Srko-kf1

  • April 2020
  • PDF

This document was uploaded by user and they confirmed that they have the permission to share it. If you are author or own the copyright of this book, please report to us by using this DMCA report form. Report DMCA


Overview

Download & View Srko-kf1 as PDF for free.

More details

  • Words: 5,461
  • Pages: 12
POLITECHNIKA WARSZAWSKA Instytut Radioelektroniki Zakład Radiokomunikacji

LABORATORIUM SYSTEMÓW RADIOKOMUNIKACYJNYCH

wiczenie 1

Badanie propagacji fal krótkich (materiały pomocnicze i instrukcja do wiczenia) 

Warszawa 2003

1. Cel  wiczenia Celem  wiczenia jest zapoznanie si ze zjawiskami warunkuj cymi propagacj fal krótkich w jonosferze. Zjawiska te s  badane na modelu komputerowym a uzyskane wyniki s  porównywane z wynikami obserwacji sygnału nadawanego przez stacj radiow . 2. Wst p 2.1. Charakterystyka i zastosowanie fal krótkich Fale krótkie obejmuj  pasmo cz  stotliwo  ci od około 3 do 30MHz. W tym zakresie dominuj  cym rodzajem propagacji jest propagacja jonosferyczna, przy której fale ulegaj  odbiciu od jonosfery ziemskiej. Zakres fal krótkich jest jedynym zakresem cz stotliwo ci fal radiowych pozwalaj  cym na uzyskanie globalnego zasi  gu przy stosunkowo niewielkich mocach promieniowanych i wymiarach anten. Podobnie du e zasi gi ł  czno  ci uzyskuje si tak  e na falach bardzo długich (poni  ej 100kHz), jednak wymaga to u  ycia nadajników o znacznych mocach i anten o du ych rozmiarach (tysi ce metrów). Pierwszym zastosowaniem fal krótkich była radiokomunikacja dalekiego zasi gu, obecnie została ona niemal całkowicie wyparta przez ł  czno  satelitarn  . Po II wojnie  wiatowej rozwin  ła si  radiofonia krótkofalowa umo  liwiaj  ca nadawanie audycji radiowych na odległo ci do kilku tysi cy kilometrółw. Stosunkowo niewielkie wymiary anten (długo  fali 100..10m) pozwalaj  na instalacj  radiostacji krótkofalowych na statkach i samolotach (łł czno  ruchoma). Pomimo konkurencji ze strony ł  czno  ci satelitarnej, ł  czno   krótkofalowa jest wci  stosowana, mi dzy innymi ze wzgl du na ni sze koszty urz  dze . W lotnictwie jest ona nadal podstawowym  rodkiem ł czno ci w lotach transoceanicznych i nad terenami słabo zurbanizowanymi (np. Afryka). Na słabo zaludnionych obszarach (Alaska, Kanada, Australia) ł czno  krótkofalowa jest u ywana równie w systemach ł czno ci ruchomej l dowej. Mo liwo   uzyskania znacznego zasi gu bez konieczno ci u ycia stacji przeka nikowych jest szczególnie istotna dla zastosowa wojskowych, gdzie umo liwia szybkie odtworzenia systemu ł czno ci po ataku nieprzyjaciela. Podstawow  wad  fal krótkich jest niestabilno  warunków propagacji wynikaj  ca ze zmian stanu jonosfery. Zmiany te nast  puj  zarówno w rytmie dobowym i rocznym jak i dłu szym około 11-letnim zwi  zanym ze zmianami aktywno  ci Sło ca. Zmiany warunków propagacji s  na tyle istotne,  e niekiedy cz  stotliwo  nadawania musi by  zmieniana w zale no ci od pory dnia lub roku. 2.2. Techniki badania aktywno ci sło ca Stan jonosfery, od którego zale warunki propagacji fal krótkich, zale y od aktywno ci Sło ca. Bezpo  rednio widocznym i badanym od stosunkowo długiego czasu objawem aktywno  ci słonecznej s  wyst puj  ce na jego powierzchni ciemne obszary zwane plamami. S  to obszary o zwi kszonym nat eniu pola magnetycznego i temperaturze o około 1000K ni  szej ni  typowa temperatura powierzchni Sło ca (około 6400K), st  d wydaj  si  one ciemne, niemal czarne. Rozmiary plam s  rz  du kilkuset do kilkudziesi  ciu tysi  cy kilometrów i mog  by  obserwowane nawet za pomoc niewielkich teleskopów. Najcz ciej aktywno   Sło ca okre  la si  podaj  c liczb Wolfa (w publikacjach angielskich nazywan  Sunspot Number), okre lan na podstawie widocznej liczby plam i grup, w które te plamy si ł cz , zgodnie ze wzorem: gdzie p jest liczb  plam, g liczb  grup a f współczynnikiem korekcyjnym zale  nym od

wielko  ci u ytego do obserwacji teleskopu i bystro  ci wzroku obserwatora. Podawane warto  ci liczby Wolfa s  warto  ciami u  rednionymi z wielu obserwacji przeprowadzonych przez kilku obserwatorów w jednym lub kilku obserwatoriach astronomicznych. Typowe wielko  ci liczby Wolfa wynosz  od kilku do kilkunastu w okresie minimum aktywno  ci słonecznej i 100 do 200 w okresie maksimum aktywno  ci. Podaje si  równie   rednie miesi  czne i roczne wielko  ci liczby Wolfa, co redukuje wpływ nierównomiernego rozmieszczenia plam na powierzchni Sło ca (obrót Sło ca wokół własnej osi trwa około 29 dni). Pomimo,  e plamy na Sło cu nie wpływaj  bezpo  rednio na propagacj fal radiowych, liczba Wolfa powszechnie wykorzystywana si jako parametr okre laj cy aktywno  Sło ca i jego wpływ na stan jonosfery, w konsekwencji na warunki propagacji fal radiowych. Przeprowadzaj  c odwrotne obliczenia mo  na na podstawie znanego stanu jonosfery okre  li  odpowiadaj c jemu liczb Wolfa. Tak wyznaczone liczby Wolfa s w radiotechnice nazywane efektywnymi liczbami Wolfa (effective sunspot number - SSNe). Znajomo   efektywnej liczby Wolfa pozwala najdokładniej modelowa  aktualny stan jonosfery, jednak parametr ten jest dost  pny tylko dla chwili obecnej. Do prognozowania propagacji fal radiowych w dalszej przyszło  ci trzeba skorzysta  z prognoz zwykłej, wyznaczanej z obserwacji plam, liczby Wolfa. Wyznacza si  równie  odr  bn  efektywn  liczb  Wolfa na podstawie obserwacji strumienia promieniowania mikrofalowego emitowanego przez Sło ce. 2.3. Wpływ promieniowania Sło ca na atmosfer ziemsk Promieniowanie Sło ca (ultrafioletowe, rentgenowskie) oraz w mniejszym stopniu promieniowanie kosmiczne powoduj jonizacj górnych warstw atmosfery, obszar w którym wyst puje znaczna koncentracja jonów jest nazywany jonosfer  . W jonosferze wyró nia si tradycyjnie kilka warstw oznaczanych literami D, E, F. Obecne badania wykazuj  ,  e nie s to oddzielne zjonizowane warstwy lecz jedynie strefy szybszego wzrostu koncentracji jonów w funkcji wysoko  ci oddzielone od siebie stosunkowo niewielkimi obszarami, w których koncentracja jonów maleje wraz ze wzrostem wysoko ci (rys. 1). Ze wzgl du na swoj niewielk mas jedynie swobodne elektrony wpływaj  na propagacj fal radiowych. W o  rodku zjonizowanym fala mo e si rozchodzi o ile jej cz  stotliwo   jest wi  ksza ni  cz stotliwo  krytyczna:

gdzie N jest koncentracj elektronów wyra  on  w 1/cm 3. Fale o mniejszej cz stotliwo  ci       ! "#$%&' ( ()*!+!$, $%-./. nie mog  si  rozchodzi  w 0 ( !1 23 0 ,$%.4567,58)9:& ;< takim o  rodku i zostan  odbite w kierunku Ziemi. Pole magnetyczne Ziemi równie wpływa na ruch swobodnych elektronów w jonosferze i powoduje zwi kszenie cz stotliwo  ci krytycznej o wielko   równ  połowie cz  stotliwo ci rezonansu  yromagnetycznego elektronów:

o ile polaryzacja pola magnetycznego fali jest prostopadła do kierunku wektora ziemskiego pola magnetycznego. Fala (lub składowa fali) o takiej polaryzacji jest nazywana promieniem nadzwyczajnym. Dla kierunku polaryzacji równoległego do kierunku wektora pola magnetycznego cz stotliwo  krytyczna nie ulega zmianie. Fala o cz  stotliwo  ci wi  kszej ni  cz  stotliwo   krytyczna mo  e si  rozchodzi  w warstwie zjonizowanej lecz pr  dko   rozchodzenia si  fali jest mniejsza ni  w o  rodku niezjonizowanym:

Poniewa  zazwyczaj pod warstw  odbijaj  c  znajduj  si  warstwy jonosfery o mniejszej cz  stotliwo  ci krytycznej, to fala odbita od jonosfery powróci po dłu  szym czasie ni  wynikałoby to z rzeczywistej wysoko  ci warstwy odbijaj cej. Obliczaj c wysoko  warstwy odbijaj  cej przy zało eniu stałej pr  dko  ci fali 3 10 8m/s uzyskuje si  zawy  on  wysoko  warstwy odbijaj cej zwan wysoko ci efektywn . Przy uko  nym padaniu fali radiowej na warstw zjonizowan  (rys 2) warunki odbicia s łatwiejsze i maksymalna cz stotliwo   odbijanej fali (cz stotliwo   graniczna) jest wi ksza ni cz stotliwo  krytyczna (prawo secansa): gdzie  0 jest k  tem padania liczonym od normalnej do powierzchni warstwy zjonizowanej. Z zale no  ci tej wynika,  e do ł  czno  ci na wi ksze odległo  ci (fala wypromieniowana pod niewielkim k  tem) mo na u y  cz stotliwo ci wy szej ni cz stotliwo  krytyczna. W takiej sytuacji wokół nadajnika powstaje strefa milczenia, gdy  fale wypromieniowane pod wi  kszym k  tem przenikn  przez jonosfer  w przestrze kosmiczn  i wokół nadajnika powstanie kolista strefa, w której poziom nat   enia pola b  dzie bardzo niski. Promie tej strefy zale y od stosunku cz stotliwo ci pracy nadajnika do cz stotliwo ci krytycznej. Ze wzgl  du na kulisto  Ziemi (a tym samym warstw jonosfery), k  t padania fali na jonosfer  0 jest mniejszy od 90° nawet gdy fala zostałaby wypromieniowana niemal poziomo (stycznie do powierzchni Ziemi), tak jak to pokazano na rys. 2b. Z tego powodu zasi  g fal krótkich przy jednokrotnym odbiciu od jonosfery jest ograniczony i tym wi kszy im wy ej znajduje si warstwa odbijaj ca.

      0 & "1   ;9 +    !1 9 7    1,7 0 ;7,&;  5   58 +   !    13 0 ( & 0 2 !"1%&&56" %  3  

' 0 & "1    1 ;  +  

Najni sza warstwa D znajduje si na wysoko ci około 60-90km, na tej wysoko ci g sto  powietrza jest jeszcze znaczna i ruch swobodnych elektronów jest silnie tłumiony wskutek

zderze z atomami, przez co warstwa ta raczej tłumi fale radiowe ni je odbija. Koncentracja elektronów w warstwie D jest stosunkowo niewielka tote jej wpływ jest zauwa alny przede wszystkim w zakresie fal  rednich i w dolnym zakresie fal krótkich. W nocy warstwa D zanika i fale radiowe mog bez przeszkód dociera do wy szych warstw jonosfery. Wy ej poło ona jest warstwa E (na wysoko ci około 100-120km), warstwa ta odbija fale  rednie oraz ni  sze i  rednie cz  stotliwo  ci z zakresu fal krótkich. Ze wzgl  du na znacznie mniejsz  g sto   atmosfery na tej wysoko  ci tłumienie fal radiowych przez t  warstw jest znacznie mniejsze. W nocy koncentracja elektronów w warstwie E maleje lecz warstwa ta nie znika całkowicie, umo  liwiaj  c ł  czno   radiow  na  rednie odległo  ci (do kilkuset kilometrów) na falach  rednich i krótkich. Niekiedy, zwłaszcza przy du ej aktywno ci Sło ca, mo e doj  do powstania sporadycznej warstwy E oznaczanej Es. Warstwa ta wyst puje na wysoko  ciach charakterystycznych dla warstwy E. Składa si  ona z obłoków o szczególnie du ej koncentracji elektronów, przez co jest w stanie odbija fale o cz stotliwo ciach przekraczaj cych niekiedy 100MHz. W zakresie fal krótkich wpływ warstwy Es jest raczej niekorzystny, gdy jest ona niestabilna i blokuje drog fal radiowych do wy ej poło onej warstwy F. Warstwa F jest najwy  ej poło  on  warstw  jonosfery (wysoko   180-400km) i charakteryzuje si  najwi  ksz  cz  stotliwo  ci  krytyczn  dochodz  c  do kilkunastu megaherców. W lecie w dzie warstwa ta rozdziela si  na dwie warstwy oznaczane F1 (na wysoko  ci 180-250km) oraz F2 (około 300km). W nocy koncentracja elektronów w warstwie F maleje, jednak proces rekombinacji jest do   powolny i w godzinach wieczornych mo na spodziewa  si  znacznej koncentracji elektronów w tej warstwie, niewiele mniejszej ni  w dzie . Najni sza cz stotliwo  krytyczna warstwy F wyst puje przed  witem, zanim promienie słoneczne zaczn  j  o  wietla  . Cz  stotliwo  krytyczna warstwy F (a zwłaszcza F2) jest silnie zmienna w czasie i trudna do prognozowania. Warstwa F zapewnia ł  czno   na cz stotliwo ciach dochodz cych do 30MHz i najwi kszy zasi g, dochodz cy do 4000km przy pojedynczym odbiciu od jonosfery. Podsumowuj  c, wraz ze wzrostem cz stotliwo  ci dla zadanej trasy radiowej wysoko   , na której zachodzi odbicie fal radiowych wzrasta. Odpowiednio zmienia si  te  k  t, pod którym powinna zosta  wypromieniowana fala aby dotrze  do punktu odbioru. Wraz ze wzrostem długo  ci trasy optymalny k  t promieniowania maleje a cz stotliwo  graniczna wzrasta. Przy ł  czno  ci na wi  ksze odległosci fale kilkakrotnie odbijaj  si  od jonosfery i od powierzchni Ziemi. Mo  e si  zdarzy  ,  e na danej trasie dla ró  nych cz  stotliwo  ci ilo  odbi  jest ró na, wtedy zale  no  ci wysoko  ci odbicia i optymalnego k  ta promieniowania przestaj  by  monotoniczne. Reguł  jest to,  e dla wi kszych cz stotliwo ci liczba odbi jest mniejsza. Szczególnie korzystne warunki propagacji fal radiowych wyst puj w w skim pasie wokół Ziemi, w którym aktualnie trwa zmierzch (lub  wit). W tym pasie warstwa D ju  (jeszcze) nie wyst puje a warstwa F jest jeszcze silnie zjonizowana (lub jonizacja tej warstwy wzrasta ju wskutek o wietlenia promieniami wschodz cego sło ca). 2.4. Metody badania stanu jonosfery Podstawow  narz  dziem do badania stanu jonosfery jest jonosonda. Działa ona na zasadzie zbli onej do radaru, kierunkowa antena jonosondy jest skierowana pionowo w gór . Z nadajnika jonosondy wysyłany jest impuls fal radiowych. Fale te odbijaj si od jonosfery i powracaj  do odbiornika. Czas nadej  cia echa jest miar  wysoko  ci warstwy odbijaj  cej. Zmieniaj  c cz  stotliwo   wysyłanych fal radiowych mo  na okre  li  zale  no  wysoko  ci odbicia od cz stotliwo ci, graficzne przedstawienie tej zale no ci jest nazywane jonogramem.

Przy sporz dzaniu jonogramu czas nadej cia echa przelicza si na wysoko  warstwy odbijaj  cej przyjmuj  c pr dko   fali równ pr dko ci  wiatła w pró ni przez co uzyskuje si wysoko   efektywn  warstwy odbijaj  cej. Z jonogramu mo  na odczyta  cz  stotliwo  ci krytyczne i wysoko  ci poszczególnych warstw jonosfery (rys 3). Mo liwe jest te obliczenie rozkładu koncentracji elektronów w funkcji wysoko ci.

    "&& . )     9:!$'.  &   $ +.    1 ;'&   $%  5 3 1 " % ; %.   77     %< "      0 <5 ( 0 ! 5   % " .4& !(<

Obecnie wyniki sondowania jonosfery w wielu stacjach badawczych s  na bie   co udost pniane w Internecie. Obecnie wiele z tych stacji korzysta z nowoczesnych jonosond o nazwie fabrycznej “Digisonde”. Została w nich zastosowana cyfrowa obróbka sygnału pozwalaj  ca na zmniejszenie promieniowanej mocy sygnału sonduj  cego oraz uzyskanie dodatkowych informacji o intensywno  ci, polaryzacji i przesuni  ciu Dopplera odebranego sygnału, przedstawianych na wykresach za pomoc kolorów. Przykładowy jonogram uzyskany za pomoc  takiej jonosondy jest pokazany na rysunku 4. Kolory czerwony i zielony u yte s do zobrazowania odbicia odpowiednio promienia zwyczajnego i nadzwyczajnego. Jonogram ten został uzyslany w warunkach dziennych i widoczny jest na nim podział warstwy F na F1 i F2 oraz (w górnej cz ci) dodatkowe słabsze echo odpowiadaj ce dwukrotnemu odbiciu fali od jonosfery. Cienka czarna linia poni ej  ladu odbi obrazuje rzeczywist wysoko  warstwy zjonizowanej odtworzon  za pomoc  programu “POLAN”. Wysoko  ta jest mniejsza od efektywnej ze wzgl  du na mniejsz  pr  dko  propagacji fali w le   cych ni  ej warstwach jonosfery. Jonogram z rysunku 5 przedstawia typowy obraz rejestrowany podczas wyst powania warstwy sporadycznej Es.

  < (& ".4 )$%  5  8  () ,++, $ ,+,+ 

  2$%  (5  . ,"&  .  .





3. Zadania do wykonania Zadanie 1. Obserwacja stanu aktywno ci słonecznej Uruchomi przegl dark internetow (Netscape Nawigator lub Internet Explorer) i pobra stron  Space Weather Bureau o adresie http://spaceweather.com/, odczyta  i zanotowa  aktualn  wielko   liczby Wolfa (SSN - Sunspot Number). Adres powy szej strony znajduje si  w pliku z zakładkami w folderze “Solar”. Zanotowa  aktualny stan Sło ca i prognoz  dotycz  c  rozbłysków słonecznych i burz magnetycznych (Space Weather NOAA Forecast). Na podstawie wykresów dost  pnych na stronach “Solar Cycle Progression” (http://www.sec.noaa.gov/SolarCycle/) lub “SIDC : Sunspot data - graphics” (http://sidc.oma.be/html/wolfjmms.html) okre  li  , jaka jest aktualna faza cyklu aktywno ci słonecznej (maksimum, minimum, narastanie, spadek). Je  li uzyskanie dost pu do powy szych stron nie jest mo  liwe, to odczyta spodziewan warto   liczby Wolfa na dzie  wiczenia z wykresu zawartego w pliku cykl.gif zapisanym w folderze C:\Lab\SRKO lub w folderze Propagacja na serwerze DAB (dost  pny przez “otoczenie sieciowe” z pulpitu Windows). Ze strony “Space Weather Indices” (http://www.nwra.com/nwra/spawx/spawx.html) wynotowa  z dost  pnych wykresów aktualn  warto   efektywnej liczby Wolfa SSNe wyznaczonej z obserwacji cz stotliwo ci granicznej warstwy F2 (wykres “Effective SSN and T indices ”) oraz, je  li planuje si  u  ycie programu “ICEPAC”, wielko   indeksu geomagnetycznego Qe (wykres “Plot of R/T Qe Auroral Boundary Indices”). Uwaga: Warto   dziennej optycznej liczby Wolfa ulega znacznym fluktuacjom, tak  e jest ona mało przydatna do modelowania propagacji fal radiowych.Je  li nie mo  na uzyska  aktualnej efektywnej liczby Wolfa, to do oblicze u y u rednionej liczby Wolfa odczytanej z prognozy cyklu. Zadanie 2. Obserwacja stanu jonosfery Pobra stron przedstawiaj c aktualny jonogram uzyskany w stacji badawczej w Dourbes w Belgii lub Juliusruh w Niemczech. Stacje te znajduje si  w stosunkowo niewielkiej odległo  ci od Polski i na zbli onej szeroko ci geograficznej, przez co mo na przyj  ,  e stan jonosfery w obu miejscach jest zbli  ony. Dodatkowo (lub w przypadku braku kontaktu z serwerem stacji Dourbes lub Juliusruh) mo  na obejrze  jonogramy z innych stacji (Rzym, Tromsø). Adresy stron internetowych zawieraj  cych aktualne jonogramy s zawarte w pliku zakładkami (Bookmarks) w folderze “Jonosondy”. Strony w folderze “Animacje” zawieraj animacje jonogramów uzyskanych z pomiarów w Szwecji. Uwaga: Zanotowa  z jakiej stacji, oraz z którego dnia i godziny pochodzi analizowany jonogram! Z obserwowanego jonogramu odczyta  i zanotowa  wysoko  ci oraz cz  stotliwo  ci graniczne warstw E i F (ewentualnie F1 i F2, je  li da si je rozró ni ) oraz cz stotliwo  graniczn  warstwy D - jako minimaln  cz stotliwo  fali odbijaj  cej si  od warstwy E (niekiedy warstwa ta ukazuje si  jako słabe niewyra  ne echo na typowej dla niej wysoko  ci około 60km). Niektóre stacje (np. Dourbes) podaj  te parametry w opisie jonogramu, ale mo na si z t interpretacj nie zgodzi i zaproponowa własn . Okre  li  czy obserwowany jonogram odpowiada dziennym czy nocnym warunkom propagacji. Je li wyst puj zjawiska szczególne (np. warstwa Es), to spróbowa je zidentyfikowa 





Zadanie 3. Modelowanie propagacji krótkofalowej Opis pakietu “ITS HF Propagation”

Pakiet “ITS HF Propagation” zawiera zestaw programów umo liwiaj cych okre lenie warunków propagacji fal krótkich (2 do 30MHz). Mo  liwe jest okre  lenie warunków propagacji w funkcji czasu i cz stotliwo  ci dla zadanej trasy radiowej lub te wyznaczenie mapy rozkładu nat   enia pola na powierzchni Ziemi dla zadanych lokalizacji nadajnika, czasu i cz  stotliwo  ci. S  te  programy umo  liwiaj  ce okre  lenie stosunku sygnału do zakłóce pochodz  cych od innych stacji pracuj  cych na tej samej cz  stotliwo  ci oraz program pomocniczy do obserwacji charakterystyk kierunkowych anten krótkofalowych. Programy “ICEPAC”, “ICEAREA” i “S/I ICEPAC” u ywaj  podstawowego algorytmu do analizy propagacji stosowanego mi dzy innymi w starszym programie “IONCAP”. Programy “VOACAP”, “VOAAREA” i “S/I VOACAP” u  ywaj  algorytmu nieco zmodyfikowanego i uproszczonego (mniejsza liczba parametrów modelu jonosfery) dla radiostacji Głos Ameryki. Programy “REC533" i “RECAREA” realizuj  obliczenia zgodnie z algorytmem przedstawionym w rekomendacji ITU-R PI.533. Programy z nazw  “...AREA” wyznaczaj  map rozkładu nat  enia pola, podczas gdy programy “S/I ...” okre laj stosunek sygnału do zakłóce pochodz cych od innych stacji. 3.1. Modelowanie propagacji od wybranej stacji radiowej 1. Uruchomi  wybrany program “ICEPAC” lub “VOACAP”. Na ekranie powinien pojawi okno z zestawem parametrów uruchomieniowych programu. Zmiany parametru dokonuje si  wybieraj  c odpowiedni przycisk, pojawia si  wtedy okno wprowadzania danej wielko  ci, jej zatwierdzenia dokonuje si przyciskiem “Accept”, po wybraniu “Cancel” okno jest zamykane bez zmiany parametrów. Nale y ustawi nast puj ce parametry: Metod bada (“Method”) - 20. Aktualny rok (“Year”), Współczynniki modelu jonosfery (“Coefficients”) - CCIR lub URSI 88 (do wyboru, w sprawozdaniu zanotowa , które były u yte). Czas (“Time”) - od 01 do 24 (modelowanie powinno obj  cał dob ). “Groups” - w najwy szym wierszu ustawi  aktualny numer miesi  ca (dla programu “VOACAP”) lub numer miesi  ca i po kropce numer dnia (dla programu “ICEPAC”), odczytan  z Internetu efektywn  liczb  Wolfa (“SSN”) oraz ewentualnie indeks geomagnetyczny Q (je li jest on nieznany to wpisa 0). Lokalizacj  nadajnika (“Transmitter”) - Offenbach am Main w Niemczech miejscowo   t  i jej współrz dne geograficzne (istotne!) nale  y odszuka  w bazach danych. W pakiecie s  dost  pne bazy danych dla poszczególnych rejonów geograficznych (kontynentów) posortowane alfabetycznie według nazw miast (“by City”) lub pa stw (“by Nation”) i dodatkowo dla miejscowo ci w USA według stanów (“by State”). Wybór miejscowo ci potwierdzi przez wybranie Accept na belce okna. Lokalizacj odbiornika (“Receiver”) - Warszawa - wybór jak powy ej. Tras propagacji (“Path”) - krótk  (Short). Sprawdzi  , jaka jest długo  trasy długiej (Long). Z czego to wynika? Cz  stotliwo  ci pomiarowe (“Freq(MHz)”) - pozostawi  bez zmiany (4.583, 7.646, 10.101, 11.039 i 14.467MHz), zanotowa te wielko ci. Parametry systemu radiowego (“System”) - pozostawi  bez zmiany, wprowadza si tu mi dzy innymi poziom szumów przemysłowych, minimalny k  t promieniowania anteny nadawczej,  dan  jako  transmisji (niezawodno  i  dany stosunek sygnałszum) i parametry okre laj ce wra liwo  systemu na propagacj wielodrogow . Poprawki na aktualny stan jonosfery (“Fprob”) pozostawi bez zmiany. Anten  nadawcz  (“Tx Antenna”) - wybra  Default\CCIR.025 (Omni 4dB) oraz 























ustawi  moc nadajnika (“Tx Power”) na 10kW. Program umo  liwia wybór ró nych anten dla 4 pasm cz stotliwo ci. Anten odbiorcz  (Rx Antenna”) - wybra Default\SWWHIP.VOA (antena pr towa). Po ustawieniu wymaganych parametrów w menu na belce okna wybra Run a nast pnie Graph. Powinno pojawi  si  okno obrazuj  ce przebieg oblicze a po chwili okno zawieraj  ce wybór dost  pnych wykresów.   dany wykres pojawia si  po wybraniu kursorem odpowiedniej linii. Powrót do okna z wyborem wykresów odbywa si  po wybraniu Parameters na belce menu okna. Wyj  cie do głównego okna programu (ustawianie parametrów modelowania) nast  puje po wybraniu Exit. Wykresy mo  na obejrze powtórnie wybieraj c View zamiast Run. 

2. Obejrze i naszkicowa w sprawozdaniu wykres nat  enia pola w miejscu odbioru (DBU). Zanotowa , w jakich zakresach cz stotliwo ci mo na si spodziewa propagacji fal na tej trasie w nocy oraz w dzie (około południa). Jaka jest przyczyna ró nicy pomi  dzy pasmem cz  stotliwo  ci propaguj  cych si  w dzie i w nocy? Odczyta  z wykresu i zanotowa  wielko  ci nat enia pola dla wymienionych w p. 1. pi  ciu cz  stotliwo  ci (obrazowanych cienkimi poziomymi liniami) i dla chwili zako czenia  wiczenia w laboratorium (przeliczy na czas uniwersalny). Klikni cie mysz na wybranym punkcie wykresu wy  wietla odczytywan  wielko  niebieskimi znakami u góry ekranu. Poniewa  moce nadajników pracuj  cych na cz  stotliwo  ciach 4.583, 7.646, 11.039 oraz 14.467 wynosz  1kW zamiast 10kW, nale y wprowadzi odpowiedni poprawk do wyników uzyskanych na tych cz  stotliwo  ciach. Na cz  stotliwo  ci 10.101MHz moc nadajnika wynosi 10kW i poprawki na moc si nie stosuje. W sprawozdaniu zamie  ci  wyniki bez poprawki jak i z poprawk na moc nadajnika. 3. Obejrze wykres poziomu sygnału na wej ciu odbiornika (SDBW). Wykres ten powstaje z poprzedniego wykresu po uwzgl  dnieniu skutecznej długo  ci anteny odbiorczej. Je  li zysk anteny jest stały (a tak jest dla u  ytej do modelowania anteny odbiorczej) to długo  skuteczna anteny maleje odwrotnie proporcjonalnie do wzrostu cz stotliwo ci. Czy s  widoczne ró nice w porównaniu z poprzednim wykresem? 4. Obejrze wykres poziomu szumów w funkcji czasu i cz stotliwo ci (NDBW). W wi  kszo  ci przypadków o szumach na wej  ciu odbiornika krótkofalowego decyduj  szumy przemysłowe wytwarzane podczas przeł  czania pr  dów o cz  stotliwo  ciach przemysłowych (50-60Hz) w urz  dzeniach elektrycznych. Raport CCIR nr. 258 okre  la typowe poziomy szumów przemysłowych dla kilku kategorii miejsc (obszary przemysłowe, mieszkalne, wiejskie itp.) nie okre laj c ich waha w ci gu doby. Innym  ródłem szumów s  wyładowania atmosferyczne (szumy atmosferyczne), ich charakterystyka cz  stotliwo  ciowa jest zbli  ona, jednak przyjmuje si  dla nich wyst powanie pewnej zale no ci poziomu od pory dnia. W dzie ze wzgl du na tłumienie przez warstw D poziom szumów atmosferycznych jest mniejszy. Od czego zale y poziom szumów przemysłowych? 5. Obejrze wykres stosunku sygnału do szumu (SNR). Odczyta  z wykresu wielko  ci stosunku sygnał/szum dla tej samej chwili i dla tych



samych cz stotliwo ci co w punkcie 2. Uzyskane wyniki odnosz si do szeroko ci pasma odbiornika równej 1Hz i nale y przeliczy  je dla rzeczywistej szeroko  ci pasma wynosz  cej 1kHz oraz wprowadzi  poprawk na rzeczywist  moc nadajnika (-10dB dla mocy nadajnika 1kW). W sprawozdaniu zamie  ci  wielko  ci stosunku sygnał/szum bez poprawki jak i z poprawk na moc nadajnika. Okre  li , na której z tych cz  stotliwo  ci zachodz  najkorzystniejsze warunki propagacji, a na której nale y spodziewa si  najlepszego odbioru. 6. Obejrze wykres optymalnego k ta promieniowania (ANGLE lub TANGLE). Jest to k  t, liczony od płaszczyzny poziomej, pod którym nale y wypromieniowa  fal tak aby trafiła do anteny odbiorczej. Zanotowa  typow  wielko   k  ta dla optymalnych cz  stotliwo  ci (daj  cych dostatecznie du y poziom nat enia pola w miejscu odbioru), posłu y si wykresem sporz dzonym w punkcie 2. Jaka jest zale  no  optymalnego k  ta promieniowania od cz  stotliwo  ci i z czego ona wynika? 7. Obejrze wykres wysoko ci warstwy odbijaj cej (VHITE). Na tym wykresie zawarta jest informacja o efektywnej wysoko ci odbicia fal radiowych. Odczyta wysoko ci odbicia dla kilku wybranych cz stoliwo ci. Jak zmienia si  wysoko  odbicia przy zmaianach cz  stotliwo  ci fali? Zidentyfikowa warstwy jonosfery odpowiedzialne za odbicie fal radiowych. 3.2. Analiza propagacji dla dłu szej trasy Zmieni  lokalizacj  nadajnika na wybran  miejscowo   odległ  o 2000 do 4000km. Obejrze  i naszkicowa  w sprawozdaniu wykres DBU. Zanotowa  , w jakich zakresach cz  stotliwo  ci mo  na si  spodziewa  propagacji fal na tej trasie w nocy oraz w dzie (około południa). Jaka jest przyczyna ró nicy w stosunku do krótszej trasy? Obejrze wykresy ANGLE (lub TANGLE) oraz VHITE i porówna odczytane warto ci k tów promieniowania i wysoko  ci warstwy odbijaj  cej dla cz stotliwo ci zapewniaj cej najlepsz ł czno  z wynikami uzyskanymi w punktach 3.1.6 i 3.1.7. Czy wyst  puj  podobie stwa i ró nice pomi  dzy wykresami nat   enia pola dla ró nych odległo  ci nadajnika i jak je mo  na wyja  ni ? Czy wyst  puj  oznaki propagacji z wielokrotnym odbiciem od jonosfery? Jak optymalny k  t promieniowania fali zale y od odległo ci? 3.3. Obserwacja mapy rozkładu nat  enia pola Uruchomi  program “ICEAREA” lub “VOAAREA”, zale nie od programu u ywanego poprzednio, ustawi  analogiczne parametry (lokalizacja, moc nadajnika, typ anteny) jak przy modelowaniu propagacji w zadaniu 3.1 w “Groups” ustawi  dodatkowo t sam godzin dla której były dokonywane odczyty w punkcie 3.1 i cz  stotliwo  14.467MHz. Pozostałych parametrów nie zmienia . W belce menu wybra  kolejno Run, Calculate, Save/Calculate/Screen a nast  pnie wybra  dowoln  nazw pliku *.ice w katalogu c:\itshfbc\areadata\work\. Program powinien zapyta  si o potwierdzenie nazwy pliku a nast pnie wy  wietli  okno obrazuj  ce przebieg oblicze . Po ich zako czeniu pojawi si okno w którym w menu “Parameter” mo na wybra opcj DBU. Po jej wybraniu i po chwili powinna zosta narysowana mapa rozkładu nat  enia



pola na obszarze Europy. Zaobserwowa  pier  cieniowy rozkład nat  enia pola i sprawdzi  , czy wyst  puje strefa milczenia w s  siedztwie nadajnika. Oszacowa  promie strefy milczenia oraz odległo  , dla której uzyskuje si maksymalne nat  enie pola. Od czego zale y wyst  powanie strefy milczenia? Zadanie 4. Eksperymentalne badanie propagacji W tej cz ci bada si poziom sygnału pochodz  cego od stacji nadawczej zlokalizowanej w miejscowo  ci Offenbach am Main w Niemczech. Stacja ta przez cał  dob nadaje emisj  RTTY komunikaty meteorologiczne przeznaczone dla  eglugi na morzach otaczaj  cych Europ . Do odbioru telegrafii RTTY wykorzystywany jest program MMTTY wyposa ony w programowy demodulator modulacji FSK. Program odbiera sygnał akustyczny za poprzez wej cie karty d wi kowej. Program MMTTY pracuje w  rodowisku Windows 9x i mo  na uruchomi  go poprzez skrót na pulpicie. Po uruchomieniu programu nale y sprawdzi  , czy ustawione s  wła  ciwe parametry transmisji: cz stotliwo  “Mark” w zakresie 1700-2100Hz, przesuw cz stotliwo ci “Shift” 425Hz, pasmo filtru “BW” 50Hz, pasmo filtru podetekcyjnego “AV” 70Hz. Do kontroli dostrojenia sygnału mo  na wykorzysta  okienko w prawym górnym rogu ekranu wy  wietlaj  ce widmo cz  stotliwo  ciowe sygnału dochodz  cego z odbiornika. Program powinien automatycznie dostroi demodulator do sygnału, tak aby maksima widma pokrywały si z zielonymi liniami w okienku. Obok mo e by wy wietlone okienko zawieraj ce wykres XY filtrowanego sygnału. Prawidłowe dostrojenie odpowiada maksymalnej wielko ci figury w kształcie krzy a. Poziom sygnału (gło  no  ) nale y wyregulowa w odbiorniku tak, aby nie wy wietlał si napis “Overload”. Po wykonaniu tych czynno  ci na ekranie powinien pojawi  si odbierany tekst (przy braku sygnału na ekranie pojawiaj si losowe znaki). Program jest wyposa ony w programowy oscyloskop umo liwiaj cy badanie przebiegów w istotnych punktach demodulatora. Oscyloskop uruchamia si  za pomoc  przycisków +O lub z menu programu (View i nast pnie Scope). Wy wietlenie przebiegów odbywa si po klikni ciu myszk na przycisku Trig. Oceni  subiektywnie jako  odbioru (czy odbiór jest zrozumiały, jak cz sto wyst puj  przekłamania, czy wyst puj  zaniki?). Do oceny jako  ci odbioru mo  na posłu y  si skal  sze ciostopniow : 0 - brak odbioru , 1 - słyszalne  lady sygnału, 2 - czytelne fragmenty sygnałłu, 3 - odbiór czytelny z przekłamaniami, 4 - odbiór czytelny z nielicznymi przekłamaniami, 5 - odbiór bez przekłama , sygnał “czysty”, bez słyszalnego szumu. Powtórzy obserwacje na pozostałych cz stotliwo ciach pracy stacji nadawczej i porówna uzyskane wyniki z wynikami modelowania komputerowego. Sporz  dzi  wykres wi   cy subiektywn  jako   sygnału odbieranego ze stosunkiem sygnał/szum (z poprawk  na moc nadajnika) uzyskanym z modelowania. Czy wyniki modelowania i badania eksperymentalnego s  zgodne? Je li nie, to jakie ró nice wyst  puj  i jak je wytłumaczy ?