Краткие сведения по теме.

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

 

ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ

ПО УЧЕБНЫМ ДИСЦИПЛИНАМ

«ЭЛЕКТРОДИНАМИКА И РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН»

«ТЕХНИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИКА»

 

(для студентов направлений подготовки

6.050901 «Радиотехника»,

6.050903 «Телекоммуникации»,

6.170102 «Системы технической защиты информации»)

 

 

Рассмотрено на заседании кафедры

«Радиотехники и защиты информации»

Протокол № 2 от 18.09.07 г.

 

 

Утверждено на заседании учебно-

издательского Совета ДонНТУ

Протокол № 1 от 25.10.07 г.

 

ДонНТУ - 2007

 

П-19

УДК 535-12(076.5)

 

Методические указания к лабораторным работам по учебным дисциплинам «Электродинамика и распространение радиоволн», «Техническая электродинамика» (для студентов направлений подготовки 6.050901 «Радиотехника», 6.050903 «Телекоммуникации», 6.170102 «Системы технической защиты информации») / Сост.: В.В.Паслен, В.К.Ямилов, Е.С.Нестругина, Донецк: ДонНТУ, 2007 – 69с.

Дана методика проведения лабораторных работ, изложены требования к отчетам. Каждая лабораторная работа содержит краткие сведения по теме, примеры выполнения расчетов и контрольные вопросы по теме.

 

 

Составители: В.В.Паслен, доц.

В.К.Ямилов, ст. преп.

Е.С.Нестругина, асс.

 

 

Рецензенты: декан факультета «Компьютерных информационных технологий и автоматики» ДонНТУ, доцент, к.т.н. А.В.Хорхордин;

доцент кафедры физики ДонНТУ А.Л.Редько.

 

 

Подготовлено кафедрой "Радиотехники и защиты информации".

 

 

Ответственный

за выпуск: В.В.Паслен

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Лабораторная работа №1 «Изучение свойств радиоволн»…………………….5

1. Краткие сведения по теме……………..……………………….…..….……..5

2. Описание стенда………………………………………… ….…..…………..7

3. Порядок выполнения работы………....……...…………….……..………….8

Содержание отчета..………………….………………………………………...10

Контрольные вопросы…...…...……….………………………………………..10

Лабораторная работа №2 «Расчет параметров симметричного и коаксиального фидеров».………………………………………………………..11

1. Краткие сведения по теме…………………………………………………..11

2. Проводные фидеры……………...……………….…………………………12

3. Коаксиальные фидеры……………………………….……………..………14

Примеры расчета основных параметров фидеров……………………..…….15

Содержание отчета………………..….…...…………………………………...19

Контрольные вопросы……...………….………..……………………………..19

Лабораторная работа № «Распространение радиоволн в поглощающих средах»..................................................................………………………………..20

1. Краткие сведения по теме…………..…...…………………………………..20

2. Распространение радиоволн в поглощающих средах…..…………………21

Порядок выполнения расчетов……......……………….………………………22

Содержание отчета……...……...…….………………………………………...24

Контрольные вопросы..……………….………………………………………..24

Лабораторная работа №4 «Волноводные линии передачи энергии»..……….25

1. Краткие сведения по теме…………………….…………………………….25

Содержание отчета…………………………………...…...…………………...31

Контрольные вопросы………………………… ……………………………..32

Лабораторная работа №5 «Определение максимально применяемой частоты (МПЧ) по данным ионосферного прогноза.……………………….…………...33

1. Краткие сведения по теме….……………………...……………………….33

2. Определение МПЧ по прогнозам распространения радиоволн…………34

Примеры выполнения задания…..………………………………………...…36

Содержание отчета……..……………………………………………………..41

Контрольные вопросы…...………………………………………………..…..41

Лабораторная работа №6 «Определение геометрической видимости интервала трассы путем вычислений»..………………………………………..42

1. Краткие сведения по теме…...……………….…………………………….42

2. Определение геометрической видимости интервала трассы путем вычислений............................................................................................................43

Содержание отчета……..……………………………………………………..46

Контрольные вопросы…...………………………………………………..…..46

Лабораторная работа №7 «Определение координат пеленгуемых объектов»................................................................................................................47

1. Краткие сведения по теме............................................................................47

2. Ошибки вследствие неточности определения точки стояния пеленгатора на карте...................................................................................................................48

3. Угловые ошибки в определении пеленга....................................................48

4. Содержание топографического обеспечения наземного пеленгования...50

5. Выбор места по карте для установки пеленгатора.....................................50

6. Ориентирование радиопеленгаторов...........................................................51

7. Подготовка картографического материала для прокладки радиопеленгаторов................................................................................................52

8. Аналитический способ определения координат пеленгуемых радиосредств..........................................................................................................53

Содержание отчета……..……………………………………………………..54

Контрольные вопросы…...………………………………………………..…..54

Список используемой литературы.......................................................................55

Приложения...........................................................................................................56

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

 

ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ РАДИОВОЛН

 

Цель работы:исследование особенностей распространения радиоволн.

 

Краткие сведения по теме

 

Радиоволны представляют собой электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве со скоростью, близкой к скорости света в вакууме.

На распространение радиоволн оказывают влияние следующие основные факторы: длина волны, кривизна поверхности Земли, характер почвы, состав атмосферы, время дня и ночи, время года, состояние ионосферы, магнитное поле Земли, метеорологические условия и другие факторы.

Важными характеристиками радиоволны являются длина волны λ и частота f. Длина волны – это ближайшее расстояние между двумя точками пространства, где электрическое (или магнитное) поле находится в одинаковой фазе. Частота электромагнитных колебаний связана с длиной волны соотношением:

,

где λ – длина волны, м,

f - частота колебаний, Гц,

с – скорость распространения волны, м/с, (в вакууме она равна м/сек). При распространении в какой-либо другой среде скорость движения волны изменяется:

где V – скорость движения волны, м/с;

n – коэффициент преломления среды;

- диэлектрическая проницаемость среды.

Для любой среды, кроме вакуума, n >1.

В однородной среде, т.е. в среде, свойства которой не меняются по всему объему, волна движется прямолинейно с постоянной скоростью.

При переходе из одной среды в другую, на границе раздела двух сред, происходит преломление и отражение волны (рисунок 1.1). Волна частично проходит во вторую среду, причем направление движения её меняется, и частично отражается от границы раздела двух сред. При этом угол падения α равен углу отражения. Преломление луча вызывается изменением скорости распространения волны. Угол преломления β зависит от электрических свойств среды. Угол падения α и угол преломления β связаны соотношением:

,

где - диэлектрическая проницаемость одной и второй среды соответственно;

n₁ и n₂ – коэффициенты преломления первой и второй сред.

Рисунок 1.1 - Отражение и преломление радиоволн

 

При отражении и преломлении изменяется наклон фронта, фаза волны и амплитуда. Степень отражения радиоволн принято оценивать коэффициентами отражения, показывающими, какой части амплитуды напряженности падающей волны соответствует амплитуда напряженности отраженной волны:

 

Степень отражения зависит от состояния и электрических параметров отражающей поверхности, а также от поляризации радиоволн.

Когда свойства среды (коэффициент преломления) плавно меняются, т.е. среда неоднородна, волны непрерывно преломляются и движутся по криволинейной траектории (рисунок 1.2). Явление постепенного искривления траектории волны в неоднородной среде, в результате чего волна распространяется по криволинейной траектории, называется рефракцией.

 

 

Рисунок 1.2 – Распространение радиоволн в неоднородной среде

В случае, когда волна приходит из среды с большим коэффициентом преломления, при достаточно большом угле падения может наступить явление полного внутреннего отражения, т.е. вся энергия волны отразится от границы раздела двух сред и не проникнет во вторую среду. Явление полного внутреннего отражения может иметь место и в неоднородной среде, когда коэффициент преломления среды уменьшается в направлении движения волны. При этом волна не проникает дальше некоторого определенного расстояния.

Часто в место приема приходит не одна, а две или несколько радиоволн одной и той же частоты. Эти радиоволны могут иметь различные фазы, если они пришли от разных источников или от одного источника различными путями. Явление наложения радиоволн одинаковой частоты, но разной фазы, называется интерференцией.

Если на пути распространения радиоволн встречаются препятствия, то волны огибают его. Способность радиоволн огибать препятствия называется дифракцией.

Чем больше длина волны по сравнению с размерами препятствия, тем больше выражена дифракционная способность радиоволн. При больших размерах препятствия волны практически не огибают его, и за ним образуется область тени. Длинные волны обладают большей дифракционной способностью, чем короткие.