Каналы передачи и линии связи. Тема № 4. Радиолинии. Занятие № 4.4

Цели занятия:
Знать принцип возникновения электромагнитной волны.
Знать основы построения радиолиний.
Учебные вопросы:
1. Возникновение электромагнитной волны.
2. Принцип распространения радиоволн в атмосфере.
ЛИТЕРАТУРА
1. Суханов В.В., Тычинская М.М. Теория электросвязи: учебно-методическое пособие / – Воронеж: ВИПС (филиал) Академии ФСО России, 2018 – 109с, (стр. 70-77).
2

Контрольные вопросы:
2. Что называется длиной волны?
3. Что называется поляризацией волны?
Что называется электромагнитной волной?
3

Электромагнитная волна - электромагнитное поле, распространяющееся в свободном пространстве со скоростью света и характеризующееся электрическими и магнитными полями, связанными непрерывным взаимным превращением.
Длина волны – это физическая величина прямо пропорциональная скорости света и обратно пропорциональна частоте электромагнитной волны.
Поляризация волны – это характеристика волны описывающая поведение вектора колеблющейся величины в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.
а) вертикально поляризованная ЭМВ
б) горизонтально поляризованная ЭМВ

Вопрос №1
Возникновение электромагнитной волны
4

Общие сведения об электромагнитных волнах (ЭМВ)
Электромагнитные волны - электромагнитное поле, распространяющееся в свободном пространстве со скоростью света и характеризующееся электрическими и магнитными полями, связанными непрерывным взаимным превращением.
Рисунок 1. Возникновение ЭМВ
Е – напряженность электрического поля (В/м), мкВ/м
H – напряженность магнитного поля (А/м), мкА/м
В свободном пространстве проводник, подключенный к генератору переменного тока.
5
Гипотеза Д. Максвелла: при любом изменении электрического поля Е возникает вихревое магнитное поле Н и наоборот, при любом изменении магнитного поля возникает вихревое электрическое поле. Процесс захватывает все новые и новые области в окружающем пространстве (распространение ЭМВ).

Общие сведения об ЭМВ
Длина ЭМВ - минимальное расстояние между двумя точками пространства, поле в котором имеет одинаковое значение.
6

Общие сведения об ЭМВ (промежуточные выводы)
3. ЭМВ распространяются в различных средах. Скорость распространения в вакууме: с = 3 × 108 м/с. В любых других средах скорость распространения ЭМВ меньше.
2. Поле Е и поле Н взаимно перпендикулярны и перпендикулярны направлению распространения (вектору Пойнтинга, S) ЭМВ.
1. Периодически изменяющиеся электрическое Е и магнитное Н поля, распространяющиеся в пространстве претерпевают затухание по мере удаления от источника излучения.
7

Диапазоны частот и длин волн электромагнитных волн
ЭМВ с частотами 4 - 8 × 1014 Гц вызывают у человека зрительные ощущения
8

Радиочастотный диапазон электромагнитных волн
Радиочастотный диапазон – диапазон электромагнитного излучения на частотах от 3 кГц (3 × 103 Гц) до 3 ТГц (3 × 1012 Гц), что соответствует длинам волн в диапазоне между 10000 м и 0,0001 м соответственно.
9

Практическое применение радиочастотного диапазона
10

Примеры практического применения УКВ диапазона
11

Основные свойства ЭМВ
1. Дифракция - огибание радиоволной препятствий в процессе ее распространения.
Возникает когда геометрические размеры препятствия соизмеримы с длиной волны λ.
2. При переходе из одной среды в другую, в которой скорость распространения иная, радиоволны испытывают отражение и преломление.
12

Основные свойства ЭМВ
3. Рефракция - изменение направления распространения радиоволн вследствие изменения скорости их распространения при прохождении через неоднородную среду.
4. При наличии неровной отражающей поверхности (размеры поверхностей соизмеримы с длиной волны λ) происходит диффузионное отражение (отражение с рассеянием), т. е. более или менее равномерное отражение во все стороны.
13

Основные свойства ЭМВ
5. Интерференция - взаимное увеличение или уменьшение результирующей амплитуды двух или нескольких радиоволн при их наложении друг на друга.
6. В среде распространения происходит поглощение энергии ЭМВ. Магнитное поле Н сдвигается относительно электрического Е на угол, зависящий от проводимости и диэлектрической проницаемости данной среды, а амплитуда полей убывает по мере движения волны.
14
Многолучевое распространение ЭМВ
Интерференция в точке приема

Основные свойства ЭМВ
7. С увеличением частоты ЭМВ претерпевает затухание и, следовательно, уменьшается дальность связи.
Зависимость дальности связи от частоты и условий распространения ЭМВ на участке базовая станция – абонентский терминал сети подвижной радиосвязи стандарта LTE.
!!! Б.А. Введенский установил основной закон распространения радиоволн УКВ-диапазона. Формулировка без формулы: С увеличением расстояния от передатчика в 2, 3, 4, 5 и т. д. раз сила электромагнитного поля этих волн убывает в 4, 9, 16, 25 и т. д. раз.
15

Выводы по вопросу:
Электромагнитные волны представляют собой электромагнитное поле, распространяющееся в свободном пространстве со скоростью света и характеризующееся электрическими и магнитными полями, связанными непрерывным взаимным превращением.
2. Радиочастотный диапазон – диапазон электромагнитного излучения на частотах от 3 кГц (3 × 103 Гц) до 3 ТГц (3 × 1012 Гц), что соответствует длинам волн в диапазоне между 10 000 м и 0,0001 м соответственно.
16

Контрольные вопросы:
Поясните принцип образования электромагнитных волн.
17

Контрольные вопросы:
2. Дайте краткую характеристику радиочастотному диапазону электромагнитных волн.
18

Вопрос №2
Принцип распространения радиоволн в атмосфере
19

Основные определения в области радиосвязи
Радиосвязь – это электросвязь, осуществляемая посредством радиоволн.
Радиоволна – электромагнитная волна с частотами до 3 ТГц, рас­пространяющаяся в среде без искусственных направляющих линий.
Радиоканал – канал передачи, в котором сигналы электросвязи передаются посредством радиоволн.
20

Строение атмосферы
Рисунок 2. Области атмосферы
Атмосфера - газообразная оболочка Земли, простирающаяся на высоту более 1000 км.
21

Способы распространения радиоволн
Прямая радиоволна – радиоволна, распространяющаяся непосредственно от источника к месту приема.
Рисунок 3. Прямая радиоволна
Структура радиолинии спутниковой связи
22

Способы распространения радиоволн
Земная радиоволна – радиоволна, распространяющаяся вблизи земной поверхности и включающая прямую волну, волну, отраженную от земли и поверхностную радиоволну.
Рисунок 4. Земная радиоволна
23

Земная радиоволна
24

Способы распространения радиоволн
Тропосферная радиоволна – радиоволна, распространяющаяся между точками вблизи земной поверхности по траекториям, лежащим целиком в тропосфере.
Рисунок 5. Тропосферная радиоволна
Тропосфера – воздух, в составе которого по объему имеется 78% азота и 22% кислорода.
Свойства и состояние характеризуются: давлением, температурой и влажностью воздуха.
Явление отражения на локальных неоднородностях.
25
до 15 км

Способы распространения радиоволн
Ионосферная радиоволна – радиоволна, распространяющаяся в результате отражения от ионосферы или рассеяния в ней.
Рисунок 6. Ионосферная радиоволна
Радиосвязь КВ диапазона (3 – 30 МГц)
Многократное отражение
26

Выводы по вопросу:
1. Радиосвязь – это электросвязь, осуществляемая посредством радиоволн.
2. В настоящее время принято выделять четыре регулярных способа распространения радиоволн: прямые, земные, тропосферные и ионосферные.
27

Контрольные вопросы:
2. Дайте краткую характеристику способу распространения радиоволн прямой радиоволной.
3. Дайте краткую характеристику способу распространения радиоволн земной радиоволной.
1. Дайте определения понятиям: радиосвязь, радиоволна, радиоканал.
4. Дайте краткую характеристику способу распространения радиоволн тропосферной радиоволной.
5. Дайте краткую характеристику способу распространения радиоволн ионосферной радиоволной.
28

Задание для самостоятельной работы
1. Изучить материал урока по конспекту.
2. Изучить и дополнить конспект материалами из рекомендованной литературы.
3. Подготовиться к устному опросу по следующим вопросам:
поясните принцип образования электромагнитных волн;
дайте краткую характеристику радиочастотному диапазону электромагнитных волн;
дайте определения понятиям: радиосвязь, радиоволна, радиоканал;
дайте краткую характеристику способу распространения радиоволн прямой радиоволной;
дайте краткую характеристику способу распространения радиоволн земной радиоволной;
дайте краткую характеристику способу распространения радиоволн тропосферной радиоволной;
дайте краткую характеристику способу распространения радиоволн ионосферной радиоволной.
Литература:
1. Суханов В.В., Тычинская М.М. Теория электросвязи: учебно-методическое пособие / – Воронеж: ВИПС (филиал) Академии ФСО России, 2018 – 109 с, (стр. 70-77).
29