پرداخت حق عضویت سالیانه سایت
پرداخت حق عضویت سالیانه از این قسمت
تبلیغات
کانال تلگرام مجستیک
به کانال تلگرام مجستیک الکترونیک بپیوندید
انتقال موج راديو
مقدمه
مطالعه انتقال انرژي در بسامد راديو از يك نقطه (انتقال دهنده) به نقطه ديگر( در يافت كننده) انتقال موج راديو ناميده مي شود. امواج راديويي بخشی از طيف الكترومغناطيسي وسيعي هستند كه ازبسامدهاي خيلي پايين توسعه مي يابند این بسامدها بوسيله قدرت الكتريكي توليد مي شود و براحتي با بسامدهای بينهايت زياد پرتوي منظم افزايش مي يابند. بين این دو نقطه بي انتها باندهاي بسامد براي استفاده هاي روزانه وجود دارد. بسامدهاي راديو در سيستم هايي براي توليد صداهاي شنيدني. بسامدهاي راديو- نور مادون قرمز و ماوراء بنفش و اشعه x استفاده مي شود.
تمام امواج الكترومغناطيس بدون توجه به بسامد با همان سرعت منتقل مي شوند. نور در موج الكترومغناطيسي و سرعت انتقال به سرعت نور اشاره دارد (C) سرعت نور در خلأ 108×3m/sec است.سرعت هر موج به فاصله متوسط آن بستگي دارد اما براي سادگي معمولاً سرعت در خلأ را در نظر مي گيرند. بسامد موج با تعداد چرخشي در هر ثانيه يا هرتز(HZ)تعريف مي شودكه به طول موج X ارتباط دارد و به این صورت بيان مي شود. c/x=f. شكل 1- 1. 2
رديف هايي با باندهاي مختلف با طيف الكترومغناطيسي در بسامد و طول موج را نشان مي دهد.
معمولاً بسامد راديو در بخش زيري طيف الكترو مغناطيسي بسامدهاي اشعه ماوراء بنفش قرار مي گيرد. در حال حاضر حد بالايي بسامدهاي راديويي تقريباً GHZ100 است . در طيف بسامد راديو باندهايي از بسامد وجود دارد كه به منظور انتقال راديويي اختصاص دارد. روش ها و بخش هاي زير در باندهاي طيف بسامد راديو بكار مي روند.
تقسيمات بسامد باند AM شامل بسامد متوسط (MF) KHZ300 تا 3 MHZ است. بسامدهاي باند FM و بخش باند TV حاوي باند VHF است كه از 30MHZ به 300MHZ توسعه مي يابد. بقاي تقسيمات TV شامل باند UHF از MHZ300 به GHZ3 است. تقسيمات براي خدمات كمكي انتشار راديويي مثل دستگاه انتقال صداي گرامافون متحرك- استاديو يا اتحالات انتقال دهنده- ايستگاه تقويت ITES, MDS- intercity كه با باندهاي SHF, UHF-VHF-MF(بيشترين بسامد بالا) پراكنده مي شوند. نمودار 1-1. 2 بعضي از تقسيمات طراحي اند. را در منطقه انتقال راديويي نشان مي دهد. براي خدمات كمكي تقسيمات از يك زمان به زمان ديگر تغيير مي كنند همانطور كه نيازهاي مختلف مناطق براي بسامدهاي راديويي تغيير مي كند و تكنولوژي براي تجهيزات اصلاح مي شود.
انتقال كميت: انرژي كه در يك انتقال دهنده ساتع مي شود ممكن است مسافتهاي مختلفي را طي كرده باشد تا ما آن را دريافت كنيم. مسير موج راديو به چند عامل بستگي دارد این عوامل شامل : بسامد – نوع آنتن و ارتفاع آن- شرايط جوي زمين. امواج زميني همان امواج راديويي هستند كه فقط از سطح زمين انتقال مي يابند. گرچه تمام امواج راديويي چند موج زميني تركيب كننده دارند چون زمين به طور متوسط يك محيط قابل انتقال است ولي آن شديداً امواج راديويي را تضعيف مي كند (نازك مي كند). این تضعيف با بسامد افزايش مي يابد پس این نوع انتقال فقط براي بسامدهاي زير MHZ30 مفيد است . جو زمين براي انجام يك فاصله كافي زمين را ترجيح مي دهد چون زمين يك مخابره واسطه است. همانطور كه در شكل 2-1. 2 توضيح داده شده جو شامل چند لايه مختلف است.
تروپوسفر لايه اي است كه از سطح زمين تا Km16 بالاي زمين ادامه دارد. این لايه روش اصلي انتقال بسامدهاي بالاي MHZ30 است و انتقال از طريق این لايه به شرايط آب و هوايي بستگي دارد. لايه بعدي استراتوسفر است كه تا 40 Km بالاي زمين ادامه دارد این لايه اثر زيادي روي انتقال امواج راديويي ندارد. يونسفرتاKm400 بالاي سطح زمين ادامه دارد. این منطقه مسئول محيطي است كه هوا به اندازه كافي يونيزه شده است. بيشتر به وسيله اشعه ماوراء بنفش خورشيد امواج راديويي زير MHZ30 را منعكس يا جذب مي كنند. يونوسفر دائماً تغيير مي كند و معمولاً حاوي لايه هاي جزئي زير است.
1) لايه O . این لايه در ارتفاع km 50 تا km 90 وجود دارد و در طول ساعات روشن روز بوجود مي آيد . تراكم الكترون مستقيماً به بزرگي زاويه خورشيد بستگر دارد. این لايه امواجي كه بسامدهاي بالا و متوسطي دارند را جذب مي كند.
2) لايه E. این لايه در ارتفاع km110 وجود دارد و براي انتقال امواج با بسامد متوسط در زمان شب مهم است. يونيزاسيون این لاتيه كاملاً به زاويه بزرگي خورشيد بستگي دارد. در زمانهاي بي نظم خاصي مثل زمانهاي ابري ممكن است يونيزاسيون زياد اتفاق نيفتد. این مناطق به عنوان sporqrdic E معروف است و گاهي اوقات مانع از امواجي كه به لايه E نفوذ كرده اند و مي خواهندلايه هاي بالاتربروند مي شوند.لايه sporqrdic E در طول تابستان و زمستان رايج است. این لايه در طول تابستان در طولاني ترين زمان تشكيل مي شود از ماه مي تا آگوست و در زمستان فقط در ماه دسامبر وجود داردر ماه هاي ميانه تابستان زماني كه تراكم الكترون در بالاترين سطح آن است نشانه هاي TV در باند VHF در مسافت هاي بيش از 100 يا 1000 كيليومتري منتقل مي شود.
3) لايه 1F . این لايه در ارتفاع 175 تا 200 كيلومتري و فقط در طول روز به وجود مي آيد امواجي كه به لايه E نفوذ مي كنند به این لايه نيز نفوذ مي كنند و با لايه 2F منعكس مي شوند. این لايه جذب اضافي امواج را شروع مي كند.
4) لايه 2 F. این لايه در بالاي مرزهاي جو (250 تا 400 km) و درتمام مدت وجود دارد. گرچه ارتفاع و تراكم الكترون با تغيير شب و روز- فصل ها و چرخه هاي لكه هاي خورشيدي تغيير مي كند. در طول شب لايه 1F با 2F واقع در 300 كيلو متري تركيب مي شود. علاوه بر این كاهش لايه هاي D,E در شب باعث مي شود كه تراكم و صدا بيشتر از روز باشد.
انتقال فضاي آزاد
براي ارزيابي و مقايسه انتقال امواج راديويي در شرايط مختلف موسوم است كه يك استاندارد مرجع بوجود آوريم. این استاندارد اتلاف امواج منتقل شده در فضاي آزاد بين دو آنتن دلخواه را محاسبه مي كند . ساده ترين حالت ارزيابي تابش ساتع شده از يك منبع ايزوتروپيك است: يك انتن دلخواه انرژي را با تراكم يك نواختدر تمام مسير ها مي تاباند. آنتن ايزوتروپيك به منبع نور مثل شمع شباهت دارد. تراكم انرژي به طور متناسبي با تراكم مربع فاصله از منبع متفاوت است. قدرت تغيير هر واحد( 2w/m ) Pa دريك فاصله (m)d ازاتلاف آنتن ايزو تروپيك آزاد وتابش قدرت Pt(w) به این روش بدست مي آيد: 1) 2dπ4Pa = Pt/
2dπ4 سطح دايره درفاصله d(m) از منبع است. قدرت موجود ازاتلاف آنتن آزاد Pr از قدرت متغيير هر واحد(Pa ) ومنطقه روزنه مؤثر آنتن دريافت (Ae ) توليد مي شود. این منطقه به استفاده از آنتن ارتباط دارد وبه این طريق بيان مي شود. 2) π 4/2Ae= Gλمنطقه روزنه وفوايد آن براي آنتن مخصوص درچاپ ششم كتاب جيبي مهندسي MAB صفحه 121 ديده مي شود. دراتلاف آنتن ايزوتروپيك آزاد 1= G اتلاف انتقال فضاي آزاد اصلي اينگونه تعريف مي شود: 3) 2(λ/2dπ4 Lbf = Pt / Pr = (
Dو λهمان واحد هاي قبلي هستند این معادله درشكل عادي تر دوباره نوشته شده است.
4) log(d) 20+ log(F)20+44/32Lbf =
F بسامد مگاهرتز وd فاصله بين آنتن ها دركيلومتر است. درمعادله بالا اتلاف آنتن آزاد دلخواه مورد نطر است. درسيستم هاي واقعي جهاني استفاده از آنتن يك عامل مهم است. اتلاف انتقال L با استفادده ازآنتن تركيب مي شود وبه این صورت تعريف مي شود.
5) L=Lbf – (Gt – Gr + Ld)
دراين معادله Gt وGr آنتن فضاي آزاد هستند كه با توجه به ايزو تروپيك به ترتيب براي انتقال ودريافت آنتن مورد استفاده قرارمي گيرند. Ld روزنه اتلاف اتصال واسطه يا اتلاف اتصال دو قطبي بين آنها ست . مقدار Db,Ldo صفر است.
درزمان انتقال ودريافت آنتن همان دو قطبي را دارد.
با توجه به منطقه اصلي پوشش ايستگاه انتقال راديويي معيارها را بيشتر با واحدهايي ازميدان قوي بيان مي كنند. ميدان قوي (RMS ) مربع متوسط ريشه (v/m)E درجايي كه تراكم قدرت موج را (w/m2 )Pa داريم به این طريق بدست مي آيد. 6) dPaπ E= 12.
π 12 impedence فضاي آزاد است. ميدان قوي به قدرت موجود از اتلاف آنتن ايزوتروپيك آزاد ارتباط دارد با تركيب معادله 1-3و6 این معادله را بدست مي آيد.
7) Pr/λ2 2π.E= 48
نوع مفيد تر ميدان فضاي آزاد با واحدهاي لگاريتمي بالاي يك ميكروولت در متر بيان مي شود دراين حالت F درمگاهرتزو2P بيشتر ازkm 1 است.
8) E=(dBu)= 1.7/2+Pr+2.log(F)dBu
ميدان الكتريكي با انتقال قدرت تابيده شده(w) Pt درفاصله d(m) درفضايي آزاد توليدمي شود كه از معادلات 1-3و6 مشتق شده است. 9) E= 3.p+/d2
درواحدهاي لگاريتمي 1p دردسيبل بالاي يك كيلو وات (dBk ) بيان مي شود d دركيلومتر است وآنتن انتقال دردسيبل هاي ايزومتروپيك بيشتر ازGt استفاده مي كند.
10) E(dBu)=1.5+Pt+G1-20log(d)
با استفاده ازهمان واحدها ميدان قوي E(dBu) براي محيط هاي بدون فضاي آزاد به انتقال اصلي ارتباط دارد. 11) 137+20log(f)+Pt+Gt-E=Lb(Db)
این معادلات براي توصيف خصوصيات انتقال شكل گرفته اند. گرچه آنها درعوامل دنياي واقعي محاسبه نمي شوند. به اندازه كافي سيستم راديويي واقعي توضيح داده شده است. اتلاف اضافي بايد معادلات مشتق شده فضاي آزاد بالا اضافه شود.
وجود زمين: زماني كه آنتن هاي دريافت و انتقال روي زمين قرار مي گيرند انتقال امواج راديويي از مدلهاي فضاي آزاد موجود در بالاي زمين تغيير مي كند. امواج راديويي كه به زمين نفوذ كردند بخش از آنها جذب مي شود و بخشي از آنها منعكس شده يا جذب شده به بسامد و پايداري زمين بستگي دارد: انتقال و نفوذ پذيري الكتريكي.
انتقال روي سطح زمين
در شكل 3-1. 2
موقعيت هندسي انتقال دلخواه بين دو آنتن روي سطح زمين نشان داده شده است. این هندسه براي آنتن هايي كه بدقت تعيين محل شده اند معتبر است تا جاييكه منحني زمين يك عامل نيست حتي آنقدر از هم دور هستند كه انرژي ممكن است به عنوان يك سطح موج شرح داده شودو نظريه پرتو به كار برده مي شود. مجموع پرتوهاي كوچك Φ معتبر است و شايسته چند توضيح اضافي است. واحد Ed ميدان الكتريكي فضاي آزاد استكه در فاصله d(m) با پرتو مستقيم توليد مي شود. [R