2 - А3 . Ошибки вследствие неточности определения
местоположения пеленгаторов на карте сравнительно невелики и
существенного влияния на точность пеленгования не оказывают, поэтому
местоположение подвижных радиопеленгаторов определяется на карте
глазомерно, а стационарных - инструментально.
3. Угловые ошибки в определении пеленга
Если пеленг определен с ошибкой , то положение излучающей
системы по данному направлению будет определено с ошибкой S (рис. 7.3).
Степень влияния ошибок пеленга на точность пеленгования по одному
направлению показана в таблице 7.1.
48
Ошибки вследствие неточности прокладки пеленга на карте.
Таблица 7.1.
Расстояние, км.
Ошибка
пеленга,
град
1
100
200
300
400
500
1000
Ошибка пеленга, м.
1
17,5
1745
3481
5236
6982
8727
17455
2
34,9
3492
6984
10476
13968
17460
34921
3
52,5
5241
10482
15722
20963
26204
52408
Угловые ошибки, допущенные при прокладке пеленгов на карте, по
абсолютной величине влияют так же существенно, как и ошибки,
допускаемые при определении пеленгов. Эти ошибки возрастают с
увеличением дальности и зависят от точности построения (откладывания)
пеленга на карте и точности картографического материала.
Таким образом, точность определения координат пеленгуемых станций
зависит:
- от ошибок самих пеленгаторов;
- от неточности ориентирования антенн и прокладки пеленгов по карте;
- от ошибок координат точек расположения пеленгаторов;
- от ошибок картографического материала.
Суммарная среднеквадратическая величина линейного отклонения (m)
по одному направлению может быть определена по следующей формуле:
m
21  22  23  ...  2n
.
n
Предположим, что пеленгование осуществляется на глубину 100 км.,
при этом:
— угловые ошибки пеленгатора — 2 дают отклонение 3.5 км;
— точность определения координат  50 м;
— ошибка ориентирования — 0.5 дает линейное отклонение 0.9 км.;
— пеленг проложен с точностью 1, что соответствует 1.7 км.;
— картографический материал обеспечивает точность 0.5 или 0.9 км.
Тогда среднеквадратическая ошибка линейного отклонения одного
направления равна:
49
3.52  0.052  0.92  1.7 2  0.92 4.08
m

 1.9км
5
2.2
Вероятное значение площади S, в пределах которой располагается
излучающая система, пеленгуемая двумя пеленгаторами определяется по
формуле:
S
d1  d2   1   2
3283  sin C
где: d1, d2 — расстояние от пеленгаторов до пеленгуемой излучающей
системы;
1, 2 — ошибки пеленгования;
С — угол, образованный пересечением пеленгов.
4. Содержание топографического обеспечения наземного
пеленгования
Топографическое обеспечение радиопеленгования включает:
— выбор места по карте для установки радиопеленгаторов и маршрутов
для их перемещения;
— привязку пеленгаторов (по карте или аналитическим путём);
— ориентирование пеленгаторов;
—подбор картографического материала и прокладку пеленгов по карте.
5. Выбор места по карте для установки пеленгатора
Практика использования пеленгаторов показывает, что тщательный
выбор места для развертывания имеет решающие значение.
Окружающие местные предметы, почва, всякого рода переизлучатели,
индустриальные помехи могут повлиять настолько существенно на работу
пеленгатора, что практическая ценность даже весьма точных пеленгаторов
теряется.
Требования к месту установки пеленгатора зависят от типа
применяемого пеленгатора и его рабочего диапазона частот.
Для развертывания большинства подвижных радиопеленгаторов
выбирается открытая ровная площадка радиусом 200-300м. В радиусе до
100м от места установки антенны не должно быть складок местности более
0.5м, местность должна быть однородная в электрическом отношении,
свободная от наземных и подземных переизлучателей в виде металлических
предметов, построек, железных дорог, линий электропередач и связи.
Допустимое расстояние D между пеленгатором и местными предметами,
мешающими пеленгованию, зависит от высоты предметов H и определяется
ориентировочно следующим соотношением:
D50H
50
Последовательность и содержание работы при выборе по карте
площадок для развертывания пеленгаторов сводятся к определению общего
характера местности в районе, намеченном для расположения пеленгаторной
группы и в наиболее ответственных секторах ее работы. При этом очень
тщательно изучаются рельеф и те местные предметы, которые могут
повлиять на работу пеленгаторов.
Для расположения пеленгаторов необходимо выбирать возвышенности с
небольшой абсолютной высотой и пологими скатами, которые несколько
господствуют над окружающей местностью. При изучении рельефа за
пределами площадки следует пометить на карте господствующие высоты,
обратив особое внимание на те, которые расположены в ответственном
секторе и господствуют над окружающей местностью.
Изучение по карте местных предметов сводится к выявлению таких,
которые могут служить экранами для радиоволн и создавать помехи.
Изучая растительный покров, следует определить наличие лесных
массивов, крупных сырых лесисто-болотистых участков и озер. По
топографической карте выбирают также ориентиры, по которым могут быть
определены координаты точки стояния пеленгатора.
После выбора районов и площадок для развертывания пеленгаторов
приступают к выбору маршрутов по карте.
6. Ориентирование радиопеленгаторов
Работа, связанная с определением и закреплением на местности
направления магнитного, истинного меридиана или вертикальной линии
координатной сетки карты, а также соответствующие размещения антенной
системы
относительно
полученного
направления,
называется
ориентированием пеленгаторов.
Ориентировать радиопеленгатор - значит определить такое
расположение антенной системы по отношению к северному направлению
истинного меридиана, при котором пеленгуемая радиостанция, находящаяся
в северном направлении от пеленгатора, имела бы пеленг 00.
Процесс ориентирования пеленгатора включает:
— определение на местности направления истинного магнитного
меридиана или вертикальной линии координатной сетки, т.е. того
направления, относительно которого будет измеряться пеленг;
— закрепление полученного направления на площадке колышками;
— разбивку площадки, т.е. определение центра антенной системы и всех
точек установки мачт со строгим соблюдением геометрической симметрии ее
элементов (для пеленгаторов с мачтами, устанавливаемыми на земле).
Пеленгатор может быть ориентирован следующими способами:
— по направлению магнитного или истинного меридиана;
— по карте или ориентирами, координаты которых известны;
— по Солнцу или Полярной звезде;
— по направлению на радиостанцию, координаты которой известны.
51
Разбивка площадки начинается после ее частичной или полной
рекогносцировки с целью выявления пригодности для установки
пеленгатора.
Методика разбивки площадки и ее размеры зависят от конструктивной
особенности антенной системы пеленгатора. Для непосредственной
установки антенн некоторых пеленгаторов требуется ровная площадка
диаметром 12 - 15 м., свободная от кустов, кочек, камней и других
предметов. В центре ее забивают колышек, над которым устанавливают
буссоль (теодолит), и одним из способов определяют и закрепляют на
местности направление магнитного (истинного) меридиана. В последующем
центр аппаратной машины должен быть совмещен с центральным колышком
площадки, а ее ось - с направлением меридиана.
С помощью буссоли и мерного тросика, начиная от северного
направления магнитного меридиана, отмечают по окружности точки
установки мачт антенной системы.
Для обеспечения одинаковой высоты всех мачт антенной системы
проводится простая нивелировка точек их установки, которая выполняется
одновременно с разбивкой площадки.
В этом случае необходимо
нивелировать буссоль так, чтобы пузырек ее уровня был в центре малой
окружности. Далее в точке установки первой мачты ставят рейку высотой
примерно 1,5 метра и отмечают на ней карандашом проектируемое
перекрестие поля зрения монокуляра. Визируя на последующие точки
установки мачт, не трогая барабан вертикальной наводки буссолей, по
команде наблюдателя поднимают или опускают рейку и добиваются
совмещения линий на рейке с перекрестием поля зрения. Основание рейки в
этом случае покажет, на какой высоте должно быть основание мачты.
Допустимая разность высот мачт не должна превышать 3 - 4см.
7. Подготовка картографического материала для прокладки
радиопеленгаторов
Для целей пеленгования применяются следующие топографические и
географические карты:
— для выбора и оценки площадок и районов размещения пеленгаторов:
1:25000 — 1:50000;
—при перемещении пеленгаторов в новые районы: 1:100000 — 1:200000
и карты автомобильных дорог;
— для прокладки пеленгов и определения координат пеленгуемых
источников:
1:500000
—
1:1000000,
обзорно
топографические,
географические карты. Картографический материал должен позволять
безошибочно и с небольшой затратой времени наносить на карту места
расположения пеленгаторов и определять координаты пеленгуемых
источников.
Вид и точность картографического материала зависят от глубины
пеленгования и инструментальной точности применяемых пеленгаторов.
52
Главным критерием пригодности картографического материала является
его точность и возможность простой прокладки ортодромических линий, т.е.
обеспечивать такую точность, чтобы проложенный на ней пеленг на всем
протяжении не отклонялся от его истинного следа местности на величину
превышающую инструментальную ошибку пеленгатора. В противном случае
теряется практическая ценность пеленгования.
Прежде чем приступить к прокладке пеленгов на карте, необходимо
ознакомиться с видом координатной или географической сетки, проекцией
карт; точностью нанесения положения пеленгаторов по их координатам.
Наиболее тщательно проводится анализ картографического материала с
целью выявления его пригодности для прокладки пеленгов на
топографических картах, расположенных в различных координатных зонах.
Для этой цели необходимо из точки стояния одного пеленгатора в
ответственном секторе пеленгования проложить произвольный пеленг в виде
прямой линии.
8. Аналитический способ определения координат пеленгуемых
радиосредств
Аналитический способ обработки результатов пеленгования дает
хорошие результаты, так как при вычислениях исключаются погрешности,
которые сопутствуют графическим способам. Независимо от способа
обработки и вида применяемой вычислительной техники, задача может быть
решена на плоскости, в системе прямоугольных координат, сфере или
эллипсоиде в системе географических координат по формулам сферической
тригонометрии. Во всех случаях точность пеленгуемых станций зависит от
точности исходных данных.
Рассмотрим наиболее простые выражения, которые могут быть
использованы для определения координат пеленгуемых источников.
Решение на плоскости в прямоугольной системе координат.
Дано: Пеленгаторы 1, 2 с координатами X1, Y1 и X2, Y2. Пеленги  1 и
 2, приведенные к дирекционным углам.
Определить: координаты X3, Y3.
Решение. По координатам точек 1, 2 определяем
  1  1 ;
Координаты
выражений:
1 и 1 :
   2  1 .
излучающей системы определяются
X 1 ctg  X 1 ctg  Y2  Y1
,
ctg  ctg
Y ctg  Y1ctg  X 2  X 1
Y3  2
.
ctg  ctg
X3 
53
путем решения
С
1
Ю
С
2
Ю
А2
В2
С
В4
А1
3
В1
А4
В3
Ю
Рисунок 7.1 – Определение местоположения
радиостанции по пеленгам
А3
Рисунок 7.2 – Влияние ошибок вследствие
неточности
определения
точки
стояния
пеленгатора
3
X3 Y3
С
ΔS

ΔΘ
1
Ю
α
1
X1 Y1
Рисунок 7.3 – Влияние ошибок (угловых) на
точность пеленгования
2
α1
β
β1
2
X2 Y2
Рисунок 7.4 – Определение прямоугольных
координат пеленгуемых источников
Содержание отчёта:
1. Краткие сведения по теме.
2. Основные соотношения, расчёты и результаты выполнения
индивидуального задания.
3. Выводы по результатам выполнения индивидуального задания.
Контрольные вопросы:
1. Что такое радиопеленг?
2. Назовите способы определения пеленга.
3. Назовите ошибки пеленгования и способы их уменьшения.
4. Каковы требования к местности при выборе места размещения
пеленгатора?
5. Какие особенности распространения радиоволн УКВ диапазона?
54
Список литературы
1. Чернышов В.П. Распространение радиоволн и антенно-фидерные
устройства. Задачи и упражнения. - М.: Радио и связь, 1982 - 144 с.
2. Карл Ротхаммель. Антенны. Том 1. - Мн: ОМО «Наш город», 2001 416 с.
3. Сиваков А.М. Военная топография для связистов. – М.: Воениздат,
1974 – 172 с.
4. Калашников А.М., Степук Я.В. Колебательные системы. - М.:
Воениздат, 1972 - 376 с.
5. Грудинская Г.П. Распространение радиоволн. - М.: Высшая школа,
1975 - 280 с.
6. Справочник конструктора РЭА. Компоненты, механизмы,
надежность. Под ред. Р.Г. Варламова.- М.: Радио и связь, 1985 - 384 с.
7. Распространение радиоволн и антенны войсковых радиостанций.
Методическое пособие. Под ред. П.В.Стефаненко.- Д.: Военная кафедра
ДонНТУ, 1998 – 36 с.
8. Электродинамика информационных систем. Методические указания
к лабораторным работам. – Д.: ДонНТУ, 2005 – 47 с.
55
Приложение 1 [1-3, 6, 7]
Рисунок 1 – Номограмма для расчета волнового сопротивления коаксиальной линии
56
Рисунок 2 – Волновое сопротивление двухпроводной линии с воздушной изоляцией
57
Рисунок 3 – Волновое сопротивление коаксиальной линии с воздушной изоляцией
58
Рисунок 4 – Волновое сопротивление экранированной двухпроводной линии с воздушной изоляцией
59
Рисунок 5 – Оптимальные углы излучения (возвышения):
1 – с одним скачком; 2 – с двумя скачками
60
Рисунок 6 – Карта мира
61
Рисунок 7 – Карта прогноза МПЧ
62
Рисунок 8 – Карта прогноза МПЧ
63
Рисунок 9 – Карта дуг большого круга
64
Рисунок 10 – Номограмма для определения МПЧ на трассах протяженностью 0 - 4000 км
65
Местное время в точке отражения
Рисунок 11 – Карта прогноза МПЧ слоев F1 и Е
66
.
Рис.12- Калька для определения МПЧ примера
67
Рисунок 13 – Определение геометрической видимости путем вычислений
68
Методические указания
к лабораторным работам по учебным
дисциплинам «Электродинамика информационных систем», «Техническая
электродинамика»
(для студентов направлений подготовки 6.050901
«Радиотехника», 6.050903 «Телекоммуникации», 6.170102 «Системы
технической защиты информации»).
Составители:
Паслён Владимир Владимирович, к.т.н., доцент
Ямилов Валерий Камилович, ст. преподаватель
Нестругина Елена Сергеевна, ассистент
Формат 60х84 1/16, 1 м. печать листов – 69 Тираж –
83000, г. Донецк, ул. Артема, 58, ДонНТУ
69