Лабораторная работа № ви-112 Распространение радиоволн в тропосфере Казань, 2006 г - pismo.netnado.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Лабораторная работа № ви-101 Плоская электромагнитная волна Казань... 1 142.47kb.
Аннотированный каталог литературы по мясной и птицеперерабатывающей... 1 142.45kb.
Лабораторная работа №6 «работа с библиотекой iqmath» Цель: Сравнение... 1 42.59kb.
Исследовательская работа «Распространение христианства среди мордовского... 1 255.32kb.
Управление персоналом учебно-методическое пособие 8 1228.05kb.
Лабораторная работа №2 Применение стилей, автотекста, автозамены... 1 34.47kb.
Лабораторная работа №1 Работа с инструментальными средствами фио... 1 54.23kb.
Лабораторная работа №2. Хеширование Задание 1 23.8kb.
Дудин С. А., 2006. Нгуэу, 2006. Набранный текст Гуськов Н. В. 1 43.48kb.
Лабораторная работа №1 Словосочетание Литература 1 71.76kb.
Лабораторная работа №46 определение точки кюри ферромагнитного вещества 1 147.89kb.
Видно, что выполняли задание в спешке, не очень хорошо разобрались... 1 67.86kb.
Урок литературы «Война глазами детей» 1 78.68kb.
Лабораторная работа № ви-112 Распространение радиоволн в тропосфере Казань, 2006 - страница №1/1



КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им.А.Н.ТУПОЛЕВА

Институт радиоэлектроники и телекоммуникаций

Кафедра радиоэлектронных и телекоммуникационных систем

Лаборатория «Электродинамика и распространение радиоволн»



В.Р.Линдваль

Лабораторная работа № ВИ-112

Распространение радиоволн

в тропосфере

Казань, 2006 г.


1. Цель работы


Целью работы является изучение электрических свойств тропосферы и закономерностей распространения радиоволн в ней.

2. Подготовка к работе.

Перед выполнением работы необходимо изучить соответствующий лекционный материал, настоящее описание и, при необходимости, рекомендованную литературу [1, с.59-63, 82-88; 2, с.372-378, 395-401; 3, с. 396-402].


3. Краткие теоретические сведения


Радиоволны над поверхностью Земли распространяются в ее газообразной оболочке – атмосфере. Строение атмосферы изменчиво в пространстве и во времени. Обычно ее разделяют на тропосферу, стратосферу и ионосферу. Тропосфера – самый нижний слой атмосферы. Она лежит от поверхности Земли до высот порядка 15 км.

Электрические свойства тропосферы зависят от температуры, давления и влажности воздуха. Нижние слои атмосферы нагреваются рассеянной земной поверхностью солнечной энергией. С ростом высоты в тропосфере температура падает. Давление столба газа падает с ростом высоты. Влажность также резко убывает с высотой. У верхней границы тропосферы облака не образуются. На частотах до 15 – 20 ГГц потери в тропосфере малы. Относительная диэлектрическая проницаемость тропосферы



, (1)

где - давление газа в миллибарах, - абсолютная влажность воздуха (давление водяных паров) в миллибарах, - температура в градусах по шкале Кельвина. Постоянные и определены экспериментально. Наиболее вероятные их значения , .

Тогда

(2)

Значения метеорологических параметров , , претерпевают регулярные и случайные изменения. Наиболее существенные регулярные изменения диэлектрической проницаемости происходят по высоте. Эта зависимость близка к экспоненциальной



, (3)

где - отклонение относительной диэлектрической проницаемости от единицы на поверхности Земли ; - вертикальный градиент диэлектрической проницаемости у земной поверхности.

Существует понятие «стандартной радиоатмосферы», для которой ; 1/м. Стандартная радиоатмосфера характеризует среднестатистическое, наиболее вероятное состояние тропосферы в умеренных климатических условиях и используется как некоторый эталон. Реально эти параметры претерпевают сезонные изменения. При определенных метеорологических условиях могут наблюдаться существенные отклонения от среднестатистических зависимостей.

Если диэлектрическая проницаемость атмосферы плавно меняется по высоте, то распространение радиоволны в ней сопровождается искривлением траектории – явлением рефракции.

Рассмотрим плоско-слоистую модель тропосферы (рис.1).

Координата x направлена вдоль поверхности Земли, координата y направлена вертикально вверх. По высоте тропосфера разбита на плоские слои толщиной . В пределах слоя диэлектрическая проницаемость полагается постоянной. На границе между слоями волна преломляется.


Рис.1. Плоско-слоистая модель тропосферы


Диэлектрические проницаемости слоев и углы движения волны в них связаны соотношением

, (4)

где - направление луча радиоволны у поверхности Земли.

Таким образом, луч радиоволны проходит через слои тропосферы под углом, меняющимся с высотой

(5)

Длина пути волны внутри слоя также зависит от высоты



(6)

Пусть траектория луча начинается в точке начала координат (0,0) (рис.1). Переходя по высоте от слоя к слою будем иметь координаты пересечения лучом i-го слоя



, (7)

Рефракция называется положительной, если траектория радиоволны изгибается в сторону Земли. Это происходит при убывании диэлектрической проницаемости с высотой .

Рефракцию называют отрицательной, если траектория волны отклоняется от поверхности Земли. Это происходит при росте диэлектрической проницаемости с высотой .
4. Описание лабораторной установки.

Внешний вид лицевой панели виртуальной лабораторной установки приведён на рис.2. Установка позволяет моделировать параметры тропосферы и изучать зависимости диэлектрической проницаемости от высоты и траектории распространения радиоволн в тропосфере.

В верхней части лицевой панели расположен заголовок «Распространение радиоволн в тропосфере» и кнопка останова STOP.

Рис.2. Лицевая панель ВИ «Тропосфера». Страница «Диэлектрическая проницаемость тропосферы»

В нижней части лицевой панели расположены переключатель и регуляторы, задающие параметры тропосферы. Переключатель носит название «Тропосфера», а его положения: «Произвольная» и «Нормальная».

При выборе положения «Произвольная» параметры тропосферы задаются регуляторами «Дельта эпсилон *10000», «-Градиент эпсилон * 100000000».

Исследуемые зависимости отображаются на графических индикаторах. Они размещены на двух страницах с ярлычками: «Диэлектрическая проницаемость тропосферы» и «Траектория волны в тропосфере». В процессе работы установки щелчок мыши на ярлычке вызывает переход к необходимой странице с индикатором.

На странице «Диэлектрическая проницаемость тропосферы» размещен индикатор, на котором отображается зависимость относительной диэлектрической проницаемости от высоты. Под индикатором находится панель курсора, предназначенная для измерения графика на экране (рис.2).

На странице «Траектория волны в тропосфере» размещен графический индикатор, на котором отображается траектория волны (рис.3). По горизонтальной оси индикатора откладывается дальность в км. По вертикальной - высота в м.

На этой же странице ниже графического индикатора находится регулятор «Угол от горизонта», который задает угол входа волны в тропосферу у поверхности Земли.


Рис.2. Лицевая панель ВИ «Тропосфера». Страница «Траектория волны в тропосфере»



5. Порядок выполнения работы


  1. Запустить лабораторную установку, ознакомиться с органами управления.

  2. Выполнить исследования в соответствии с выбранным вариантом. Исходные параметры для каждого варианта исследований брать в таблице 1.

  3. Исследовать электрические свойства нормальной тропосферы и распространение радиоволны в ней:

    • установить переключатель задания свойств тропосферы в положение «Нормальная»;

    • перейти на страницу «Диэлектрическая проницаемость тропосферы»;

Таблица 1. Исходные параметры для исследования распространения радиоволн в тропосфере

Параметры

Вариант 1

Вариант 2

Вариант 3

Вариант 4

Вариант 5

Первый угол от горизонта в градусах

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

Второй угол от горизонта в градусах

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

Дельта эпсилон*10000

2

4

6

8

10

-Градиент эпсилон*100000000

4

5

6

7

8




    • с помощью курсора измерить зависимость относительной диэлектрической проницаемости от высоты. Данные свести в таблицу;

    • построить график измеренной зависимости;

    • перейти на страницу «Траектория волны в тропосфере». Изменяя направление волны регулятором «Угол от горизонта», определить, при каком значении угла становится возможен возврат волны к поверхности Земли;

    • для двух значений угла от горизонта в соответствии с выбранным вариантом (табл.1) с помощью курсора провести измерения траектории волны. Данные свести в таблицу;

    • построить графики траекторий.

4. Исследовать электрические свойства произвольной тропосферы и распространение радиоволны в ней:

    • установить переключатель задания свойств тропосферы в положение «Произвольная»;

    • установить параметры тропосферы в соответствии с выбранным вариантом (табл.1);

    • перейти на страницу «Диэлектрическая проницаемость тропосферы». С помощью курсора измерить зависимость относительной диэлектрической проницаемости от высоты. Данные свести в таблицу;

    • построить график измеренной зависимости.

    • перейти на страницу «Траектория волны в тропосфере». Изменяя направление волны регулятором «Угол от горизонта», определить, при каком значении угла становится возможен возврат волны к поверхности Земли;

    • для двух значений угла от горизонта в соответствии с выбранным вариантом (табл.1) с помощью курсора провести измерения траектории волны. Данные свести в таблицу;

    • построить графики траекторий.

5. Объяснить полученные зависимости, опираясь на знание теории.

6. Оформить и защитить отчёт по работе.


6. Требования к отчёту

Отчёт оформляется каждым студентом индивидуально. Он должен содержать краткое описание виртуального эксперимента, результаты измерений в виде таблиц и графиков, анализ результатов и выводы.



7. Контрольные вопросы


              1. На какие области делится атмосфера Земли? Чем они отличаются?

              2. Какими параметрами характеризуются электрические свойства тропосферы?

              3. Как с высотой изменяется диэлектрическая проницаемость тропосферы?

              4. Что такое «нормальная» тропосфера?

              5. Как тропосфера влияет на распространение радиоволны?

              6. Что такое плоско-слоистая модель тропосферы?

              7. Что такое рефракция радиоволны?

              8. Когда рефракция бывает положительной и отрицательной?

              9. Что происходит с траекторией радиоволны при распространении в тропосфере?

              10. Каким зависимостям подчиняется угол траектории и длина пути в слое при распространении волны в тропосфере?

              11. Как вы объясняете полученные в виртуальном эксперименте результаты?


8. Рекомендуемая литература.

  1. Черенкова Е. Л., Чернышов О. В. Распространение радиоволн. – М.: Радио и связь, 1984. – 272 с.

  2. Красюк Н. П., Дымович Н. Д. Электродинамика и распространение радиоволн. – М.: Высшая школа, 1974. – 536 с.

  3. Ерохин Г.А., Чернышев О.В., Козырев Н.Д., Кочержевский В.Г. Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн. – М.: Горячая линия-Телеком, 2004. - 491 с.