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 aukštyjeir apimantis mezosferą, termosferą ir egzosferą. Susideda iš jonizuotųatmosferos dujų. Jas jonizuoja Saulės ultravioletiniai ir rentgenospinduliai, kosminės spindulių dalelės. Jonų ir elektronų koncentracijaįvairiame aukštyje nevienoda, dėl to jonosfera sąlygiškai skirstoma į 4sluoksnius: D, E, F1 ir F2 (1 lentelė). Jonosfera įgalina pasinaudotitolimu radijo ryšiu; Saulės chromosferos žybsniai sukelia joje magnetinesaudras, 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 – taiaplinka, su palaipsniui mažėjančiu lūžio rodikliu.
[pic]
Esant pakankamai koncentracijai radijo banga sluoksnyje užlinksta irgrįžta 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 zondai (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 laisvųelektronų harmoninius virpesius. Elektronai susiduria su laisvomisdalelėmis ir prašauna energiją. Ilgesnės radijo bangos slopinamos ilgiau.
II. Antenos Kilo-, hektometrinių bangų priėmimo antenos
Hektometrinės bangos (300 – 3000 kHz, vidutiniai dažniai VD) sklindapažemine ir erdvine trajektorijomis. Ilgesnės hktometrinės pažeminės bangospasiekia iki 700 km nuotolius, ir jonosfera jas mažai veikia. Trumposios hektometrinės bangos sklinda taip pat erdvine nuojonosferos atsispindinčia trajektorija, todėl jų priėmimo sąlygos parosbėgyje gerokai kinta. Dieną jonosfera jas slopina, o naktį pažeminės irerdvinės bangos interferuoja, todėl priėmimo taške signalas kinta. Toks,100 – 300 km atsumu nuo siustuvo išryškėjantis, artimasis medingas yraselektyviais, nes skirtingo dažnio bangos interferuoja nevienodai. Dėl toiškraipomas signalo spektras, kurio nepataiso automatinis stiprinimoreguliavimas. Artimąjį medingą susilpnina galingesnę pažeminęspinduliuojančios antenos. Hektometrinių bangų 300 – 525 kHz dažnių sritis naudojama aviacijosir jūrų navigacijos tarnyboms. 500 kHz yra pagalbos šaukimo (SOS) dažnis.525 – 605 kHz dažnių sritis, vadinama vidutinėmis bangomis (VB), skirtaradijo laidoms transliuoti. 1605 – 3000 kHz bangos naudojamos jūrų iraviacijos navigacijos bei ryšių, meteorologijos, standartinių dažnių,radijo mėgėjų bei kitoms tarnyboms. Kilometrinės bangos (30 – 300 kHz, žemieji dažniai ŽD), mažaisilpdamos sklinda, sklinda palei žemę iki 3000 km nuotoliais. Šios bangosskirtos jūrų navigacijos ir ryšių tarnyboms. 150 – 400 kHz srityje Europosir Afrikos geografinėje zonoje dirba seniausia radijo transliacijų tarnyba.Ši bangų sritis vadinama ilgosiomis bangomis (IB). Dėl siauro dažniųspektro ir tolimo bangų sklidimo šiame diapazone dirba tik keliolikaradiotransliacinių stočių.
Hektometrinių ir kilometrinių bangų priėmimo antenų konstrukcija irtipai labai skiriasi nuo siuntimo antenų, nes tų antenų uždaviniai yraskirtingi. Siuntimo antenos turi spinduliuoti dideles galias, todėl jųnaudingumo koeficientas turi būti didelis, o izoliacija gera. Priėmimuiparanku naudoti, nors ir mažo naudingumo koeficiento, bet kryptiškasantenas, kurias šiame bangų diapazone sunku realizuoti.
Kaip papraščiausios priėmimo antenos čia naudojami nedidelio aukščiometaliniai, stiebai, taip pat T ir Γ pavidalo vieliniai nesimetriniaivibratoriai. 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 sujingtųplokščių vijų, kurių perimetrai yra daug mažesni už bangos ilgį (paprastaip =< 0,1 λ). Toks rėmelis yra elementarus, nes srovių amplitudės jo ilgyjeyra pastovios. Rėmelio forma gali būti kvadratinė, daugiakampė arbapaprasta. [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 irspinduliavimo varža dvigubai padidėja. Elementaraus rėmelio elektrinisplotas 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 antenosnaudingumo koeficientas, ir rėminės antenos naudojamos tik bangoms priimti. Rėminės antenos gnybtuose paprastai jungiamas kondensatorius.Suderinus tokį anteninį virpesių kontūrą rezonansui, įštampa antenosgnybtuose padidėja Q kartų. To kontūro kokybė kilometrinėse irhektometrinėse bangose turi būti Q = 15 – 50, kad per daug nesusiaurėtųanenos darbo dažnių juosta. Dėl rėminės antenos šonų nevienodų parazitinių talpų ir asimetrijosreiškinių fideryje jos spinduliavimo diagrama horizontalioje plokštumoje(aštuoniukė) yra iškraipoma ir dingsta nulinio priėmimo kryptys. Toksreiškinys vadinamas rėmelio anteniniu efektu. Jis panaikinamas, apgaubusrėmelio vijas metaliniu, viršūnėje perpjauto rėmo pavidalo ekranu.
[pic]
4 pav. Ekranuota rėminė antena
Imtuvas su tokia antena jungiamas koaksialiniu kabeliu. Jis turi būti taippat ekranuotas. Tokios antenos naudojamos trukdžių signalui susilpninti.Tuomet trukdžių signalo atėjimo kryptis sutapdindama su normalės rėmelioplokštumai kryptimi, kuria ideali rėminė antena signalo nepriima. Ekranasnesilpnina rėmelio priimamos elektromagnetinės bangos, tačiau labaisilpnina pramoninius trukdžius, kuriuose vyrauja elektrinis laukas. Rėminės antenos naudojamos taip pat radiopelemgavimui, tai yrakrypčiai į radijo šaltinį nustatyti. Naudojant dvi sukryžiuotas rėminesantenas, kurios jungiamos prie imtuve įtaisytų sukryžiuotų ričių, kryptiesnustatymui galima sukinėti ne pačias antenas, o sukryžiuotų ričių vidujeesančią 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 taikomųferitų magnetinė skvarba μ yra mažesnė. Feritinės antenos defektinis ilgis yra µef kartų didesnis negu tokiųpat matmenų rėminės antenos, kurios lef = nkS, todėl tiek pat kartų yradidesnė imtuve indukuojama evj. Feritinės šerdies defektinė magnetinėskvarba µef priklauso nuo šerdies formos, jos ilgio, skerspjūvio ploto irmagnetodielektriko magnetinės skvarbos μ, bet visuomet µef < μ. Paprastaiantenų feritinės šerdys yra cilindro formos. Tokios šerdies defektinėskvarba konkrečiam feritui apibrėžiama jos ilgio ir diametro santykiu l/2a,kurį didinant µef tolydžiai didėja.
[pic] 5 pav. Feritinė antena (a) ir jos 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 bangųantenoms.
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 galeapkrautas 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. Antrasislaido galas prijungtas prie suderintos įėjimo varžos imtuvo. Tokia antenadirba kelių oktavų dažnių diapazone, kurį apibrėžia aukščiau nurodytasantenos ilgis. Bėgančiąją srovės bangą horizontaliame laide indukuota priimamosiosbangos horizontalioji elektrinio lauko dedamoji, kuri susikuria prie blogolaidumo žemės paviršiaus; mat bangos frontas čia yra pasviręs. Antenosspinduliavimo diagrama horizontalioje plokštumoje, kai kampas Θ matuojamasnuo laido ašies, skaičiuojama iš formulės:
įvedus antenos elemento kryptiškumo daugiklį [pic] ir paėmus [pic].Beveredžo antenos kryptingumo koeficientas dėl nuostolių žemėje irapkrovoje 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]