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

|is |s |kiekis 1 cm3 | |molekulės, atomai|

|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. SSakoma 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 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 (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 aatsispindinčia 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, žemieji 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. 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 fideryje 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 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 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]