1.Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z metodami pomiaru oraz obliczeń

nate6enia pola elektromagnetycznego emitowanego przez stacje radiofoniczne w

zakresach fal długich, średnich i krótkich. Ćwiczenie składa się z dwóch części:

pomiarowej i obliczeniowej.

2. Spis aparatury:

antena ramowa RAL-5 (prod, Inco),

miernik zakłóceń LMZ-5 (prod. Inco).

3.Schemat pomiarowy.

4.Rysunek pomocniczy do określania kierunku fal.

5. Tabela pomiarowa:

L.p.	Częstotliwość [MHz]	Stopnie [o]-max.poziom sygnału	Poziom sygnału [dB]	Stopnie [o]-spadek sygnału	Stopnie[o]-strefa martwa	Nadajnik	ERP [kW]	E-Natężenie pola [dB]
1	0,180	296	31	246 i 347	30	Zehlendorf/ Niemcy	500	56,2
2	0,224	21	39	78 i 340	124	Solec Kujawski/Polska	1000	85,2
3	6,095	275	45	91 i 19	120	Niemcy / Radio Berlin	500	76,8
4	0,649	59	13	72 i 21	200	Liblice/ Czechy	1500	58,0
5	11,750	65	25	51 i 135	-	Sasnovy/Białoruś	150	54,4
6	12,077	120	30	70 i 150	26	Rosja		59,4
7	15,351	260	25	21 i 290	346	Rosja		54,4
8	17,565	235	20	340 i 180	210			49,4

Natężenie pola elektromagnetycznego E wyznaczone zostało z zależności: E = U + A gdzie:

E - wartość natężenia pola elektromagnetycznego E, wyrażona w dB odniesiona do 1μV/m

U - wartość napięcia odczytana z miernika zakłóceń, wyrażona w dB odniesiona do 1μV

A - wartość współczynnika antenowego danego podzakresu częstotliwości anteny, na którym był wykonywany pomiar - [dB(1/m])

Wartości współczynnika antenowego:

Podzakres	Częstotliwość [MHz]	Współczynnik antenowy [dB]
1	0,01…0,025	60,0
2	0,025…0,06	56,0
3	0,06…0,15	51,5
4	0,15…0,34	46,2
5	0,34…0,85	45,0
6	0,85…2,2	41,4
7	2,2…4,0	36,7
8	4,4…8,0	31,8
9	8,0…18,0	29,4
10	18,0…30,0	28,8

Przykładowe obliczenia dla stacji ‘Zehlendorf/ Niemcy’ :

21 [dB]+46,2[dB]= 67,2 [dB]

6. OBLICZENIE NATĘŻENIA POLA ELEKTROMAGNETYCZNEGO ZA POMOCĄ KRZYWYCH PROPAGACYJNYCH CCIR- METODA MILLINGTONA, ORAZ METODĄ KAZANCEWA.

Fale długie-metoda Millingtona

Obliczenia przeprowadzone dla stacji ‘Solec Kujawski/ Polska’.

Tabela przedstawiająca konduktywność gruntów na trasie Solec Kujawski-Wrocław:

Natężenie pola elektromagnetycznego E w przypadku trasy złożonej z N jednorodnych

odcinków wyraża się następującym wzorem:

gdzie:

E’ (d,σ) - natężenie pola w odległości d wzdłuż jednorodnej trasy o konduktywności σ

d - odległość od anteny nadawczej do punktu obserwacji

dn – długość odcinka trasy o konduktywności σ

N – liczba odcinków

Tabela przedstawiająca natężenie pola dla poszczególnych odcinków (Wartości natężenia odczytane z krzywych propagacyjnych):

Odcinek	δn [ms/m]	Dn [km]	E(dn, δn) [dBu]	E(d-dn, δn+1) [dBu]	E(dn, δn+1) [dBu]	E(d-dn, δn) [dBu]
D1	4	10	88	62	90	61
D2	10	48	76	62	75	62
D3	30	18	83	63	85	61
D4	4	20	84	62	83	62
D5	30	14	87	60	90	61
D6	10	26	82	65	81	60
D7	4	38	84	65	78	63
D8	10	10	90	62	90	61
D9	10	44	77	64	90	61

E(d,σ1) =59 [dB(µV)]

E(d,σ9)=60 [dB(µV)]

$$E\left( d \right) = \frac{1}{2}\lbrack\left( 88 + 62 - 90 - 61 \right) + \left( 76 + 62 - 75 - 62 \right) + \left( 83 + 63 - 85 - 61 \right) + \left( 84 + 62 - 89 - 62 \right) + \left( 87 + 60 - 90 - 61 \right) + \left( 82 + 64 - 81 - 60 \right) + \left( 84 + 64 - 78 - 63 \right) + \left( 90 + 62 - 90 - 61 \right) + 59 + 60 = 65\ \lbrack dB(uV)\rbrack$$

Wyznaczona wartość natężenia pola wynosi E=65 [dB(µV)] dla nadajnika P=1 [kW]. Aby wyznaczyć natężenie pola elektromagnetycznego E dla mocy stacji nadawczej wynoszącej

P = 1000 kW należy dodać do powyższej zależności poprawkę

(zastępcza moc promieniowana względem 1 kW):

P=10*log(1000)=30 [dB]

E=65+30 = 95 [dB(µV)]

Fale średnie- Metoda Millingtona

Obliczenia przeprowadzone dla stacji ‘Liblice/Czechy’.

Nr odcinka	Odczytana konduktywność [mS/m]	Długość odcinka [km]
1	1	100
2	1	22
3	8	20
4	15	10
5	30	26
6	15	12
W sumie		190

Wartości natężenia odczytane z krzywych propagacyjnych dla poszczególnych odcinków:

Odcinek	σn [mS/m]	dn [km]	E(dn,σn) σ [dBµ] µ	E(d-dn,σn+1) σ [dBµ] µ	E(dn,σn+1) σ [dBµ] µ	E(d-dn,σn) σ [dBµ] µ
D1	1	100	35	36	35	36
D2	1	22	65	46	80	23
D3	10	20	81	48	81	48
D4	10	10	90	57	89	46
D5	30	26	81	50	77	58
D6	10	12	88	46	88	46

(W książce występują krzywe CCIR o konduktywnościach 1, 10, 30 [mS/m],więc do

Obliczeń wykorzystano krzywe o takich konduktywnościach).

E(d,σ1)= 26 [dB(µV/m)]

E(d,σ6)= 46 [dB(µV/m)]

P = 10 ⋅ log(1500) = 31,76 [dB]

E= 44 + 31,76 = 75,76 [dB(µV)]

Fale krótkie-Metoda Kazancewa.

Obliczenia przeprowadzone dla stacji ‘Niemcy /Radio Berlin’.

Użyte wzory:

1. Natężenie pola elekromagnetycznego

1. długość trasy wzdłuż trajektorii fali

1. kąt padania fali na warstwę E

1. sumaryczny współczynnik tłumienia dla warstwy E

2. - wsp. tłumienia niedewiacyjnego

1. wsp. tłumienia dewiacyjnego

Dane:

- częstotliwość; f= 6,072 [MHz]

- sprawność toru przesyłowego i anteny = 0.9

- średnia wartość wzdłużnej częstotliwości żyromagnetycznej; f1 = 1 [MHz]

- średnia wartość częstotliwości krytycznej; fkr = 2,6 [MHz]

- wysokość warstwy E; H = 120 [km]

- promień Ziemi; r = 6378,246 [km]

- długość trasy wzdłuż powierzchni Ziemi; dt = 280 [km]

Obliczenia:

θ=tg^-$\left\lbrack \frac{280}{2*120 + \frac{280^{2}}{4*6378}} \right\rbrack =$tg^-1(1.15)=49

D_t= 280cosec 49^o=280$*\frac{1}{sin(49)}$= 371km

A_D=$3*{2,6}^{2}*\frac{1}{\cos\left( 49 \right)} = 30,91$MHz

B_e=$\frac{4}{2,6}*\cos^{2}(49)$=0,662

Γ=$\frac{30,9}{{(6,072 + 1)}^{2}} + 0,664*6,072*\sqrt{\frac{6,072}{6,072 + 1}} =$4,35

E=103.8 − 20log(371) − 8.86 * 4, 35 = 13, 87[dBuV]

Poprawka:

P=10*log(500)=26.98≅27dB

E=13.87+26.98=40,85[dBuV]

Porównanie wyników:

Rodzaj fali	Natężenie zmierzone [dBuV]	Natężenie obliczone [dBuV]
długa	85,2	95.00
średnia	58,0	75,76
krótka	76,8	40,85

7. Wnioski:

To ćwiczenie pozwoliło nam zaznajomić się ze sposobem pomiaru natężenia pola elektromagnetycznego w zakresie fal długich i średnich. Natężenie to wyznaczyliśmy tzw. metodą Millingtona, która uwzględnia konduktywność gruntów oraz długość trasy. Do wyznaczenia natężenia wykorzystaliśmy krzywe CCIR, z których wyznaczyliśmy natężenie pola dla poszczególnych odcinków trasy.

Jeśli chodzi o porównanie wyników zmierzonych z obliczonymi zanotowaliśmy rozbieżności sięgające powyżej 10 dB dla fal długich, ok. 20 dB dla fal średnich i ponad 30 dla fal krótkich. Rozbieżności te mogą być spowodowane niedokładnym odczytem z krzywych, przybliżeń dla konkretnych konduktywności lub/oraz niedokładnością odczytu podczas pomiaru a także niemożność określenia dokładnego położenia stacji, a co za tym idzie-odległości między stacjami(metoda Kazancewa). W przypadku obliczania natężenia pola dla stacji CeskyRozhlas rozbieżność może wynikać z tego, iż stacja nadawcza jest poza granicami kraju gdzie nie były podane konduktywności gruntu ( przyjęliśmy konduktywności ostatniego obszaru znajdującego się w granicy państwa na tej trasie).

Literatura:

• „World Radio and Television Handbook”

• D.J. Bem “Materiały pomocnicze do obliczeń propagacyjnych”

• D.J. Bem „Anteny i rozchodzenie się fal”

• http://www.polskaam.radiopolska.pl/