Šíření EM vlny reálným prostředím

1. Šíření EM vlnyreálným prostředím

2. Přenosové prostředí

3. Přímá vlna (1) • Do 1 GHz - > jako šíření vakuem • Eef…efektivní intenzita pole ve vzdálenosti r • P…vyzářený výkon, D…činitel směrovosti vysílací antény • Nad 1 GHz -> dodatečný útlum • Útlum hydrometeory – atmosférické srážky (déšť, sněžení, mlha..). Útlum závisí na kmitočtu vlny, druhu a intenzitě srážek. Např. mírný déšť (4 mm/hod) způsobí na kmitočtu 10 GHz útlum asi 0.05 dB/km. Na kmitočtu 20 GHz jsou již decibelové hodnoty útlumu téměř desetkrát větší!

4. Přímá vlna (2) • Rezonance molekul – vlastní rezonance atm. plynů (kyslík, dusík a vodní páry). Je-li kmitočet vlny blízký rezonanci molekul, dochází k útlumu v úzkých pásmech. Mimo ně je útlum malý -> atmosférická okna (80GHz, 60GHz). • Atmosférická refrakce – se změnou výšky se mění i permitivita (změna tlaku). Vlna má větší fázovou rychlost -> ohyb trajektorie k Zemi. Dráha je obloukem o r = 25000km. Při výpočtech se aproximuje dráha přímkou -> zvětší se poloměr Země. Ref = 8500km • kR = 8500/6380 = 4/3

5. Přímá vlna (3) • Podmínkaspojení: - Fresnelovy zóny - Přímá rádiová viditelnost x oblast stínu (difrakce)

6. Přímá vlna (4)

7. Přímá vlna (5)

8. Prostorová vlna (1) • Přímá + odražená – je-li délka vlny více než 10cm, může se již vlna odrážet od zemského povrchu. Musí být splněna podm. přímé viditelnosti. Uplatní se i atm. refrakce. • Matematicky:

9. Prostorová vlna (2) • Reálný terén: výšky antén jsou uvažovány nad rovinou odrazu -> nutnost znát profil terénu -> DMT • Pro malé výšky:

10. Prostorová vlna (3) • Činitel odrazu: • kde:

11. Prostorová vlna (4)

12. Prostorová vlna (5) Vliv reálného terénu Překážky na trase -> difrakce Při výpočtech se překážka aproximuje vhodným tělesem (břit, kulový vrchlík) a určí se její útlum.

13. Prostorová vlna (6)

14. Prostorová vlna (7)

15. Prostorová vlna (8) function[Ev,Eh] = spacwave( h1,h2,r,epr,gam,f,P,D) lam = 3e+8/f; % vlnová délka k = 2*pi/lam; % vlnové číslo delta = atan( (h1+h2)/r); % elevační úhel del_r = 2*h1*h2 / r; % rozdíl drah vln E0 = sqrt( 30*P*D) / r; % intenzita přímé vlny term1 = epr - j*60*lam*gam; % pomocné členy term2 = sqrt( term1 - cos( delta)^2); term3 = term1*sin(delta); rhoh = (term3-term2) / (term3+term2); % horizont. rhov = (term1-term2) / (term1+term2); % vertikál. Ev = E0 * abs( 1 + rhov*exp(j*k*del_r)); % vertikál.pol. Eh = E0 * abs( 1 + rhoh*exp(j*k*del_r)); % horizont.pol.

16. Prostorová vlna (9)

17. Povrchová vlna (1) • Antény jsou v malé výšce nad terénem • Šíření povrchové vlny je difrakcí vlny na kulovité Zemi jako na dielektrickém a částečně vodivém prostředí • Útlum povrchové vlny závisí na: • - kmitočtu: s rostoucím kmitočtem stoupá • - vodivosti půdy: s rostoucí vodivostí klesá • - polarizaci vlny: útlum horizontálně polarizované vlny je asi o 2 řády větší než u vertikálně polarizované vlny

18. Povrchová vlna (2) Pro dlouhé trasy je výpočet intenzity pole v místě příjmu obtížný kvůli zakřivení zemského povrchu-> využívá se spádových křivek pro D = 1, EiRP = Pav.Gt = 1W, vertikální polarizaci a danou vodivost půdy.

19. Povrchová vlna (3)

20. Povrchová vlna (4)

21. Povrchová vlna (5)

22. Ionosférická vlna (1) Ionosféra se nachází ve výškách od 40km a výše Vlastnosti ionosféry se mění během dne, roku a jedenáctiletého slunečního cyklu. Kritický kmitočet: Kmitočet, pro který prostředí vykazuje nulovou permitivitu

23. Ionosférická vlna (2) Kmitočet, při kterém se ještě vlna odrazí při kolmém dopadu. Při šikmém dopadu se odrazí i vlna s vyšší frekvencí fmax > fkrit

24. Ionosférická vlna (3) • Spojení ionosférickou vlnou vyžaduje pečlivý návrh pracovního kmitočtu • Nesmí být moc vysoký, aby byla splněna podm. odrazu ve vrstvě F2 • Nesmí být moc nízký, protože je pak vlna tlumena ve vrstvě E. • MUF – maximální pracovní kmitočet (odraz v F2) • LUF – minimální pracovní kmitočet (útlum ve vrstvě E) • FOT – optimální kmitočet -> 0,85MUF Pro návrh spojů se vydávají ionosférické předpovědi (AVČR) Dosah spojení jedním skokem až 4000km

25. Ionosférická vlna (4)

26. Literatura • FUJIMOTO, K., JAMES, J. R. Mobile Antenna Systems Handbook. 2nd Edition. Norwood: Artech House. 2001. • ČERNOHORSKÝ, D., NOVÁČEK, Z. Navrhování rádiových spojů. Skriptum VUT. Brno: 1992.