Čím se liší sériová a paralelní rezonance (modul impedance, změny fáze v okolí)? Typ rezonance je možno určit podle minima (maxima) modulu vstupní impedance, snadněji pak podle změny jejího argumentu (fáze) při změně kmitočtu v okolí rezonance. -paralelní rezonance: reálná složka vstupní impedance Rvst dosahuje maximálních hodnot -sériová rezonance: reálná složka vstupní impedance Rvst dosahuje minimálních hodnot
Jaký rozměr má úhlová prostorová frekvence? [m-1] - teda asi ☺ Impedance char. symet. dipólu ( průběhy pro složky impedance, rezonance, vliv tloušťky vodiče, typické číselné hodnoty) - půlvlnný - l ≈ 0,25 λ , Dmax = 1,64 , Zvst ≈ 70 Ω - celovlnný - l ≈ 0, 5 λ , Dmax = 2,2 , Zvst ≈ ( 1 ÷ 2 ) kΩ - skládaný - impedance 4x větší, mírně větší šířka pásma - bočníkově napájený - změna impedance, uprostřed lze uzemnit
Co je odpor záření antény? Co znamená "vztažený k ..."? =vyzařovací odpor, zářivý odpor
- anténa během každé periody vyměňuje energii s elektromagnetickým polem ve svém blízkém okolí a to se projeví existencí jisté reaktance na vstupu Odpor RΣvst je odpor záření antény vztažený ke vstupnímu proudu. Odpor Rztr je ztrátový odpor antény. V součinu s kvadrátem efektivní hodnoty vstupního proudu Ivst tyto odpory určují vyzařovaný a ztrátový výkon antény -odpor se vztahuje většinou ke kmitně proudu (asi proto, že to není reál. odpor, ale model, sloužící k vysvětlení ztát nebo co já vím, ve skriptech ani v přednáškách to nikde nevysvětluje) Jak se mění činitel odrazu (modul, fáze) podél vedení? -modul zmenšuje se směrem od zátěže ke zdroji, mění se v rozmezí 0 ≤ ρ ≤ 1 -fáze: Co platí o přímé a odražené vlně v kmitně a uzlu napětí? -V maximu (v kmitně) je napětí Umax rovno součtu velikostí napětí přímé a zpětné vlny, v minimu (v uzlu) je napětí Umin rovno jejich rozdílu
Úsek vedení jako rezonátor (podmínky rezonance, provedení). Vazba obvodů s rezonátorem (vazební prvky, změna vazby) -vedení s délkou l = n.λ/4 jsou v rezonanci->lze jím nahradit rezonanční LC obvody -využití vedení nakrátko jako paralelního rezonančního obvodu -používá se koaxiální vedení (koax. rezonátor) -robustnost, stínění proti vnějším vlivům
-Připojení k vnějším obvodům zabezpečuje vazba. Tři hlavní možnosti vazby jsou nakresleny na Obrázek 6.7b. Je to vazba galvanická (G), kapacitní (C) a induktivní (L). - U galvanické vazby lze měnit její stupeň polohou odbočky. Vazba je nejtěsnější tam, kde je největší napětí, tj. v blízkosti místa A , vpravo u zkratu by byla nulová. Stupeň kapacitní vazby lze měnit rovněž polohou vazebního prvku („kolíku“), ale navíc ještě hloubkou jeho zasunutí. Induktivní vazba je vazba magnetickým polem a je nejtěsnější tam, kde je intenzita magnetického pole největší. To je v místě kmitny proudu, tedy v blízkosti zkratu (vpravo). Induktivní vazbu lze měnit také velikostí plochy nebo natočením smyčky. Náhradní obvod antény při vysílání, význam složek, účinnost antény
- anténa během každé periody vyměňuje energii s elektromagnetickým polem ve svém blízkém okolí a to se projeví existencí jisté reaktance na vstupu Odpor RΣvst je odpor záření antény vztažený ke vstupnímu proudu. Odpor Rztr je ztrátový odpor antény. V součinu s kvadrátem efektivní hodnoty vstupního proudu Ivst tyto odpory určují vyzařovaný a ztrátový výkon antény -odpor se vztahuje většinou ke kmitně proudu (asi proto, že to není reál. odpor, ale model, sloužící k vysvětlení ztát nebo co já vím, ve skriptech ani v přednáškách to nikde nevysvětluje) Účinnost antény se definuje poměrem vyzařovaného výkonu ku příkonu.
Odvození rovnice pro intenzity pole v nehomogenním prostředí, paprsková trubice
Činitel odrazu a poměr stojatých vln -vyjádření pomocí napětí a impedancí, změny podél vedení se ztrátami -činitel odrazu: -modul zmenšuje se směrem od zátěže ke zdroji, mění se v rozmezí 0 ≤ ρ ≤ 1 -fáze:
s U k Z k − Z 0V ρk = r = U k Z k + Z 0V -poměr stojatých vln σ je vždy reálnou veličinou a jeho velikost nabývá hodnot 1≤ σ < ∞
σ=
U max 1 + ρ = U min 1 − ρ
Dva paralelně spojené rovnoběžné vodiče délky l o průměru d mají středy ve vzdálenosti h. Vypočtěte průměr d válcového vodiče stejné délky, kterým lze nahradit uvedenou soustavu vodičů. ⎞ ⎛ ⎟ ⎜ h ⎟ ⎜ dvouvodičová soustava: Z 0V = 120 ⋅ ln ⎜ d d ⎟ ⎜ 1⋅ 2 ⎟ ⎝ 2 2 ⎠ ⎡ ⎛ 4l ⎞ ⎤ válcový: Z 0V = 60⎢ln⎜ ⎟ − 1⎥ ⎣ ⎝d⎠ ⎦ Rezonanční délky vedení nakrátko, typ rezonance -krátké úseky: tgαl ≈ αl λ - l = n⋅ 4 Šikmý dopad kolmo polarizované vlny na vodivém rozhraní (nákres situace, vztahy mezi vektory intenzity polí na obou stranách)
Při kolmé polarizaci jsou vektory dopadající, odražené i vnikající vlny E rovnoběžné s rovinou rozhraní (tečné k této rovině) a jejich normálové složky jsou nulové Je-li druhé prostředí dokonale vodivé (γ2 → ∞ ) , je činitel odrazu kolmo polarizované vlny ρ=-1
Čtvrtvlnný transformátor. Vztahy napětí, proudů a impedancí na koncích úseků vedení (rovnice využití).
Vstupní impedance úseku vedení ( Z 0 , ξ , β = 0, l ) naprázdno (rovnice, graf, typ rezonancí)
První rezonance (l =λ/4) je sériová a průběh impedanční závislosti je tedy „posunutý“ o λ/4 vůči průběhu vstupní impedance vedení nakrátko.
Určení separačních konstant pro vlnu TE určení separačních konstant (ξ , η ) - C1 ÷ C 4 jsou integrační konstanty - z okrajové podmínky Hnorm ∂ = 0 … na dobře vodivých stěnách Tm ∂T1m - lze upravit na = 0 … na stěnách, normála ven z vlnovodu ∂n - podmínky lze splnit pro vlnu TE a TM samostatně (podmínky Hnorm ∂ = 0 pro TE a Et = 0 pro TM)
- hybridní vidy - podmínky lze splnit jen při současné existenci vidů TE a TM Vlna příčně elektrická TE: -podmínka
∂T1m = 0 na stěnách ∂n
T1m ( x , y ) = [C 1 ⋅ sin (ξ x ) + C 2 ⋅ cos (ξ x )] ⋅ [C 3 ⋅ sin (η y ) + C 4 ⋅ cos (η y )] ∂T1m = ξ [C1 ⋅ cos(ξx ) − C 2 ⋅ sin (ξx )] ⋅ [C 3 ⋅ sin (ηy ) + C 4 ⋅ cos(ηy )] ; položíme rovno nule ∂x x=0
sin(0)=0
C1 = 0
x=a
ξa = m π
ξ=
mπ a
∂T1m = η [C1 ⋅ sin (ξx ) + C 2 ⋅ cos(ξx )] ⋅ [C3 ⋅ cos(ηy ) − C 4 ⋅ sin (ηy )] ∂y y=0
sin(0)=0
C3 = 0
y=b
η b = nπ
η=
pak
⎛ mπ ⎞ ⎛ nπ ⎞ ⋅ x ⎟ ⋅ cos⎜ ⋅ y⎟, T1 ( x, y ) = K ⋅ cos⎜ ⎝ a ⎠ ⎝ b ⎠
nπ b
2
⎛ mπ ⎞ ⎛ nπ ⎞ Γ = ξ +η = ⎜ ⎟ ⎟ +⎜ ⎝ a ⎠ ⎝ b ⎠ 2
2
2
intenzity pole: E x = konst.
nπ ⎛ mπ ⎞ ⎛ nπ ⎞ −γz ⋅ cos⎜ x ⎟ ⋅ sin ⎜ y⎟⋅e b ⎝ a ⎠ ⎝ b ⎠
E y = konst .
mπ ⎛ mπ ⎞ ⎛ nπ ⎞ −γz ⋅ sin ⎜ x ⎟ ⋅ cos⎜ y⎟⋅e a ⎝ a ⎠ ⎝ b ⎠
-pro vlnu TE může být jedno z vidových čísel nulové ( TE10 ,TE 01 ) -dominantní vid-má nejnižší f krit − TE10 (pro a >b)
Jaký význam má kritický kmitočet vedení? Kritický kmitočet vedení je nejnižší kmitočet vlny daného typu, při kterém se vlna může šířit vedením. Při nižším kmitočtu se vlna vedením nešíří (odráží se zpět). Na čem závisí účinnost vedení? Účinost vedení je poměrem výkonu spotřebovaného na zátěži Pk k výkonu dodanému do vedení Pp
η =e
− 2 βl
⋅
1 − ρk
2
2
1 − ρ k ⋅ e − 4 βl Účinnost vedení závisí na činiteli odrazu, měrném útlumu a délce vedení Rezonanční délky vedení nakrátko, typ rezonance
Co znamená "efektivní poloměr Země"? Zvětšený poloměr Ref je tzv. efektivní zemský poloměr. Slouží k popisu zakřivení dráhy vlny směrem k povrchu Země (atmosférické refrakce). Vlna se stáčí k povrchu (trajektorie 1), zakřivenou dráhu napřímíme (=tečna, trajektorie 2) a zvětšíme poloměr Země, aby přímková dráha byla stejně vysoko nad povrchem jako původní trajektorie nad skutečným povrchem Země. (náhradní poloměr Země, kde by dráha šíření vlny byla přímočará)
Definujte zisk antény (alespoň 3 definice) - původně definován jako součin účinnosti a činitele směrovosti antény (dnes jen pro antény do 30 MHz) - vyšší kmitočty: decibelové vyjádření absolutní nebo relativní hodnoty činitel směrovosti Dmax - log(D) . . . absolutní zisk Rozložení pole v příčném řezu obdélníkovým vlnovodem. Určení separačních konstant pro vlnu TE
Vysílací antény pro SV, DV (provedení, vlastnosti) - prutová, bičová anténa (pružný ocelový drát zasazený v patním izolátoru) -> velmi malá délka antény(střechy automobilů), délka antény velmi malá oproti délce vlny, malá účinnost, použití pouze pro příjem - delší antény -> kotvený stožár na patním izolátoru
->drátové provedení: ->svislý vodič (drát, lanko) zavěšen na pomocném horizontálním laně, uchyceném např. mezi 2 stožáry ->omezená délka, může být stále ještě nízká účinnost ->vícedrátová úprava drát. vedení: ->vyšší účinnost díky nižší vstupní reaktanci (díky kapacitě) ->snadnější přizpůsobení k vysílači ->několik paralelně spojených vodičů s kapacitním prodloužením (L-anténa, T-anténa)
->vertikální část je zakončena kapacitou proti zemi -příhradové stožáry: ->velké rozhlasové vysílače ->mohutný patní izolátor, kotveny ve více patrech ocelovými lany (kvůli stabilitě) ->kotevní lana dělena kotevními izolátory po úsecích asi 0,1 λ, aby nebyla ovlivněna směrová charakteristika a účinnost ->délka od 0,25 do 0,55 λ ->okolní zemský povrch musí být dobře vodivý("dokonale vodivá plocha")=>zemnicí systém=paprskovitě uložené vodiče pod povrchem země radiálně kolem antény, vodiče pod anténou vzájemně spojené=>druhá zemní "svorka" antény λ ->když má anténa délku , lze použít bočník(=vedení připojené až v 4 určité výšce nad zemí) k napájení (u VKV antén)
-prutová, drátová provedení: příjem DV a SV -feritové antény: přenosné přijímače ->rámová anténa, průměr cívky asi 1 cm několik cm dlouhé feritové jádro ->účinná délka jen několik mm->nutnost vyladit cívku do rezonance -rámová anténa: ->plochá cívka s několika závity většího průměru ->vodorovná osa ->magn. složka přicházející vlny indukuje v cívce napětí->zpracuje přijímač(vektor H rovnoběžný s osou cívky->největší induk. napětí, vektor H kolmý na osu rámu->napětí=0) ->malé napětí->feromagn. jádro(zlepší vlastnosti)
Najit zátěž, aby PSV bylo nekonečno.
σ → ∞: Zk = 0 - při zkratu na konci vedení - vedení naprázdno - vedení zakončení reaktancí Nakreslit rozložení siločar el.intenzity v obdélníkovém vlnovodu při vidu TE02:
Přepočet z dB/m na 1/m 8,686 dB = 1 m −1 Jaké hodnoty impedancí lze dosáhnou u koax. kabelu a symetrického vedení? Koaxiální vedení
Z0V = (50 až 150) Ω
Dvouvodičové symetrické vedení
Změnou průměru vodičů a jejich vzdálenosti lze v praxi dobře realizovat vzduchová vedení s charakteristickou impedancí Z0V = (200 až 600) Ω Kosočtverečná anténa, na jaké spoje se užívá = rombická anténa - krátkovlnné spoje - jde v podstatě o „zdeformované“ symetrické vedení, které má na konci připojen odpor rovný char. impedanci (velká výhoda při změnách prac. frekvence); využívá se toho, že na vedení zakončeném přizpůsobenou zátěží vzniká pouze postupná vlna - velký zisk ve směru maxima = 20dB (činitel směrovosti 100) - značné rozměry (strana = 2 až 4 λ)
Čočková anténa, jak funguje, vlastnosti a zisk
- vyrobena z vysokofrekvenčního dielektrika, souměrná podle rotační osy - mikrovlnná anténa - sekundární zářič, musí být ozářena z ohniska jinou anténou (mírně směrovou-trychtýř) - zářič v ohnisku => paprsky se lámou (ke kolmici) => na výstupu(v apertuře) jsou rovnoběžné - vlny jdou do roviny apertury po různě dlouhých drahách v různých prostředích
(vzduch, čočka) => fázové zpoždění G = 10*log(D); D je činitel směrovosti
Smithův diagram – jak najít činitel odrazu + PSV Smithův diagram- graficky znázorňuje v komplexní rovině závislost činitele odrazu na impedanci. Činitel odrazu je komplexní vektor R jdoucí z počátku souřadnic (střed diagramu) do bodu, který odpovídá příslušné impedanci. Impedance je v diagramu vynesena prostřednictvím parametrických čar. Poměr Stojatých Vln (PSV) – vedeme-li kolem počátku souřadnic kružnici, která prochází obrazem zadané impedance, pak tato kružnice protíná reálnou osu a určuje na ní bod, který je číselně roven hodnotě PSV.
Definujte účinnou délku antény
Co znamenají zkratky TE, TM, TEM vlna? TE-transversálně (příčně) elektrická vlna TM-transversálně magnetická vlna TEM-transversálně elektromagnetická vlna Na čem závisí délka vlny ve vlnovodu? 2π a,b jsou rozměry vlnovodu; m,n jsou vidová čísla λkrit = 2 2 ⋅ ⋅ m n π π ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ +⎜ ⎟ a b ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ c ; při nižší f než fkrit se vlnovodem vlna nešíří f krit = λkrit
- to znamená, že délka vlny ve vlnovodu závisí na jeho rozměrech, na vidu, který je vybuzen a na frekvenci generátoru, kterým budíme pole ve vlnovodu Co je atmosférická refrakce? =atmosférický lom =změna trajektorie vlny -příčina: změna vlastností atmosféry s rostoucí výškou, zejména pokles tlaku. V důsledku toho se s výškou mění i permitivita. Při povrchu země je relativní permitivita atmosféry přibližně εr ≅ 1.00067. S rostoucí výškou její hodnota za obvyklých podmínek klesá k ryzí jedničce. Protože fázová rychlost vlny je nepřímo úměrná odmocnině z permitivity, tak ve větší výšce se šíří vlnění větší fázovou rychlostí než při zemi. důsledek: toho dráha vlny není přímková, ale zakřivená směrem k Zemi viz obrázek-křivka 1
V jakém smyslu se otáčí vektor intenzity magnetického pole pravotočivé elipticky polarizované vlny při pozorování přicházející vlny? Smysl otáčení vektoru (levotočivý nebo pravotočivý) se posuzuje ve směru šíření vlny a závisí na fázovém posuvu dílčích vln. Když jsou vektory dílčích polí navzájem kolmé a jejich fázový posuv je roven ±π/2 , vznikne kruhově polarizovaná vlna. Podmínkou vzniku lineárně polarizovaného výsledného vlnění je nulový fázový posuv mezi fázory dílčích vln. Výsledný směr intenzity pole v prostoru závisí na poměru pravoúhlých složek výsledného vlnění. Řešení vlnové rovnice pro směr podél osy vlnovodu. Kritický kmitočet, propustnost vlnovodu fázová a skupinová rychlost. dT ∇ 2T2 = γ 2 → 2 22 = T2γ 2 → T2 = A1 ⋅ eγ z + A2 ⋅ e −γ z γ = β + jα T2 dz postupná vlna ve směru z+ T2 = A2 ⋅ e −γ z - možnost šíření vlny, kritický kmitočet
β ≈ 0 → γ = jα → Γ 2 − k 2 ≤ 0
2 ωkrit εµ = Γ 2
- vlna se šíří při ω ≥ ωkrit
- fázová rychlost, délka vlny ve vlnovodu (vf ≥ c); (λg ≥ λ0)
- skupinová rychlost
- v pásmu propustnosti vlnovodu se vlna vlnovodem šíří fázovou rychlostí, která je větší než rychlost světla c a dosahuje vlnové délky λg S kterou rovinou kartézské soustavy je rovnoběžná rovina H dipólu jehož ramena jsou rovnoběžná s osou y? Rovina H je rovnoběžná s rovinou xz , rovinou E jsou roviny procházející osou dipólu (osou y), tedy i roviny x y a y z .
Šíření povrchové vlny (typické situace, podmínky malého útlumu vlny, technický výpočet intenzity pole) -šíření povrchové vlny je difrakcí vlny na (kulovité) Zemi jako na dielektrickém a částečně vodivém tělese -útlum povrchové vlny je proto závislý na elektrických parametrech zemského povrchu. -typické hodnoty relativní permitivity a měrné vodivosti různých typů povrchu:
-útlum závisí dále na kmitočtu a na polarizaci vlny -nízký kmitočet vlny, vysoká vodivost povrchu a vertikální polarizace=>malý útlum (horizontálně polarizovaná vlna má mnohem větší útlum)
Trajektorie vln v ionosférické vrstvě (odraz a průchod vlny, zdánlivá výška vrstvy, maximální kmitočet)
- hzd je zdánlivá výška pomyslné plochy, od které se vlna zdánlivě odráží - fmax je nejvyšší kmitočet, při kterém se vlna ještě odrazí - fkrit je nejvyšší kmitočet, při kterém se vlna ještě od vrstvy odrazí při kolmém dopadu - N je koncentrace elektronů v objemové jednotce [m-3] Jaký je význam a rozměr konstant k´ a k´´? -k´ je reálná složka vlnového čísla k = měrná fáze [ rad ⋅ m −1 ] - udává přímo zpoždění fáze na dráze 1m ve směru šíření vlny -k´´ je imaginární složka vlnového čísla k = měrný útlum [ m −1 ] - pokles amplitudy vlny na dráze 1 m určuje člen e útlum k´´
-k´´
, ne však přímo měrný
Jak poznáte seriovou a paralelní rezonanci na vedení? (nakrátko) Sériová rezonance - nastává při délce vedení λ/2, vstupní reaktance se blíží k nule (klesne na nulu) Paralelní rezonance – nastává při délce vedení λ/4, vstupní reaktance se blíží k nekonečnu Jakou impedanci má dipól s délkou ramene
λ
? 4 (73 + j42)Ω. Jestliže dosáhneme rezonance mírným zkrácením ramene, imaginární složka vymizí a reálná o několik ohmů klesne, vzhledem ke ztrátám však zůstává blízký 70ti ohmů. Nakreslete graf rozložení napětí a proudu na vedení zakončeném: a)nakrátko b)odporovou zátěží Rk 〉 Z 0V a)
b)
.
platí pro Rk=Zk
Atmosférická refrakce (příčiny, důsledky, šíření vln na Zemi, rádiový horizont) - refrakce = lom - ve vyšší výšce se vlnění šíří větší rychlostí než při zemi, v důsledku toho není dráha vlny přímková, ale je zakřivena směrem k Zemi - po určitém zjednodušení, je dráha vlny kružnicí o poloměru 25000km; zavádíme proto efektivní poloměr Země Ref = 8500 km (průměrně) - kr je činitel atmosferické refrakce, Ref/Rz= 8500/6380 = 4/3 - je li příjmač ve vzdálenosti větší, než je přímá rádiová viditelnost, nachází se v rádiovém stínu
Jaký význam má eikonála (nejlépe uveďte vzorcem) Funkce L(x,y,z) je tzv. Eikonála a je to taková skalární funkce souřadnic, jejíž gradient (směr nejstrmějšího spádu funkce) je v každém bodě shodný se směrem šíření vlny. 2
gradL = n 2
ve které
n = k / k 0 = ε r ⋅ µr je index lomu prostředí. Co je difrakce, refrakce? -difrakce: =ohyb vlnění -jevy vznikající přítomností kovových, dielektrických nebo feromagnetických těles různých tvarů (např. difrakce za terénní překážku, na okrajích reflektoru, na dešťových kapkách apod.) -některé případy vedení vln podél povrchů (např. podél rozhraní mezi zemí a vzduchem)
-refrakce: =lom, zakřivení dráhy vlny směrem k Zemi(atmosférifká ref.), způsobený změnou permitivity prostředí (vzduchu) ve vyšších výškách (hlavně pokles tlaku vzduchu) Jakou impedanci má dipól s délkou ramene λ/4? (73 + j42)Ω. Jestliže dosáhneme rezonance mírným zkrácením ramene, imaginární složka vymizí a reálná o několik ohmů klesne, vzhledem ke ztrátám však zůstává blízký 70ti ohmů. Co jsou blízká zóna a zóna záření? Kde je hranice? -jsou dány intenzitami polí elementárního dipólu,souvisí s vyzařováním antén -blízká zóna: -kr<<1 2π // k = ; r je poloměr λ -hranice asi 2% λ od dipólu -zóna záření =vzdálená zóna - kr>>1 Nakreslete graf rozložení napětí a proudu na vedení: a.) naprázdno b.) s odporovou zátěží Rk < Z0V a vyznačte velikost napětí postupné a odražené vlny a)
b) vedení zakončené reálnou zátěží Zk = Rk má na konci vedení kmitnu proudu při Rk < Zov nebo kmitnu napětí při Rk > Zov a činitel odrazu ρk má reálnou hodnotu. Při zátěži Zk = Zov je vedení přizpůsobeně zakončené a na vedení je pouze přímá vlna. Amplituda napětí ani proudu se podél vedení nemění a jejich fáze se zpožďuje směrem ke konci vedení úměrně součinu αζ .
Vypočtěte hraniční kmitočty pásma jednovidovosti obdélníkového vlnovodu s rozměry 50 mm a 30 mm - pro vid TE10 m=1 n=0 a = 50mm b = 30mm 2π 2π c = = λkrit = = 0,1[m] 2 2 f krit ⎛⎛ m ⋅π ⎞ ⎛ n ⋅π ⎞ ⎞ ⎛ ⎛ 1 ⋅ π ⎞2 ⎛ 0 ⋅ π ⎞2 ⎞ ⎜⎜ ⎟ ⎜⎜ + ⎟ +⎜ ⎟ ⎟ ⎜ ⎝ a ⎟⎠ ⎜⎝ b ⎟⎠ ⎟ ⎜ ⎝ 0,05 ⎠ ⎝ 0,03 ⎠ ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ 300 ⋅ 106 f krit = = = 3[GHz ] λkrit 0,1 fkrit pro TE10 = 3GHz c
- obdobně pro TE20 λkrit = 0,5m fkrit = 6GHz
vid 10
pásmo jednovidovosti
vid 20
Odvoďte obecný vztah pro výpočet odporu záření antény (ze známé funkce záření) E
RΣm
2
Π dS ∫ 120π dS PΣ ∫ = 2 = 2 = = 2 I max I max I max
1 120π
2
2π π
⎛ 60 ⋅ I max ⎞ ⋅ F ⎟ ⋅ r 2 sin ϑ ⋅ dϑdϕ ⎜ ∫∫ r ⎠ 0 0⎝ = 2 I max
ππ ππ 2 3600 ⋅ I max 1 2 2 2 2 ⋅ 2 ⋅ r ⋅ ∫∫ F ⋅ sin ϑ ⋅ dϑdϕ 3600 ⋅ I max ⋅ ∫∫ F ⋅ sin ϑ ⋅ dϑdϕ 120π r 0 0 0 0 = = = 2 2 I max 120π ⋅ I max 2
=
30
π
2π π
⋅ ∫∫ F ⋅ sin ϑ ⋅ dϑdϕ 0 0
2
2
Symetrizační obvod s půlvlnou smyčkou (zapojení, funkce, vlastnosti)
U symetrizačního obvodu na Obrázek 11.10c jsou obě ramena symetrické zátěže připojena na střední vodič napájecího kabelu a půlvlnná smyčka působí jako fázový invertor. Proudy svorkami zátěže jsou protisměrné, jak to má správně být. Zvláštní způsob připojení obou "polovin" zátěže způsobuje, že obvod také transformuje impedanci. Představíme si, že impedance zátěže Z je "sériovým spojením" impedancí Z/2 obou ramen. Ke koaxiálnímu vedení jsou však obě ramena připojena paralelně, takže kabel je zatěžován impedancí Z/4. Při jakých zátěžích je na bezztrátovém vedení PSV = ∞ ? (3 možnosti) - při zkratu na konci vedení - vedení naprázdno - vedení zakončení reaktancí Bezodrazový průchod vlny na rozhraní se ztrátovým prostředím (principy realizace vloženou dielektrickou deskou před rozhraním, analogie s vedením)
Jaký význam má hodnota Poyntingova vektoru? -Π = E×H* -směr P. vektoru je shodný se směrem šíření vlny -velikost má význam plošné hustoty komplexního výkonu neseného elektromagnetickou vlnou -reálná složka udává střední hodnotu činného výkonu, který prochází jednotkovou plochou, kolmou na směr šíření vlny -Poyntingův vektor charakterizuje výkon nesený elmg. vlnou Co jsou lineárni a plošné antény? Uveďte příklady lineární anténa – soubor elementárních dipólů - různá uspořádání trubek, vodičů, pásků (v každém místě známe alespoň směr proudu) - typické pro nižší kmitočty až do několika GHz plošná anténa – soubor Huygensových zdrojů - vyzařujícím útvarem je plocha ústí, tzv. apertura plošné antény - příklad: trychtýřová, štěrbinová, reflektorová anténa - centimetrové a kratší vlny
Jaký význam má činitel zkrácení na vedení a na dipólu? -vedení:
ξ=
λ λ0
-činitel zkrácení vyjadřuje poměr vlnové délky u vedení s dielektrikem mezi vodiči ku vlnové délce vlny ve volném prostoru při stejné frekvenci -dipól: -činitel zkrácení dipólu nemá nic společného s činitelem zkrácení vedení 4l ξ = rez
λ
ξ ≅ 0,9 ÷ 0,98 -pomocí činitele zkrácení se vyjadřuje rezonanční délka l rez (délka ramene dipólu v rezonanci) Porovnejte fázovou a skupinovou rychlost vlny ve vlnovodu s hodnotu c
vf ≥ c
vsk ≤ c
Co je dominantní vid, který to je v obdélníkovém vlnovodu? - vid s nejnižší kritickou frekvencí (v daném vedení) nebo vid s největším významem se nazývá dominantní vid -v obdélníkovém vlnovodu je to TE 10
Podmínky vzniku kruhově polarizované vlny při šíření dvou rovinných vln volným prostorem. - kruhově polarizovaná vlna vznikne interferencí dvou rovinných vln, když jsou vektory dílčích polí navzájem kolé a jejich fázový posuv je roven ± π / 2
Odvoďte vztah pro kapacitu mezi dvěma rovnoběžnými vodiči délky l a průměry d1 a d2, jejíž středy leží ve vzdálenosti h. q1 πε 2πε C1 = = = l l l l h 2 2 2 2 ϕ1 − ϕ 2 ln − ln + ln − ln ln d1 h d2 h d1 ⋅ d 2 Kirchhoffovo řešení nehomogenní vlnové rovnice (výklad výsledku, význam symbolů, využití dílčích řešení).
Výklad výsledku:
. . . objemový integrál, vyjadřuje příspěvek proudů tekoucích v oblasti V k potenciálu v bodě P. Je to součet elementárních kulových vln, které vyzařují jednotlivé proudové elementy.
. . . plošný integrál, je příspěvkem zdrojů, které (případně) leží vně oblasti V, tyto zdroje jsou respektovány nepřímo, prostřednictvím potenciálu, který vytvoří na ploše S. To
Co značí symbol TE s indexy m,n v teorii vlnovodů?
TE – transverzálně elektrická vlna (příčně elektrická), znamená to, že ve vlnovodu je vybuzen vid TEmn kde index m,n označují rozložení pole ve vlnovodu
Jaký význam má kritický kmitočet ionosférické vlny? (2 možnosti)
- kmitočet, při kterém je dosaženo nulové permitivity (v prostředí s nulovou permitivitou se elmag. vlny nešíří, ani do něj nemohou vniknout)
- nejvyšší kmitočet vlny, při němž ještě dojde k odrazu vlny při kolmém dopadu (fmax je frekvence námi vysílané vlny)
Závislost fázové a skupinové rychlosti vlny ve vlnovodu na kmitočtu (graf). Typické hodnoty při f=f krit
Směrové antény pro pásmo metrových a decimetrových vln (typy, provedení, vlastnosti) - spojení prostorovou vlnou - > montáž na vysoko položená místa a stožáry - soustavy symetrických dipólů (ve čtvrtvlnné rezonanci, protože má pak přibližně nulovou reaktanci a vstupní odpor je přibližně 70Ω)
Nakreslete skládaný dipól. Jaká je obvyklá impedance?
- impedance je 4krát vyšší než u jednoduchého dipólu, tedy 280Ω Co znamenají zkratky MUF, LUF, FOT? - týkají se spojení ionosférickou vlnou, všechny závisí na stavu ionosféry, má-li být prac. kmitočet blízký FOT, nemůže být stálý, stav ionizace závisí na sluneční aktivitě, tedy i na tom, zda je noc či den
MUF – maximální pracovní kmitočet, určen podmínkou odrazu ve vrstvě F2 LUF - minimální pracovní kmitočet, stanoven s ohledem na útlum ve vrstvě E FOT – optimální kmitočet, odpovídá nejmenšímu útlumu při spojení, 0,85 MUF Yagiho anténa (provedení, vlastnosti, využití)
Hlavní typy polarizace vlny při šikmém dopadu vlny na rovinné rozhraní dvou prostředí (nákres s polohami vektorů pole na obou stranách rozhraní)
Jak je vymezena Fraunhoferova oblast (stačí rámcově) - taková oblast pozorování, kde se trajektorie vln jeví rovnoběžné (
, kde l je největší rozměr antény)
Jak je definovaná hranice n-té fresnelovy zóny
Charakteristika šíření vln rozptylem
Mikrovlnné, plošné antény (hlavní typy, princip činnosti, provedení a vlastnosti) - velký zisk vyplývá z ostré směrovosti antén
Elementární prostorový signál (rovnice, graf, hlavní parametry) - elementární prostorový signál má rozložení amplitudy v jednom směru (např. x) harmonické, v druhém směru konstantní
Příjem rádiových vln (náhradní obvod přijímací antény, indukované napětí, napětí na zátěži, přijímaný výkon)
Co je to uniformní vlna? Termínem uniformní rovinná vlna označujeme vlnu, která má na vlnoploše nejen stejnou fázi, ale i stejnou amplitudu vlnění. Naproti tomu u neuniformní rovinné vlny se velikost amplitudy vlnění na vlnoploše mění. Hlavní příčiny útlumu vln v mikrovlnném pásmu při šíření atmosférou.
Šíření rovinné vlny nad povrchem Země
Šíření vln atmosférou v mikrovlnném pásmu (způsob šíření, volná trasa, příčný útlum) (Spojení prostorovou vlnou)
