1. Co to jest antena?

Antena jest to element systemu radiokomunikacyjnego służący do transformowania niosącej informację energii elektromagnetycznej z postaci przewodzonej na promieniowaną (antena nadawcza), bądź promieniowanej na przewodzoną (antena odbiorcza).

1. Wymień parametry anteny.

- kierunkowość

- zysk energetyczny

- impedancja wejściowa

- powierzchnia skuteczna

-charakterystyka promieniowania (wiązka główna, listki boczne)

- szerokość pasma pracy

- polaryzacja

1. Podaj definicje parametru ∆h. / Jaki parametr określa pofałdowanie terenu w metodzie ITU-370 (narysuj definicję)?

Parametr ∆h jest to różnica pomiędzy dwoma prostymi ograniczającymi obszar zawierający 80% terenu, na którym ∆h jest obliczany. Odrzucane są skrajne wysokości terenu: 10% terenu zawierające najwyższe wysokości oraz 10% o najniższych wysokościach.

1. Co to jest fala płaska?

Fala płaska to fala elektromagnetyczna, w której wektory E (wektor natężenia pola elektrycznego) i H (wektor natężenia pola magnetycznego) są prostopadłe, prostopadłe do kierunku propagacji oraz E/H=Z_f.

1. Podaj warunki dla jakich słuszny jest model opisany jako prawo czwartej potęgi.

Idealnie płaska, nieskończenie rozległa, przewodząca powierzchnia.

1. Jak definiowana jest wysokość skuteczna zawieszenia anteny w metodzie ITU-370?

Jest to odległość od anteny do średniej wysokości terenu, która obliczana jest w odległości 3-15 km.

1. Od czego uzależniona jest wielkość poszczególnych stref Fresnela przy propagacji fali między dwoma punktami w przestrzeni?

- numeru strefy

- odległości

- nadajnika

- odbiornika

- długości fali

1. Wymień rodzaje polaryzacji.

Kołowa – wypadkowa amplituda natężenia pola jest stała, a wektor E obraca się wokół kierunku propagacji

Liniowa – szczególny przypadek polaryzacji eliptycznej, występuje gdy fazy obu składowych natężenia pola są sobie równe

1. Wymień sposoby podziału widma częstotliwości radiowych.

- podział dekadowy – nie uwzględnia fizyki i właściwości fal radiowych w różnych zakresach (Fale: miriametrowe, kilometrowe, hektometrowe, dekametrowe, metrowe, decymetrowe, centymetrowe, milimetrowe, decymilimetrowe)

- podział tradycyjny – podział uwzględnia specyfikacje fal radiowych w różnych zakresach. (Fale: bardzo długie, długie, średnie, pośrednie, krótkie, ultrakrótkie, mikrofale)

1. Wymień sposoby rozchodzenia się fali przyziemnej.

- fala powierzchniowa – promieniowane przez antenę nadawczą, umieszczoną bezpośrednio na powierzchni Ziemi i rozchodzi się wzdłuż tej powierzchni

- fala przestrzenna – występuje głównie w zakresie fal ultrakrótkich, gdy anteny są umieszczone ponad powierzchnią Ziemi. Przy falach dłuższych fale przestrzenne występują przy połączeniach między ziemią a samolotem. Fala przestrzenna może mieć dwie składowe: falę bezpośrednią i falę odbitą od powierzchni Ziemi.

1. Co to jest tłumienność międzyantenowa?

Tłumienność międzyantenowa L wyraża straty z powodu rozpraszania energii fal radiowych w przestrzeni oraz pochłaniania przez ośrodki propagacji i dotyczy przestrzeni pomiędzy hipotetycznymi antenami izotropowymi.

1. Ile wynosi impedancja falowa swobodnej przestrzeni?

Stosunek amplitudy pola elektrycznego do amplitudy pola magnetycznego jest stały i równy impedancji falowej swobodnej przestrzeni:

$$\frac{E_{0}}{H_{0}} = Z_{0} = \sqrt{\frac{u_{0}}{\varepsilon_{0}}} \approx 120 \bullet \pi = 377\ \lbrack\mathrm{\Omega}\rbrack$$

1. Jaki związek występuje pomiędzy ERP i EIRP?

Pole wytwarzane przez antenę kierunkową na kierunku maksymalnego promieniowania można wyznaczyć zastępując moc doprowadzoną do zacisków anteny nadawczej zastępczą mocą promieniowaną izotropowo (EIRP). W praktyce wykorzystuje się moc promieniowaną przez antenę, której zysk odniesiony jest do dipola półfalowego i również określa się zastępczą mocą promieniowaną (ERP).

1. Co to jest współczynnik osłabienia?

Współczynnik osłabienia określa zmniejszenie natężenia pola fali rozchodzącej się w rzeczywistym ośrodku w stosunku do natężenia pola, jakie występowałoby przy rozchodzeniu się fali w swobodnej przestrzeni. Współczynnik osłabienia jest funkcją odległości i czasu.

1. W jakim celu analizuje się przestrzenny rozkład stref Fresnela?

Analizuje się rozkład stref, aby sprawdzić czy na drodze propagacji nie znajduje się jakiś obiekt. Jeżeli w strefach Fresnela o niskim numerze znajdują się obiekty przesłaniające tę strefę poważnie wpływa to na sposób propagacji.

1. Jak położony jest wektor pola elektrycznego fali elektromagnetycznej o polaryzacji pionowej?

Pionowo względem ziemi.

1. Podaj, dla jakiej polaryzacji fali radiowej definiowany jest kąt Brewstera, gdy jest ona odbijana od idealnie gładkiej ziemi.

Kąt Brewstera definiowany jest dla polaryzacji pionowej. Jest on z reguły mały i jego wartość rośnie w funkcji częstotliwości fal.

1. Od czego zależy amplituda składowej poziomej pola elektrycznego fali powierzchniowej w powietrzu?

Maleje ze wzrostem konduktywności gleby i długości fali.

1. Wymień podstawowe parametry charakteryzujące troposferę.

- ciśnienie p [mb]

- temperatura bezwzględna T [K]

- wilgotność bezwzględna e [mb]

które uzależnione są od warunków metrologicznych i wysokości.

1. Co to jest troposfera standardowa?

Troposferę standardową wykorzystuje się do analizy wpływu troposfery na propagację fal radiowych. Jest to troposfera hipotetyczna o własnościach odpowiadających przeciętnemu stanowi realnej troposfery i następujących parametrach:

- wysokość: 11 km

- w pobliżu ziemi: ciśnienie: p=1013 mb

temperatura: T=15˚C
wilgotność względna: S=60%

- ze wzrostem wysokości o każde 100m:

ciśnienie maleje o 12 mb

temperatura maleje o 0,55˚

wilgotność względna pozostaje bez zmian

1. Wymień podstawowe sposoby rozchodzenia się fal radiowych w otoczeniu Ziemi.

- fala przyziemna

a) fala powierzchniowa

b) fala przestrzenna (bezpośrednia i odbita)

- fala jonosferyczna

- fala troposferyczna

1. Co to jest zanik?

Zanik – znaczne obniżenie poziomu sygnału w stosunku do wartości średniej spowodowana zmiennością natężenia pola w miejscu odbioru.

1. Wymień parametry elektryczne elementów łącza radiowego, które wpływają na moc dostarczoną do wejścia odbiornika radiowego (bilans mocy łącza).

Bilans mocy łącza: $P_{0} = \frac{P_{n} \bullet G_{n} \bullet G_{0}}{A_{n} \bullet A_{0} \bullet L} = \frac{P_{\text{pr}} \bullet G_{0}}{A_{n} \bullet A_{0} \bullet L}$

P_n-moc wyjściowa nadajnika

A_n-tłumienność fidera nadajnika

G_n-zysk energetyczny anteny nadawczej

L-tłumienność trasy międzyantenowej

P₀-moc na wejściu odbiornika

A₀-tłumienność fidera odbiornika

G₀-zysk energetyczny anteny odbiorczej

P_pr-zastępcza moc promieniowana izotropowo

1. Jaki charakter ma stosunek amplitudy pola elektrycznego do amplitudy pola magnetycznego dla fali płaskiej w ośrodku bezstratnym?

Jest stały i równy impedancji falowej ośrodka Z_f

$$\frac{E_{0}}{H_{0}} = Z_{f}$$

1. Wymień parametry elektryczne systemu nadawczego, od którego zależy zastępcza moc promieniowana izotropowo.

- moc doprowadzona do zacisków anteny nadawczej

- zysk energetyczny anteny nadawczej

EIRP = P_n • G_n

1. W jaki sposób wpływa odległość pomiędzy nadajnikiem i odbiornikiem na poziom mocy odbieranego sygnału, gdy fala rozchodzi się w swobodnej przestrzeni?

Równanie swobodnej przestrzeni: $P_{0} = \frac{P_{n} \bullet G_{n} \bullet \lambda^{2} \bullet G_{0}}{{(4 \bullet \pi \bullet d)}^{2}}$

Poziom mocy odbieranego sygnału spada z kwadratem odległości pomiędzy nadajnikiem i odbiornikiem : $P_{0}\sim\frac{1}{d^{2}}$

1. W którym z wymienionych ośrodków głębokość wnikania fal radiowych jest najmniejsza?

1. wodzie słodkiej

2. wodzie morskiej

3. żyznej glebie

4. miedzi

1. W jakim celu stosuje się kryterium Rayleigha?

Kryterium Rayleigha stosuje się do oceny stopnia nierówności powierzchni. jest to kryterium umowne.

Kryterium Rayleigha – jeżeli różnica fal odbitych od płaszczyzny dolnej i górnej, będących granicami nierówności oddalonymi o h_max, nie przekracza π/4 (π/2), to powierzchnię możemy uważać za gładką

$$h_{\max} = \frac{\lambda}{16(8) \bullet sin_{I}}$$

1. Co to jest troposfera?

Troposferą nazywamy dolną warstwę atmosfery zalegającą bezpośrednio nad powierzchnią ziemi i rozciągającą się na wysokość:

1. 8-10 km w strefach podbiegunowych

2. 10-12 km w szerokościach umiarkowanych

3. 16-18 km w okolicach równika,

która w całej swej objętości na stały skład procentowy gazów, za wyjątkiem zawartości pary wodnej.

1. Wymień podstawowe zjawiska fizyczne, które decydują o charakterze propagacji fal radiowych w troposferze.

- załamywanie(refrakcja) – zmiany przenikalności elektrycznej troposfery (ośrodka propagacji) w funkcji wysokości

- rozpraszanie – na skutek fluktuacji przenikalności elektrycznej troposfery

- tłumienie – dla fal o długości mniejszej niż 10 cm.

1. Wymień rodzaje refrakcji troposferycznej.

- refrakcja ujemna (dN/dH > 0) – trajektorie skierowane wypukłością w dół

- brak refrakcji (dN/dH = 0) – trajektorie są liniami prostymi

-refrakcja dodatnia (dN/dH < 0) (słaba, normalna, krytyczna, superrefrakcja) – trajektorie skierowane wypukłościami do góry

N – wskaźnik refrakcji troposferycznej

H – wysokość

1. Co to jest moc czułościowa?

$$\frac{S + N + Z}{N + Z}$$

S – sygnał N – szumy Z - zakłócenia

1. Z czego wynika zysk energetyczny anteny?

Zysk energetyczny anteny jest zależny od jej kierunkowości i strat energetycznych anteny wynikającej z materiału, z którego jest wykonana.

1. Co to jest prawo czwartej potęgi?

Prawo czwartej potęgi mówi, iż tłumienność trasy radiowej jest proporcjonalna do czwartej potęgi odległości między antenami:

$L \cong \frac{d^{4}}{h_{1}^{2} \bullet h_{2}^{2}}$ [W/W]

1. Co to jest zysk anteny?

Jest to stosunek maksymalnego natężenia pola elektrycznego wytwarzanego przez badaną antenę do maksymalnego natężenia pola elektrycznego wytwarzanego przez wzorcową antenę zasilaną taką samą mocą, do kwadratu.

1. W jaki sposób uwzględniamy w tłumieniu trasy dodatkowe tłumienie od pojedynczej przeszkody?

Sprowadzamy przeszkodę terenową do klinu. Jeżeli przeszkoda leży poniżej prostej łączącej źródło z punktem obserwacji to z₀ jest ujemne, a gdy leży powyżej – z₀ dodatnie.

1. Wymień 3 typy anten.

Liniowe, aperturowe, szerokopasmowe

1. Dlaczego w swobodnej przestrzeni występuje tłumienie? / Dlaczego ośrodek bezstratny tłumi fale EM?

Z powodu rozpraszania energii fal radiowych w przestrzeni.

1. Jak jest położony wektor natężenia pola przy polaryzacji poziomej względem ziemi?

Poziomo względem ziemi.

1. Czym charakteryzuje się strefa daleka promieniowania?

Strefa daleka promieniowania to obszar rozciągający się na zewnątrz kuli o promieniu $r \gg \frac{2D^{2}}{\lambda}$. Pole anteny w strefie dalekiej nie ma składowych radialnych. Pole ma strukturę fali płaskiej.

1. Kiedy możemy stosować model swobodnej przestrzeni?

Warunkiem koniecznym do stosowania modelu swobodnej przestrzeni jest brak przeszkód w pierwszej strefie Fresnela.

1. Po co są strefy Fresnela?

Aby określić obszar istotny dla propagacji fal.

Strefy Fresnela są to elipsoidy, które obejmują obszar przestrzeni między nadajnikiem a odbiornikiem. W każdej kolejnej strefie fala jest w przeciwfazie do fali ze strefy poprzedniej. Pierwsza strefa jest krytyczna, gdyż przez nią jest promieniowana duża część energii przesyłanej przez nadajnik do odbiornika. Ilość energii promieniowana przez strefy Fresnela o kolejnych numerach jest mniejsza i zmniejsza się z każdą kolejną elipsoidą.

1. Co to jest kierunkowość anteny?

Kierunkowość anteny jest to stosunek maksymalnej gęstości promieniowania do średniej wartości promieniowania.

1. Co to jest swobodna przestrzeń?

Swobodna przestrzeń to fikcyjny, bezstratny ośrodek o parametrach:

∊=∊₀ µ=µ₀ Ϭ=0 Z_f=Z₀

1. Różnica między anteną rzeczywistą a izotropową.

Antena izotropowa to teoretyczna antena, bezstratna, która emituje sygnał równomiernie we wszystkich kierunkach oraz ma zerowe wymiary fizyczne, a jej zysk energetyczny wynosi 0 dBi. Natomiast antena rzeczywista jest stratna, nie emituje sygnału równomiernie, ma swoje parametry fizyczne oraz zysk energetyczny.

1. Kiedy poziom sygnału może być większy niż w swobodnej przestrzeni?

W przypadku interferencji konstruktywnej, kiedy to fala bezpośrednia nie jest osłabiona przez falę odbitą, a jest przez nią wzmocniona za sprawą zgodnych faz obu fal.

1. Co to jest gęstość mocy?

Gęstość mocy to funkcja częstotliwości, określona na zbiorze dodatnich liczb rzeczywistych, związana ze stacjonarnym procesem stochastycznym lub deterministyczna funkcja czasu, której wymiary to moc w Hz lub energia w Hz. Często nazywana widmem sygnału.

1. Zasada wzajemności.

Parametry anteny traktowanej jak nadawcza są identyczne z parametrami tej samej anteny traktowanej jako antena odbiorcza.

1. Od czego uzależnione są minimalne wysokości zawieszenia anten?

Od częstotliwości i parametrów gruntu.

1. Co to jest refrakcja normalna?

Refrakcja zachodząca w troposferze standardowej nazywana jest refrakcją normalną. Wówczas fala promieniowana równolegle do powierzchni ziemi jest uginana w dół, w kierunku ziemi, ale nie osiąga poziomu gruntu.

1. Narysuj model strukturalny jednokierunkowego łącza radiowego i zaznacz jego podstawowe elementy.

Źródło informacji -> nadajnik(f,𝛌) ->(P_n) -> Przewód antenowy(Fider) (A_n) -> Antena nadawcza(G_n, h_n) -> Tor radiowy(d, ∊, Ϭ, L_n) -> Antena odbiorcza(G_o, h_o) -> Przewód antenowy (Fider) (A_o) ->(P_o) -> Odbiornik(F,B_o) -> Ujście informacji

f – częstotliwość [Hz], P_n – moc wyjściowa nadajnika [W] lub [dBm], A_n – tłumienność fidera nadajnika [W/W] lub [dBi], G_n – zysk energetyczny anteny nadawczej [W/W] lub [dBi], L – tłumienność trasy międzyantenowej [W/W] lub [dB], P_o – moc na wejściu odbiornika [W] lub [dBm], A_o – tłumienność fidera odbiornika [W/W] lub [dB], G_o – zysk energetyczny anteny odbiorczej [W/W] lub [dBi], F - współczynnik szumów odbiornika [W/W] lub [dB], B_o – szerokość pasma odbiornika [Hz]

1. Jaki warunek musi być spełniony by można było zastosować model tłumienia dla swobodnej przestrzeni?

2. Co to jest tłumienność swobodnej przestrzeni?

Międzyantenowa tłumienność mocy przy propagacji fali w swobodnej przestrzeni między izotropowymi antenami jest nazywana tłumiennością swobodnej przestrzeni:

L_bf[dB]=32, 44 + 20 • lgf[MHz] + 20 • lgd[km]