strumienie radiowe

Seminarium dyplomowe
Anteny i propagacja fal
Anna Zamora
1. Nieskończenie smukły, bezstratny dipol liniowy
prosty o długości geometrycznej 0,5 m zasilano prądem
o częstotliwości 600 MHz. Zatem jego rezystancja
wejściowa:
Przykładowa odpowiedź: nie przekracza 250 Ω
Rozwiązanie:
l = 0,5 m – długość dipola
f = 600 MHz – częstotliwość prądu
m
c
s
λ= =
=0.5 m
6
f 600∗10 Hz
3∗10 8
l 0.5m
λ = 0.5m =1⇒ λ=l
- wynosi około 1500 Ω
- przekracza 250 Ω
2. Jeżeli maksymalny zysk kierunkowy anteny o
sprawności 50% wynosi 6 dBi, to jej maksymalny zysk
energetyczny jest równy:
Przykładowa odpowiedź: 6 dBi
Rozwiązanie:
η=0,5
Dmax =6dBi =[
W
]
W
Gmax =η∗Dmax =0,5∗4=2 [
- 3dBi
- 2W/W
W
]=3dBi
W
3. Na rysunku przedstawiono unormowany diagram
kierunkowy promieniowania pola pewnej anteny. Kąt
połowy mocy tej anteny wynosi około:
Przykładowa odpowiedź: 40°
Rozwiązanie:
W przypadku
unormowanegodiagramu,
kąt połowy
mocy odczytujemy dla
wartości 0,7.
Zatem wynosi on:
- 80°
4. W odległości 20 metrów od anteny nadawczej
strumień gęstości powierzchniowej mocy na kierunku
maksymalnego promieniowania wynosi 10 μW/m^2 .
Zatem na tym kierunku w odległości 10 metrów
strumień gęstości mocy jest równy:
Przykładowa odpowiedź: 4 μW/sr
Rozwiązanie:
d =20m−odległość anteny nadawczej
10 μ W
−strumień gęstości powierzchniowej mocy na kierunku maksymalnego promieniowania
2
m
d 2=10m−odległość na której szukamy wartość strumienia gęstości mocy
PT
Ze wzoru S=
2
4 πr
widzimy , że S jest proporcjonalne do promienia ,
PT
PT
40 μ W 4mW
zatem S 2=
=
=4S1=
=
2
2
sr
4 π(r 2 )
1
m2
4 π( r 1)
- 4 mW/sr
2
S=
- 40 μW /m^2
5. Fala radiowa TEM nie może rozchodzić się:
Przykładowa odpowiedź: w falowodzie
Rozwiązanie:
- W falowodzie. Jest to jedyna poprawna odpowiedź.
6. Bardzo
smukły
dipol
liniowy
o
długości
geometrycznej 1 m, zasilony symetrycznie prądem
sinusoidalnym o częstotliwości 100 MHz jest anteną o
charakterze:
Przykładowa odpowiedź: rezystancyjnym
Rozwiązanie:
l=1m−długość dipola
f =100 MHz−częstotliwość
λ−długość fali
m
3∗108
c
s
λ= =
=3m
f 100∗106 Hz
l 1m
=
=0,(3)
λ 3m
- pojemnościowym
7. Długość fali TEM o częstotliwości 150 MHz w
dielektryku
bezstratnym
niemagnetycznym
o
względnej przenikalności elektrycznej równej 4 wynosi
około:
Przykładowa odpowiedź: 2m
Rozwiązanie:
dielektryk bezstratny i niemagnetyczny
σ=0 ,μ=μ 0 ,ε≠ε0
1
1
1
1
1
v f = √μ ε = μ ε ε =
=
= c
√ 0 0 r √4μ ε
2 √ μ0 ε 0 2
0 0
vf
λ= =1m
f
-1m
8. Fala radiowa typu TEM o polaryzacji V padając na
granicę dwóch ośrodków może ulec:
Przykładowa odpowiedź: tylko odbiciu
Rozwiązanie:
- tylko odbiciu
- tylko załamaniu
- zarówno odbiciu jak i załamaniu
9.W celu obliczenia promienia strefy dalekiej danej
anteny nadawczej wystarczyć znać:
Przykładowa odpowiedź: jedynie jej pasmo pracy
Rozwiązanie:
2D 2
RD= λ
D−największy poprzeczny rozmiar
λ−najmniejsza długość fali
- wymiar anteny, pasmo pracy I długość fali
10. Fala radiowa TEM o polaryzacji H jest falą o
polaryzacji ortogonalnej do fali o polaryzacji:
Przykładowa odpowiedź: poziomej
Rozwiązanie:
- pionowej
- wertykalnej
- równoległej
-V
11. Impedancja wejściowa odbiornika, pracującego na
fali o częstotliwości 300 MHz, wynosi : Z 0=65−78j Ω
Zatem impedancja wejściowa anteny bezstratnej w pełni
dopasowanej do tego odbiornika, powinna być równa:
Przykładowa odpowiedź: Z 0=65+ 78jΩ
Rozwiązanie: Antena jest w pełni dopasowana do odbiornika, gdy część
rzeczywista impedancji falowej wejścia odbiornika I anteny są sobie równe, a część
urojona jest liczbą przeciwną.
R A =R 0
X A=−X 0
- prawidłowa odpowiedź:
Z 0=65+ 78jΩ
12. O fali radiowej TEM, której wektorowa amplituda
zespolona
natężenia
pola
elektrycznego
w
kartezjańskim układzie współrzędnych prostokątnych,
opartym na wersorach i, j, k (gdzie k jest wektorem
wskazującym kierunek rozchodzenia się tej fali),
wyraża się wzorem:
2
̂⃗ ⃗ j π3 ⃗ j π3
E =( i 2 e + i 2 e )exp(− j π ⃗k ⃗r )
3
Możemy powiedzieć, że jest falą spolaryzowaną:
Przykładowa odpowiedź: liniowo
Rozwiązanie:
- liniowo
13. Impedancja właściwa ośrodka będącego niemagnetycznym
dielektrykiem bezstratnym:
Przykładowa odpowiedź: jest funkcją przenikalnośći elektrycznej próżni
Rozwiązanie:
dielektryk bezstratny i niemagnetyczny σ=0,μ=μ 0 ,ε≠ε0
μ0
μ
Z= ε = ε0 εr
√
√
- jest funkcją przenikalności magnetycznej próżni
- jest funkcją przenikalności elektrycznej ośrodka
- jest funkcją przenikalności magnetycznej ośrodka
- jest funkcją względnej przenikalności elektrycznej ośrodka
- jest liczbą rzeczywistą
-jest funkcją przenikalności elektrycznej próżni
14.Ośrodek, w którym równanie materiałowe przyjmuje
⃗ =̄ε̄∗⃗E gdzie jest funkcją zarówno
następującą postać D
⃗r , jak i f nazywamy:
̄ε
Przykładowa odpowiedź: stacjonarnym i dyspersyjnym
Rozwiązanie: Ośrodek stacjonarny – nie zależy od czasu t. Jeżeli wartości ε, μ i σ nie
zależą od współrzędnych punktu w przestrzeni, to ośrodek nazywamy jednorodnym. Jeśli co
najmniej jeden zależy od współrzędnych punktu, to taki ośrodek nazywamy niejednorodnym.
Jeżeli nie są zależne od natężeń pól, to wtedy ośrodek zwiemy liniowym. Jeśli co najmniej jeden
zależy od współrzędnych punktu, to taki ośrodek nazywamy nieliniowym. Jeżeli zależą od
częstotliwości, to mówimy i ośrodkach dyspersyjnych. Jeśli nie zależą od kierunku pola, to
ośrodek ten zwiemy izotropowym, w przeciwnym zaś razie mamy ośrodek anizotropowy.
- stacjonarnym i dyspersyjnym
- niejednorodnym
- liniowym
- anizotropowym
- dyspersyjnym
- stacjonarnym
15.Dipol liniowy prosty zasilany symetrycznie o długości
geometrycznej 1 m umieszczono w próżni i zasilono prądem
sinusoidalnym o częstotliwości 150 MHz. Z praktycznego
punktu widzenia można uznać, że część reaktancyjna
impedancji wejściowej tego dipola jest:
Przykładowa odpowiedź: ujemna
Rozwiązanie:
l=1m−długość dipola
f =150 MHz−częstotliwość
λ−długość fali
8 m
3∗10
c
s
λ= =
=2m
f 150∗106 Hz
l 1m
=
=0,5
λ 2m
- zerowa
16.Na rysunku przedstawiono listek główny unormowanego
diagramu kierunkowego promieniowania mocy anteny, której
maksymalny zysk kierunkowy wynosi 20 dBi. Zatem zysk
kierunkowy tej anteny na kierunku odchylonym o kąt 40
stopni od kierunku maksymalnego promieniowania wynosi
około:
Przykładowa odpowiedź: 80
Rozwiązanie:
- 70 W/W
17. W strefie dalekiej wektorowa amplituda zespolona
natężenia pola elektrycznego, pochodzącego od danej
anteny nadawczej wynosi:
e
⃗
̂ ⃗
E=
iθ
− j βr
r
− jβ r
e
cos ϕ cos θ+ i⃗ϕ
sin θ cos ϕ
r
Zatem unormowany diagram kierunkowy promieniowania pola
tej anteny jest równy:
Przykładowa odpowiedź: ∣cos θ∣
Rozwiązanie:
2
2
E (θ , ϕ)=√∣Ê θ∣ +∣Ê ϕ∣
En (θ , ϕ)= √∣cos ϕ∣ ∣cos θ∣ +∣sin θ∣ ∣cos ϕ∣ =√ cos ϕ (sin θ+ cos θ)=∣cos ϕ∣
2
∣cos ϕ∣
2
2
2
2
2
2
18. Jeżeli dielektryk, w którym rozchodzi się fala radiowa jest
zarówno ośrodkiem dyspersyjnym, jak i anizotropowym, to
można przypuszczać, że przynajmniej jeden z jego parametrów
jest funkcją:
Przykładowa odpowiedź: częstotliwości fali radiowej i kierunku jej propagacji
Rozwiązanie:
- częstotliwości fali radiowej
- kierunku jej propagacji
- długości fali
19. Jonosfera ziemska, jako zjonizowany gaz poddany
działaniu stałego pola magnetycznego Ziemi jest ośrodkiem:
Przykładowa odpowiedź: anizotropowym
Rozwiązanie:
- anizotropowy
- dyspersyjny
- żyrotropowy
- jednorodny
- niestacjonarny
20. Troposfera ziemska, jako mieszanina gazów
atmosferycznych i pary wodnej jest ośrodkiem:
Przykładowa odpowiedź: stacjonarnym
Rozwiązanie:
- niestacjonarnym
- niejednorodnym
- bezdyspersyjnym
- izotropowym
- liniowym