Pytania od Pluty

2. Zakres częstotliwości telekomunikacyjnych systemów mikrofalowych

f. decymetrowe 1-10dm f=0.3- 3GHz

f. centymetrowe 1-10cm f=3 - 30GHz

f. milimetrowe 1-10mm f= 30- 300GHz

f. submilimetrowe <1mm f> 300GHz

4. Charakterystyka anten parabolicznych mikrofalowych.

- bardzo duża kierunkowość (szpilkowa charakterystyka promieniowania) i zysk energetyczny dochodzący do 50 dB.

- budowa: wiązka promieni padająca równolegle na reflektor skupia się w jednym punkcie zwanym ogniskiem. Umieszczając w tym miejscu źródło oświetlające czyli promiennik, przechwytujemy prawie całą energię padającą na reflektor. Jeśli promiennik wysyła fale, to po odbiciu od reflektora są one równoległe, co zapewnia duży zysk energetyczny.

- poziom listka wstecznego i listków bocznych zależy od zjawiska przelewania się poza aperturę energii wytworzonej przez źródło zasilające, przez co zmniejsza się zysk energetyczny.

- zazwyczaj jako antenę oświetlającą stosuje się koniec falowodu kołowego

- anteny paraboliczne głębokie są mniej wrażliwe na szum ziemi, główną wadą jest to, że zbiera się tam śnieg i woda, która powoduje zmiany charakterystyki promieniowania i zysku energetycznego wzrost składowej pojemnościowej impedancji i wzrost WFS.

- w przypadku gdy jest wymagany duży zysk np. do odbioru programów satelitarnych, stosuje się symetryczne anteny paraboliczne. Wadą tych anten jest to, że zacieniają część reflektora, która jest wyeliminowana z odbioru fal.

Budowa anteny parabolicznej:

5. Strefa Fresnela - jest to obszar propagowania energii sygnału radiowego znajdujący się wzdłuż linii łączącej nadajnik i odbiornik fal.

Pierwsza strefa Fresnela kształtem przypomina cygaro ulokowane między masztami radiowymi nadajnika i odbiornika. Jego kształt zależy od różnych czynników m.in. od częstotliwości sygnału. Im wyższa częstotliwość radiowa tym kształt strefy Fresnela jest smuklejszy, zgodnie z wzorem, opisującym promień pierwszej strefy Fresnela:

w którym:

r oznacza promień pierwszej strefy w badanym miejscu między nadajnikiem a odbiornikiem

d_nad i d_odb oznaczają odległości od nadajnika i od odbiornika

d oznacza odległość pomiędzy nadajnikiem i odbiornikiem

λ oznacza długość fali radiowej.

W połowie trasy pomiędzy nadajnikiem i odbiornikiem promień tej strefy jest największy i wynosi:

Obiekty (wzgórza, drzewa, budynki itp.) znajdujące się w pierwszej strefie Fresnela mają wpływ na jakość propagacji fali: im jest ich więcej i im są większe, tym gorsze warunki przesyłu sygnału.Następne (druga i kolejne) strefy Fresnela układają się koncentrycznie wokół pierwszej strefy i nie mają istotnego znaczenia w propagacji fal radiowych. Pierwsza strefa Fresnela musie być czysta w 60 % aby można było przeprowadzić poprawną transmisję.

Strefa Fresnela składa się z trzech kręgów położonych współosiowo. W zależności od rodzaju przeszkody występuje różne tłumienie. Jeśli przeszkoda dotyka osi między anteną nadawczą i odbiorczą, tłumienie pola wynosi 6dB dla ostrza i 20 dB dla kuli. Jeśli przeszkoda zajmuje nie więcej niż 40 % promienia pierwszej strefy to pole ma identyczną wartość jak dla wolnej przestrzeni, czyli braku przeszkody.

6. LOS i zastosowanie

LOS ( Line Of Sight ) - jest to model łącza o pełnej widoczności optycznej, wymagający całkowicie przejrzystej pierwszej strefy Fresnela. Jeśli kryterium to nie zostanie spełnione (w obszarze pierwszej strefy Fresnela pojawią się obiekty zakłócające widoczność obu anten), nastąpi znacząca redukcja mocy sygnału, co znacznie zdegraduje jakość transmisji. Wielkość strefy zależy od częstotliwości pracy i odległości, w jakiej znajdują się nadajnik i odbiornik.

NLOS (Non Light Of Sight) - jest to model łącza, w którym sygnał dociera do odbiornika w wyniku odbić, rozproszeń i ugięć. Odbiornik odbiera kilka różnych sygnałów, dochodzących do niego różnymi ścieżkami i w konsekwencji posiadających różne opóźnienia, tłumienie oraz polaryzację w odniesieniu do sygnału ścieżki bezpośredniej. Standard jest stosowany głownie w miastach gdzie z czasem w strefie Fresnela zaczęły wyrastać nowe budynki.

7. Typowa odległość urządzeń n/o linii radiowej przy barku wzniesień i masztów, max.

Maksymalna odległość anten od siebie to 9.5km. Aby przeprowadzić transmisją na dalsze odległości stosuje się przekaźniki. Dla wysokości przekaźnika równej 100m, maksymalny zasięg wynosi 82km.

9. Wzór na zysk systemowy mikrofalowego łącza radiowego

G(dB)= Pt-Pr= Fm+Lp+Lf+Lb-Gt-Gr

Pt- moc wyjścia na nadajniku

Pr- minimalna czułość odbiornika

Fm- margines zaniku dla zadnego wskaźnika jakości

Lp- straty tłumienia w wolnej przestrzeni

Lf, Lb- straty zasilania, sprzęgania

Gt, Gr- zyski transmitera i receivera dla anteny

1. Półdupleks TDD

TDD -TimeDivisionDuplex-będącym w zasadzie trybem halfduplex,

W układzie z architekturą TDD (TimeDivisionDuplex) transmisja odbywa się z dupleksowym podziałem czasowym. Oznacza to, że nadawanie i odbiór odbywają się na w tym samym kanale radiowym i tylko w jednym kierunku w danym momencie.

Zalety TDD

• •Nie występują zakłócenia pomiędzy sygnałami nadawania i odbioru,

• •Znaczne oszczędności mocy,

• •Tania konstrukcja,

• •Łatwe do zaimplementowania z technikami anten inteligentnych,

• •Dowolnie regulowany stosunek downloadudo uploadu.

Wady TDD:

•Nie możliwe nadawanie i odbiór w tym samym czasie co powoduje większe opóźnienia, •Redukcja przepustowości,

•Bardziej złożona konstrukcja warstwy MAC (konieczna synchronizacja szczelin poszczególnych użytkowników w każdym kierunku transmisji),

•Użytkownicy powinni być w odpowiedniej odległości od siebie (w celu uniknięcia wzajemnych zakłóceń),

•Mniejsza możliwa liczba użytkowników na danym obszarze niż w FDD

12. Rodzaje zaników w transmisji mikrofalowej dla radiolinii

Zaniki można podzielić ze względu na mechanizmy ich powstawania, wyróżniamy;

• zaniki interferencyjne- spowodowane wpływem odbić od powierzchni ziemi oraz propagacją wielodrogową w atmosferze

• zaniki opadowe- wywołane absorbcją i rozpraszaniem energii fali w opadach deszczu, śniegu, gradu itp.

• zaniki dyfrakcyjne- wywołane na skutek wzrostu tłumienia wywołanego ekranującym działaniem przeszkód terenowych na skutek ugięcia (dyfrakcji fali radiowej)

• zaniki mocy- spowodowane nietypowym ugięciem fali radiowej lub prowadzenia jej w dukcie, co jest równoważne wzrostowi tłumienia w wolnej przestrzeni.

Zaniki mogą powstawać na skutek zjawiska wielodrogowości, kiedy to do anteny dociera promień bezpośredni i promień odbity od ziemi, prowadzony w dukcie lub drugi promień bezpośredni docierający inna droga. Zanik te są uzależnione od częstotliwości. Zaniki powstają tez na skutek przesunięcia wiązki, która przestaj docierać do anteny, są to zaniki mocy dochodzące do 20-30dB i trwające kilka godzin.

13. Model łacza (zeszyt- dwie anteny), typowa zawartość projektu, praktycze obliczanie bilansu mocy- może być zadanie

Etapy projektowania łącza:

• wybór lokalizacji (alternatywny)

• konstrukcja profilu wiązki

• pomiary lokalizacji

• obliczenia bilansu łączą

• analiza otrzymanych osiągów

• specyfikacja sprzętu

Bilans mocy łącza:

Pr=Pt-Lt-Gt-Lp-Gr-Lr

Lp=94,25 +20log(D) +20log(f) lub inny wzór Lp=20log(λ/4Πr)

14. Def. marginesu zaniku

Jeżeli moc sygnału odebranego Pr wynosi 60dBm i czułość odbiornika wynosi 84dB, to zapas nazywany też marginesem zaniku jest równy 24dB. Jest to różnica czułość odbiornika i sygnału odebranego.

Jedną z metod przeciwdziałania zanikom jest zwiększenie mocy nadajnika o pewną wartośc, zwaną marginesem zanikowym. Może to jednak spowodować wzrost interferencji, zakłócając innych łącza.

Pytania do Szczota:

1. Radar pierwotny i radar wtórny

Zasadniczo radary dzielą się na radary pierwotne i wtórne.
Radar pierwotny wykorzystuje energię fal radarowych, odbitych od obiektów znajdujących się w jego zasięgu. Radar wtórny natomiast wykorzystuje urządzenie odzewowe (transponder), umieszczone na pokładzie samolotu. Odpowiedź transpondera jest dodatkowym „echem" samolotu i może zawierać kod umożliwiający identyfikację samolotu i wysokość lotu. W transpondery są wyposażone wszystkie samoloty komunikacyjne. Najczęściej radar pierwotny i radar wtórny są używane są razem, jako jeden system. Ich anteny nadawczo - odbiorcze najczęściej są połączone. W niektórych konstrukcjach anteny osłania się plastykową kopułą. Mogą one wtedy mieć lżejszą konstrukcję, bo nie muszą wytrzymywać naporu wiatru i bezpośredniego działania opadów.

Radar wtórny

Nadajnik radaru wtórnego wysyła ciągi impulsów, zwane zapytaniami na częstotliwości 1030 MHz. Zapytania są wysyłane kierunkowo, zupełnie tak samo, jak impulsy sondujące radaru pierwotnego. Jeżeli zapytanie zostanie odebrane przez antenę transpondera na pokładzie samolotu i zostanie zidentyfikowane jako prawidłowe, transponder odpowie innym ciągiem impulsów (odpowiedzią) na częstotliwości 1090 MHz.

Praca radaru pierwotnego obejmuje trzy etapy:

 Nadawanie

 Odbiór

 Zobrazowanie

2. Wpływ mikrofal na organizmy żywe

Mikrofale oddziałują na organizmy żywe. U ludzi mogą spowodować zwiększenie temperatury organizmu, uczucie zmęczenia, senności lub zdenerwowania, bóle głowy, uczucie apatii, zaburzenia pamięci, zmiany metabolizmu. Za sferę bezpieczną uważa się obszar, w którym średnia gęstość strumienia mocy stacjonarnej mikrofal jest mniejsza niż 0,1 W/m². Strefa o gęstości przekraczającej 100 W/m² jest bardzo niebezpieczna i nie wolno w niej przebywać ludziom.

Fale mikrofalowe mogą wywoływać chorobę mikrofalową. U ludzi pracujących przy radarach wykryto zmiany czynności bioelektrycznej mózgu oraz zwiększoną wrażliwość na kardiozol u osób skażonych promieniowaniem z zakresu mikrofalowego z racji wykonywania zawodu. Zmiany genetyczne pod wpływem promieniowania pola elektromagnetycznego opisano także w 1965 roku w USA. Wśród dzieci ojców zatrudnionych przy obsłudze urządzeń radarowych stwierdzono częstsze występowanie zespołu Downa czyli tzw. mongolizmu.

3. Dlaczego zasięg radaru jest odwrotnie proporcjonalny do czwartej potęgi odległości

Na podstawie wzorów na działanie radaru, a mianowicie uśrednionej, powierzchniowej mocy padającej na obiekt (1) i fali o powierzchniowej gęstości mocy docierającej do odbiornika (2) można dowiedzieć się dlaczego istnieje taka zależność.

Wzór 1: powierzchniowej mocy padającej na obiekt

Sinc=(Pt*Aet/λ²*r²)*Gt,

gdzie: Pt-moc nadajnika, Gt- zysk energetyczny anteny nadawczej, Aet- powierzchnia skuteczna anteny nadawczej, λ- długość fali, r- odległośc między anteną nadawczą a obiektem

wzór 2:

Scat= Pinc/4Πr²

Wtedy w odbiorniku wydziela się moc: Pr=Pt(Aer*Aet*σ)/(4Πr²λ²)

Gdzie: Aer- powierzchnia skuteczna anteny odbiorczej

Jest to tzw. równanie radiowe, określające moc sygnału na dopasowanym obciążeniu anteny odbiorczej, które najczęściej zapisuje się w postaci:

Pr=Pt*(λ²Gr*Gt*σ)/((4Π)³*r⁴)

Gdzie: Gr- zysk energetyczny anteny odbiorczej

Czyli: moc w odbiorniku przy ustalonych zyskach anteny jest wprost proporcjonalna do kwadratu długości fali i odwrotnie proporcjonalna do czwartej potęgi z odległości.

Pytania od Tarczynskiego ( z wykładu, kiedy nie było nas)

Co do opracowań tych pytań, to nie chciało mi się tego przepisywać, dołączyliśmy tutaj skany z książki o mikrofalach i sadze ze to będzie ok. Z drugiej strony, nie znaleźliśmy nic więcej.

1. Pomiary mikrofalowe: detektory mikrofalowe (konstrukcja), mieszacze mikrofalowe (budowa, własności, przykłady)

2. Pomiar częstotliwości (falomierze- z rezonatorami cylindrycznymi, współosiowe)

3. Pomiar mocy mikrofalowej

1. Podział metod pomiarowych

2. Bolometryczne mierniki mocy

3. Termoelektryczne mierniki mocy

4. Kalorymetryczne mierniki moc

---