Билет 21

1. Механизмы дальнего распространения УКВ. УЛЬТРАКОРОТКИЕ ВОЛНЫ (УКВ) - традиционное название диапазона радиоволн, объединяющего метровые, дециметровые, сантиметровые и миллиметровые волны (или диапазоны очень высоких частот - ОВЧ, ультравысоких частот-УВЧ, сверхвысоких частот - СВЧ, крайне высоких частот - КВЧ).  Распространение УКВ в осн. происходит в пределах прямой видимости.  Существенной особенностью УКВ является отсутствие регулярного зеркального отражения от ионосферы. Исключением являемся загоризонтное распространение радиоволн. Для тропосферы характерны следующие механизмы загоризонтного распространения УКВ: нормальная (стандартная) рефракция лучей, рассеяние на турбулентных флуктуациях показателя преломления, каналирование энергии в тропосферном волноводе, отражение от приподнятых инверсных слоев. УКВ широко применяются в системах связи и вещания. Большинство таких систем работает в пределах зон, ограниченных условиями прямой видимости корреспондирующих пунктов. Увеличение дальности связи до неск. тыс. км достигается в т. н. радиорелейных линиях (РРЛ) - цепочке ретрансляционных станций, отстоящих друг от друга на расстоянии прямой видимости. В РРЛ используют волны УВЧ- и СВЧ-диапазонов. Большая ширина диапазонов УКВ по частоте и возможность создания узконаправленных антенных систем позволяют применять УКВ-диапазон для создания широкополосных и многоканальных магистральных линий связи. Использование в РРЛ в качестве ретранслятора ИСЗ обеспечивает связь между наземными пунктами, удалёнными более чем на 10 тыс. км. Разрабатывается новое поколение РРЛ-цифровые РРЛ (ЦРРЛ). Поскольку занимаемая ЦРРЛ полоса пропускания достигает 100 МГц (что во много раз превышает полосы пропускания обычных РРЛ), то очевидно, что ЦРРЛ будут работать в осн. на частотах выше 10 ГТц. Диапазон УКВ является единственным, в к-ром осуществляются телевиз. передачи и организуется высококачественное частотно-моду-лир. радиовещание. В тех случаях, когда размещение ретрансляторов в РРЛ на расстояниях прямой видимости затруднено (напр., в труднодоступных местах), используются линии дальней тропосферной радиосвязи. Для создания таких линий связи применяют антенны, имеющие КНД ~50-55 дБ и спец. приёмную аппаратуру, повышающие надёжность работы радиолинии связи в условиях случайных изменений уровня сигнала.

2. Стоячие и бегущие волны. Коэффициент отражения, КБВ Стоя́чая волна́ — колебания в распределенных колебательных системах с характерным расположением чередующихся максимумов (пучностей) и минимумов (узлов) амплитуды. Практически такая волна возникает при отражениях от преград и неоднородностей в результате наложения отражённой волны на прямую. Главное отличие от бегущей волны заключается в том, что в стоячей волне не происходит распространение энергии. Примером стоячей волны могут служить колебания в струне, один конец которой закреплён, а другой колеблется под действием внешней силы. Чисто стоячая волна, сторого говоря, может существовать только при отсутствии потерь в среде и полном отражении волн от границы. Обычно, кроме стоячих волн, в среде присутствуют и бегущие волны, подводящие энергию к местам её поглощения или излучения. Главное отличие от бегущей волны заключается в том, что в стоячей волне не происходит распространение энергии. Бегущая волна — волновое движение, при котором поверхность равных фаз (фазовые волновые фронты) перемещается с конечной скоростью (постоянной для однородной среды). С бегущей волной, групповая скорость которой отлична от нуля, связан перенос энергии, импульса или других характеристик процесса. Бегущая волна - волна, которая при распространении в среде переносит энергию (в отличие от стоячей волны). Примеры: упругая волна в стержне, столбе газа, жидкости, электромагнитная волна вдоль длинной линии, в волноводе.

Коэффицие́нт отраже́ния — общее название двух безразмерных величин, характеризующих отражение волн от нагрузки в коаксиальной, симметричной, полосковойили волноводной линии передачи. Коэффициент отражения по напряжению

Коэффициент отражения по напряжению — комплексная величина, равная отношению амплитуд отражённой и падающей волны:

K_U = U_отр / U_пад = |K_U|e^jφ

где |K_U| — модуль коэффициента отражения, φ — фаза, определяющая запаздывание отражённой волны относительно падающей.

Коэффициент отражения по напряжению однозначно связан с соотношением волнового сопротивления линии и импеданса нагрузки:

K_U = ( Z_нагр - ρ ) / ( Z_нагр + ρ )

где Z_нагр — импеданс нагрузки, ρ — волновое сопротивление линии.

Коэффициент отражения по мощности Коэффициент отражения по мощности — скалярная величина, показывающая долю отражённой мощности относительно падающей:

K_P = P_отр / P_пад = |K_U|² Коэффицие́нт бегу́щей волны́ (КБВ) — отношение наименьшего значения амплитуды напряженности электрического или магнитного поля бегущей волны в линии передачи к наибольшему. КБВ является величиной, обратной коэффициенту стоячей волны. Выражение коэффициента бегущей волны через различные величины

• С амплитудами падающей ( U_пад) и отраженной ( U_отр) волн в линии КБВ связано соотношением:

K_бв = (U_пад - U_отр) / (U_пад + U_отр)

• Через коэффициент отражения по напряжению ( K_U ) КБВ выражается следующим образом:

K_бв = (1 - K_U) / (1 + K_U)

• При чисто активном характере нагрузки КБВ равен:

K_бв = R / ρ при R < ρ или

K_бв = ρ / R при R ≥ ρ

где R — активное сопротивление нагрузки, ρ — волновое сопротивление линии

3. Параметры параболических антенн, диапазоны рабочих частот, область применения, облучатели. Спутниковая антенна — зеркальная антенна для приёма (или передачи) сигнала или размещенная на спутнике. Самыми распространёнными спутниковыми антеннами являются параболические антенны (их обычно и называют спутниковыми). Спутниковые антенны имеют различные типы и размеры. Наиболее часто в мире подобные антенны используются для приёма и передачи программ спутникового телевидения и радио, а также соединения с Интернетом. Существует 2 основных вида параболических антенн — прямофокусные и офсетные. Прямофокусная (осесимметричная) антенна является антенной с апертурой в виде параболоида вращения. Диаметр антенны определяет ее усиление и соответственно стабильность приема спутниковых сигналов. В зависимости от используемого геостационарного спутника, диаметры приемных антенн могут быть от 0,55 м до 5 м. В фокусе параболического зеркала установлены облучатели. Обычно такие антенны используются для приёма сигналов в C-диапазоне и в Ku-диапазоне. Параболические антенны используются и для передачи сигналов на спутники. К облучателям спутниковых антенн присоединяют малошумящие усилители (МШУ) с низкими уровнями шумов и конверторы, что позволяет усиливать высокочастотный сигнал непосредственно после облучателей и конвертировать его в сигнал промежуточной частоты. Сигнал промежуточной частоты передаётся уже по кабелям, соединенными с конвертерами для дальнейшего усиления и детектирования. Офсетная антенна — наиболее распространена в индивидуальном приёме спутникового телевидения, хотя в настоящее время используются и другие принципы построения наземных спутниковых антенн. Офсетная антенна представляет собой несимметричную вырезку из параболоида вращения с облучателем в фокусе параболоида. Фокус такого сегмента расположен ниже геометрического центра антенны. Это устраняет затенение полезной площади антенны облучателем и его опорами, что повышает ее коэффициент полезного использования при одинаковой площади зеркала с осесимметричной антенной. К тому же, облучатель установлен ниже центра тяжести антенны, тем самым увеличивая ее устойчивость при ветровых нагрузках. Зеркало офсетной антенны крепится почти вертикально. В зависимости отгеографической широты угол ее наклона немного меняется. Такое положение исключает собирание в чаше антенны атмосферных осадков, которые сильно влияют на качество приема. На просвет антенна представляет не круг а эллипс, вытянутый по вертикали. Размеры офсетной антенны обычно приводят в эквиваленте усиления по отношению к прямофокусным. Если по горизонтали данный размер совпадает, то по вертикали он будет, примерно, на 10 % больше. Обычно офсетные антенны используются для приёма сигнала С и Ku-диапазона (в линейной и круговой поляризации). Однако возможен и приём сигнала в Ка-диапазоне, а также комбинированный. Реже, в качестве спутниковой, используются тороидальные антенны. Тороидальные антенны имеют меньшее усиление, но более широкую диаграмму направленности, что позволяет легче навестись на спутник или работать одновременно с несколькими спутниками.