Jonosferos tyrimo būdai. Kilo-, hektometrinių bangų priėmimo antenos

KAUNO TECHNOLOGIJOS UNIVERSITETAS

TELEKOMUNIKACIJŲ IR ELEKTRONIKOS FAKULTETAS

Referatas

Jonosferos tyrimo būdai

Kilo-, hektometrinių bangų priėmimo antenos

Dėstytojas:

Data:

Autorius: Andrius

Data: 2003 12 10

KAUNAS

2003

I. Radijo bangų sklidimas

Jonosferos tyrimo būdai

Jonosfera – žemės atmosferos sluoksnis, prasidedantis ~60 km aukštyje
ir apimantis mezosferą, termosferą ir egzosferą. Susideda iš jonizuotų
atmosferos dujų. Jas jonizuoja Saulės ultravioletiniai ir rentgeno
spinduliai, kosminės spindulių dalelės. Jonų ir elektronų koncentracija
įvairiame aukštyje nevienoda, dėl to jonosfera sąlygiškai skirstoma į 4
sluoksnius: D, E, F1 ir F2 (1 lentelė). Jonosfera įgalina pasinaudoti
tolimu radijo ryšiu; Saulės chromosferos žybsniai sukelia joje magnetines
audras, polines pašvaistes.
1 lentelė. Žemės jonosferos sluoksniai
|Sluoksn|Aukšti|Elektronų |Susidarymo sąlygos |Jonizuojami |
|is |s |kiekis 1 cm3 | |molekulės, atomai|
| | |dieną |naktį | | |
|D |60-85 |102-10|- |Tik po chromosferinių |N, O2 |
| | |4 | |erupcijų ir tik dieną | |
|E |85-140|105 |102-10|Priklauso nuo Saulės |O2 |
| | | |3 |būsenos; naktį silpnas | |
|F1 |40-200|105 |102-10|Kaip ir E sluoksnio, |O, N2 |
| | | |3 |bet žiemą silpnas | |
|F2 |200-35|105-10|103 | |O, N2 |
| |0 |6 | | | |

[pic][pic]

1 pav. Jonosferos sudėtis

Jonosfera – nevienalytės, jonizuotos dujos. Radijo bangoms – tai
aplinka, su palaipsniui mažėjančiu lūžio rodikliu.

[pic]

Esant pakankamai koncentracijai radijo banga sluoksnyje užlinksta ir
grįžta į žemę. Sakoma radijo banga jonosferoje asipindi.

Jei [pic], tai [pic] – Sekanto dėsnis

Jonosferos tyrimo būdai:

I. Tiesioginiai:

1) jonosferinės stotys: vertikalaus, nuožulnaus, zondavimo;

2) balionai zondai (oro tyrimui);

3) radijo zoondai (reflektometrai);

4) geofizinės raketos;

5) dirbtiniai žemės palydovai.

II. Netiesioginiai – stebėjimo būdai:

1) šiaurės pašvaiščių;

2) dangaus švytėjimo;

3) meteorų pėdsakų;

4) radijo bangų sklidimo.

Radijo bangos jonosferoje yra slopinamos. Jos iššaukia laisvų
elektronų harmoninius virpesius. Elektronai susiduria su laisvomis
dalelėmis ir prašauna energiją. Ilgesnės radijo bangos slopinamos ilgiau.

II. Antenos

Kilo-, hektometrinių bangų priėmimo antenos

Hektometrinės bangos (3

300 – 3000 kHz, vidutiniai dažniai VD) sklinda
pažemine ir erdvine trajektorijomis. Ilgesnės hktometrinės pažeminės bangos
pasiekia iki 700 km nuotolius, ir jonosfera jas mažai veikia.

Trumposios hektometrinės bangos sklinda taip pat erdvine nuo
jonosferos atsispindinčia trajektorija, todėl jų priėmimo sąlygos paros
bėgyje gerokai kinta. Dieną jonosfera jas slopina, o naktį pažeminės ir
erdvinės bangos interferuoja, todėl priėmimo taške signalas kinta. Toks,
100 – 300 km atsumu nuo siustuvo išryškėjantis, artimasis medingas yra
selektyviais, nes skirtingo dažnio bangos interferuoja nevienodai. Dėl to
iškraipomas signalo spektras, kurio nepataiso automatinis stiprinimo
reguliavimas. Artimąjį medingą susilpnina galingesnę pažeminę
spinduliuojančios antenos.

Hektometrinių bangų 300 – 525 kHz dažnių sritis naudojama aviacijos
ir jūrų navigacijos tarnyboms. 500 kHz yra pagalbos šaukimo (SOS) dažnis.
525 – 605 kHz dažnių sritis, vadinama vidutinėmis bangomis (VB), skirta
radijo laidoms transliuoti. 1605 – 3000 kHz bangos naudojamos jūrų ir
aviacijos navigacijos bei ryšių, meteorologijos, standartinių dažnių,
radijo mėgėjų bei kitoms tarnyboms.

Kilometrinės bangos (30 – 300 kHz, žžemieji dažniai ŽD), mažai
silpdamos sklinda, sklinda palei žemę iki 3000 km nuotoliais. Šios bangos
skirtos jūrų navigacijos ir ryšių tarnyboms. 150 – 400 kHz srityje Europos
ir Afrikos geografinėje zonoje dirba seniausia radijo transliacijų tarnyba.
Ši bangų sritis vadinama ilgosiomis bangomis (IB). Dėl siauro dažnių
spektro ir tolimo bangų sklidimo šiame diapazone dirba tik keliolika
radiotransliacinių stočių.

Hektometrinių ir kilometrinių bangų priėmimo antenų konstrukcija ir
tipai labai skiriasi nuo siuntimo antenų, nes tų antenų uždaviniai yra
skirtingi. Siuntimo antenos turi spinduliuoti dideles galias, todėl jų
naudingumo koeficientas turi būti didelis, o izoliacija gera. P

Priėmimui
paranku naudoti, nors ir mažo naudingumo koeficiento, bet kryptiškas
antenas, kurias šiame bangų diapazone sunku realizuoti.

Kaip papraščiausios priėmimo antenos čia naudojami nedidelio aukščio
metaliniai, stiebai, taip pat T ir Γ pavidalo vieliniai nesimetriniai
vibratoriai. Naudojama taip pat keletas specifinių priėmimo antenų.

[pic]

2 pav. T pavidalo antenos schema (a) ir Γ pavidalo antenos schema (b)

Yra trys pagrindiniai priėmimo antenų tipai: rėminės antenos,
feritinės antenos ir vienalaikės bėgančios bangos antenos.

Rėminę priėmimo anteną sudaro viena arba keletas nuosekliai sujingtų
plokščių vijų, kurių perimetrai yra daug mažesni už bangos ilgį (paprastai
p =< 0,1 λ). Toks rėmelis yra elementarus, nes srovių amplitudės jo ilgyje
yra pastovios. Rėmelio forma gali būti kvadratinė, daugiakampė arba
paprasta.

[pic]

3 pav. Rėminė antena; h ~ d < < λ

Rėmelio spinduliavimo geba yra didesnė, kai rėmelį sudaro n vijų.
Tokio rėmelio spinduliavimo varža:

Kai rėmine antena yra netoli žemės, jos defektinis ilgis ir
spinduliavimo varža dvigubai padidėja. Elementaraus rėmelio elektrinis
plotas S/λ2 < < 1, tai rėmelio spinduliavimo varža yra labai maža (kai λ =
1000 m, S = 1 m2, n = 10, tai [pic]Ω). Dėl to yra labai mažas antenos
naudingumo koeficientas, ir rėminės antenos naudojamos tik bangoms priimti.

Rėminės antenos gnybtuose paprastai jungiamas kondensatorius.
Suderinus tokį anteninį virpesių kontūrą rezonansui, įštampa antenos
gnybtuose padidėja Q kartų. To kontūro kokybė kilometrinėse ir
hektometrinėse bangose turi būti Q = 15 – 50, kad per daug nesusiaurėtų
anenos darbo dažnių juosta.

Dėl rėminės antenos šonų nevienodų parazitinių talpų ir asimetrijos
reiškinių fi

ideryje jos spinduliavimo diagrama horizontalioje plokštumoje
(aštuoniukė) yra iškraipoma ir dingsta nulinio priėmimo kryptys. Toks
reiškinys vadinamas rėmelio anteniniu efektu. Jis panaikinamas, apgaubus
rėmelio vijas metaliniu, viršūnėje perpjauto rėmo pavidalo ekranu.

[pic]

4 pav. Ekranuota rėminė antena

Imtuvas su tokia antena jungiamas koaksialiniu kabeliu. Jis turi būti taip
pat ekranuotas. Tokios antenos naudojamos trukdžių signalui susilpninti.
Tuomet trukdžių signalo atėjimo kryptis sutapdindama su normalės rėmelio
plokštumai kryptimi, kuria ideali rėminė antena signalo nepriima. Ekranas
nesilpnina rėmelio priimamos elektromagnetinės bangos, tačiau labai
silpnina pramoninius trukdžius, kuriuose vyrauja elektrinis laukas.

Rėminės antenos naudojamos taip pat radiopelemgavimui, tai yra
krypčiai į radijo šaltinį nustatyti. Naudojant dvi sukryžiuotas rėmines
antenas, kurios jungiamos prie imtuve įtaisytų sukryžiuotų ričių, krypties
nustatymui galima sukinėti ne pačias antenas, o sukryžiuotų ričių viduje
esančią priėmimo ritę. Tokia sistema vadinama goniometrine antena.

Rėminės antenos su magnetodielektiko (ferito, μ = 20 + 1000, ε >= 5,
ρ > 105 Ωm) šerdimi vadinamos feritinėmis antenomis. Aukštesniems taikomų
feritų magnetinė skvarba μ yra mažesnė.

Feritinės antenos defektinis ilgis yra µef kartų didesnis negu tokių
pat matmenų rėminės antenos, kurios lef = nkS, todėl tiek pat kartų yra
didesnė imtuve indukuojama evj. Feritinės šerdies defektinė magnetinė
skvarba µef priklauso nuo šerdies formos, jos ilgio, skerspjūvio ploto ir
magnetodielektriko magnetinės skvarbos μ, bet visuomet µef < μ. Paprastai
antenų feritinės šerdys yra cilindro formos. Tokios šerdies defektinė
skvarba konkrečiam feritui apibrėžiama jos ilgio ir diametro santykiu l/2a,
kurį didinant µef tolydžiai didėja.

[pic]

5 pav. Feritinė antena (a) ir jo

os defektinė magnetinė skvarba (b)

Feritinės antenos yra kompaktiškos, jų rėmelio diametras nedidelis,
todėl jose parazitinis anteninis efektas yra silpnai išreikštas,
spinduliavimo diagramos minimumai yra gilūs, antenų nereikia ekranuoti.
Šiuo metu gaminami feritai taip pat dekametrinių ir net metrinių bangų
antenoms.

Vienalaidė bėgančios bangos antena, dažniau vadinama Beveredžo
(pasiūlyta 1918 m.) antena, – į aukštį h = 2 – 5 m virš žemės paviršiaus
pakeltas l = (0,5 – 6)λ ilgio horizontalus laidas. Jis viename gale
apkrautas rezistoriumi Ra, kurio varža lygi laido banginiai varžai.

[pic]

6 pav. Beveredžio antena

3 mm diametro laido, pakelto į nurodytą aukštį, Ra = 500 – 550 Ω. Antrasis
laido galas prijungtas prie suderintos įėjimo varžos imtuvo. Tokia antena
dirba kelių oktavų dažnių diapazone, kurį apibrėžia aukščiau nurodytas
antenos ilgis.

Bėgančiąją srovės bangą horizontaliame laide indukuota priimamosios
bangos horizontalioji elektrinio lauko dedamoji, kuri susikuria prie blogo
laidumo žemės paviršiaus; mat bangos frontas čia yra pasviręs. Antenos
spinduliavimo diagrama horizontalioje plokštumoje, kai kampas Θ matuojamas
nuo laido ašies, skaičiuojama iš formulės:

įvedus antenos elemento kryptiškumo daugiklį [pic] ir paėmus [pic].
Beveredžo antenos kryptingumo koeficientas dėl nuostolių žemėje ir
apkrovoje yra mažas, todėl toji antena naudojama tik priėmimui.

Literatūra:

1. K. Paulauskas „Antenos ir mikrobangų įtaisai“

2. www.astro.lt

3. www.elektronika.lt

4. www.qsl.net/ly2bet/info.html
———————–
[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

Leave a Comment