Upload
kellie-travis
View
53
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
4. Atmosfera. Pregled tema. Atmosfera Ionosfera Gubitci u slobodnom prostoru Utjecaj hidrometeora Sunčeve pjege Polarizacija i depolarizacija. Atmosfera. Troposfera Stratosfera Mezosfera D sloj ionosfere Termosfera E sloj ionosfere F slojevi ionosfere Egzosfera. Atmosfera. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
FER-Zagreb, Satelitske komunikacijske tehnologije 2009/10
2
Pregled tema
Atmosfera Ionosfera Gubitci u slobodnom prostoru Utjecaj hidrometeora Sunčeve pjege Polarizacija i depolarizacija
FER-Zagreb, Satelitske komunikacijske tehnologije 2009/10
3
Troposfera Stratosfera Mezosfera
D sloj ionosfere Termosfera
E sloj ionosfere F slojevi ionosfere
Egzosfera
Atmosfera
FER-Zagreb, Satelitske komunikacijske tehnologije 2009/10
5
Atmosfera Troposfera
Od razine mora do 8 km na polovima ili 15 km na ekvatoru
Najgušći sloj atmosfere Temperatura pada od +17 do -52 stupnja Celzijusa Svi vremenski i klimatski utjecaji nalaze se u ovom
sloju Naziva se još i donja atmosfera Najveći utjecaj na komunikacije – gušenje signala
FER-Zagreb, Satelitske komunikacijske tehnologije 2009/10
6
Atmosfera Temperaturna inverzija u troposferi
Različite gustoće hladnog i toplog zraka – ogib
Moguće širenje na velike udaljenosti - stotine km
FER-Zagreb, Satelitske komunikacijske tehnologije 2009/10
7
Atmosfera Stratosfera
Sloj atmosfere iznad troposfere na visini do 50 km Suh i manje gust sloj od troposfere Temperatura raste do – 3 stupnja Celzijusa zbog
ultraljubičastog zračenja Ozonski sloj nalazi se u stratosferi 99% zraka nalazi se u stratosferi i troposferi Vrlo malen utjecaj na elektromagnetske valove i
komunikaciju
FER-Zagreb, Satelitske komunikacijske tehnologije 2009/10
8
Atmosfera Mezosfera
Sloj atmosfere iznad stratosfere na visini do 85 km Temperatura opet pada do -93 stupnja Celzijusa
zbog CO2
CO2 grije donju atmosferu, hladi srednji i viši sloj atmosfere ispuštajući toplinu u svemir
Najhladnije mjesto na Zemlji Stratosfera i mezosfera nazivaju se srednjom
atmosferom D sloj ionsfere
FER-Zagreb, Satelitske komunikacijske tehnologije 2009/10
9
Atmosfera Termosfera
Sloj atmosfere iznad mezosfere do visine od 600 km Temperatura raste s visinom zbog zračenja Sunca do
17127 stupnjeva Celzijusa Gustoća plinova je jako malena pa se njihovo
toplinsko djelovanje ne može osjetiti Kemijske reakcije su puno brže nego na površini
Zemlje Još se naziva višim slojem atmosfere E i F slojevi ionosfere
FER-Zagreb, Satelitske komunikacijske tehnologije 2009/10
10
Atmosfera Egzosfera - svemir
Sloj iznad termosfere Sastoji se od vrlo malih količina vodika i helija Prelazak u svemir Teško odrediva granica atmosfere i svemira
FER-Zagreb, Satelitske komunikacijske tehnologije 2009/10
11
Ionosfera Ionizacija nastaje kad ultraljubičasti valovi visoke
energije iz Sunca ulaze u atmosferu, udaraju atome plina i doslovno izbijaju elektron od atoma – atom postaje pozitivno nabijen (ion).
Elektroni apsorbiraju energiju ultaljubičastih valova i stvaraju se ionizirani slojevi.
Stupanj ionizacije ovisi o gustoći atoma u atmosferi i jakosti ultraljubičastog zračenja koje ovisi o aktivnosti Sunca.
Ultraljubičasti valovi imaju različite frekvencije što dovodi do više slojeva na različitim visinama.
Ultraljubičasti valovi niže frekvencije manje prodiru u atmosferu pa stvaraju sloj na većoj visini, dok oni više frekvencije stvaraju sloj na manjoj visini jer prodiru dublje.
FER-Zagreb, Satelitske komunikacijske tehnologije 2009/10
12
Ionosfera Kut elevacije Sunca određuje debljinu ioniziranih slojeva
i mijenja se ovisno o dobu dana i godine. Rekombinacija – obrnut postupak od ionizacije –
slobodni elektroni i pozitivni ioni se sudaraju. Od ranog jutra do kasnog popodneva ionizacija
nadmašuje rekombinaciju – najveći utjecaj na elektromagnetske valove.
Od popodneva, kroz noć i do zore rekombinacija je jača od ionizacije.
Iako se zove ionosfera, elektroni su ti koji utječu na širenje elektromagnetskih valova.
FER-Zagreb, Satelitske komunikacijske tehnologije 2009/10
13
Ionosfera Više slojeva električki nabijenih atoma plina -
ioniD slojE slojF1 slojF2 sloj
FER-Zagreb, Satelitske komunikacijske tehnologije 2009/10
14
Ionosfera D sloj (50 – 80 km) – samo po danu
Reflektira VLF (3-30 kHz), LF (30-300 kHz) i MF (0,3-3 MHz) frekvencije
Prigušuje HF (3-30 MHz) valove, malo utječetj. propušta VHF (30-300 MHz) i više frekvencije
E sloj (100-125 km) Praktički nestaje po noći (24:00h) Ogib signala, u HF području
ogiba signal nazadna Zemlju na udaljenostii do 2000 km
F sloj Jedan sloj po noći a dva po danu F1 300 km, F2 – 400 km Domet vrlo velik Više frekvencije prolaze kroz atmosferu
FER-Zagreb, Satelitske komunikacijske tehnologije 2009/10
15
Ionosfera Promjene u ionosferi
Dnevne Okretanje Zemlje (dan – noć)
27-dnevne Okretanje Sunca (Sunčeve pjege)
Sezonske Okretanje Zemlje oko Sunca D, E, F1 najveća ionizacija ljeti F2 najveća ionizacija zimi
11-godišnje zbog Sunčevih pjega - jača ionizacija
FER-Zagreb, Satelitske komunikacijske tehnologije 2009/10
17
Gubitci u slobodnom prostoru
Načini širenja elektromagnetskog vala Površinski val – po površini Zemlje Prostorni val – kroz donju atmosferu Svemirski val – refleksija više atmosfere
Kod satelitskih komunikacija – LOS Nužna je optička vidljivost Vrlo velike udaljenosti
Gubici ovise o: Udaljenosti d Frekvenciji f
FER-Zagreb, Satelitske komunikacijske tehnologije 2009/10
18
Gubitci u slobodnom prostoru
dd
L4
log2016
2
22
Gubici u slobodnom prostoru za f = 11 GHz
100
120
140
160
180
200
220
1 2 5 10 20 50 100 200 500 1000 2000 5000 10000 20000
d (km)
L (
dB)
FER-Zagreb, Satelitske komunikacijske tehnologije 2009/10
19
Gubitci u slobodnom prostoru
Gubitci u slobodnom prostoru za d = 36000 km
100
120
140
160
180
200
220
1 2 5 10 20 50 100 200 500 1000 2000 5000 10000
f (MHz)
L (
dB)
FER-Zagreb, Satelitske komunikacijske tehnologije 2009/10
20
Utjecaj hidrometeora Kiša - gušenje i raspršenje EM vala
Magla Oblaci Snijeg
Jačina kiše Frekvencija signala Temperatura Veličina kapljica
Plinovi u atmosferi – gušenje EM vala Sastav atmosfere Magnetski moment
FER-Zagreb, Satelitske komunikacijske tehnologije 2009/10
21
Utjecaj hidrometeora Kiša
Iznad 10 GHz kiša predstavlja najveći problem Prigušenje signala, razlika u fazi, depolarizacija Gubitak u sredstvu zbog kiše
- gušenje po jedinici duljine kod jačine kiše R,
le - ekvivalentni put kiše jačine R
p(R) je vjerojatnost jačine kiše R u %
)()()( RpRlRL es
FER-Zagreb, Satelitske komunikacijske tehnologije 2009/10
22
Utjecaj hidrometeora ovisi o jačini kiše, veličini kapljica i temperature
R je jačina kiše dok su a i b konstante Kod T = 0°C, a i b ovise o frekvencij (u GHz) prema
a =GafEa
Ga = 6,39x10-5, Ea = 2,03 za f <2,9 GHz,
Ga = 4,21x10-5, Ea = 2,42 za 2,9 GHz <= f <= 54 GHz,
Ga = 4,09x10-2, Ea = 0,699 za 54 GHz <= f<= 100 GHz,
Ga = 3,38, Ea = -0,151 za f > 100 GHz
dB/kmbaRR
FER-Zagreb, Satelitske komunikacijske tehnologije 2009/10
23
Utjecaj hidrometeorab =GbfEb
Gb = 0,851, Eb = 0,158 za f<8,5 GHz, Gb = 1,41, Eb = -0,0779 za 8,5 GHz <= f <= 25 GHz, Gb = 2,63, Eb = -0,272 za 25 GHz <=f <= 164 GHz, Gb = 0,616, Ea = -0,0126 za f >164 GHz.
le - intenzitet kiše nije jednak cijelim putem veze, aproksimira se kao
le(R) = [0,00741R0,766 + (0,232 – 0,00018R) sin]–1
- kut elevacije
FER-Zagreb, Satelitske komunikacijske tehnologije 2009/10
24
Utjecaj hidrometeora Ukupna vjerojatnost (u %) kiše jačine R data je s
M - srednja godišnja vrijednost padavina u mm
Rice-Holmbergov omjer oluje
0,03 0,258 1,63( ) 0,03 0,2(1 )( 1,86 )87,66
R R RMp R e e e
FER-Zagreb, Satelitske komunikacijske tehnologije 2009/10
25
Utjecaj hidrometeora
Gušenje kiše u ovisnosti o frekvenciji i jačini R
FER-Zagreb, Satelitske komunikacijske tehnologije 2009/10
26
Utjecaj hidrometeora Veličine kapljica kiše za različite jačine oborina
Utjecaj ostalih hidrometeora: magle, leda, snijega temelji se na sličnim principima kao i kiša, ali je njihov utjecaj barem red veličine manji.
Uvjeti Veličina kapljice (m)
izmaglica 0,01-3
magla 0,01-100
oblaci 1-50
lagana kiša 3-800
srednja kiša (4mm/hr) 3-1500
jaka kiša (16mm/hr) 3-3000
FER-Zagreb, Satelitske komunikacijske tehnologije 2009/10
27
Utjecaj hidrometeora Sastav suhe atmosfere od razine mora do 90 km
Sastojak Postotak po volumenu Postotak po težini
Dušik 78,088 75,527
Kisik 20,949 23,143
Argon 0,93 1,282
Ugljični dioksid 0,03 0,0456
Neon 1,8x10-3 1,25x10-3
Helij 5,24x10-4 7,24x10-3
Metan 1,4x10-4 7,75x10-5
Kripton 1,14x10-4 3,30x10-4
Došični oksid 5x10-5 7,60x10-5
Ksenon 8,6x10-6 3,90x10-5
Hidrogen 5x10-5 3,48x10-6
FER-Zagreb, Satelitske komunikacijske tehnologije 2009/10
28
Utjecaj hidrometeora
Hidrometeori djeluju na širenje elektromagnetskog vala prigušenjem i raspršenjem, dok plinovi djeluju samo kao prigušivači.
Ipak neki plinovi imaju stalne (permanentne) električne i (ili) magnetske dipole pa mogu prigušivati mikrovalove.
Molekule dušika, npr., nemaju permanentne električne ili magnetske dipole pa ne prigušuju mikrovalove.
Većina plinova neznatno utječe na valove ispod 30 GHz.
FER-Zagreb, Satelitske komunikacijske tehnologije 2009/10
29
Utjecaj hidrometeora
Kisik ima mali magnetski moment koji ima za rezultat malo prigušenje vala na frekvencijama iznad 30 GHz.
Vodena para je plin s permanentnim električnim dipolom i prigušuje valove iznad 10 GHz.
Količina vodene pare može iznositi 1 mg/m3 u hladnim suhim klimama a do 30g/m3 u toplim vlažnim klimama.
U pustinji nema vodene pare a u džungli je može biti do 4%.
FER-Zagreb, Satelitske komunikacijske tehnologije 2009/10
30
Sunčeve pjege Temperatura od 4000 K prema okolnoj temperaturi od
5800 K Može se vidjeti sa Zemlje teleskopom Broj i veličina se mijenja svakih 11 godina Utječe na klimatske uvjete na Zemlji Magnetska aktivnost - X zračenje i ioni koji smetaju
elektromagnetskim valovima blizu površine Zemlje, posebice ionosfera
Okretanje Sunca oko svoje osi - 27 dnevni ciklus sunčevih pjega
Sunčeve pjege više utječu na niske frekvencije a manje na UHF i mikrovalne frekvencije.
FER-Zagreb, Satelitske komunikacijske tehnologije 2009/10
31
Sunčeve pjege
Aktivnost sunčeve pjege – dolje lijevo
Ultraljubičasta slika – 25.09. 2009
FER-Zagreb, Satelitske komunikacijske tehnologije 2009/10
32
Polarizacija i depolarizacija Linearna polarizacija
Okomita – E komponenta Vodoravna – E komponenta
Kružna
E
HOkomita antena zemlj
a
E
H
Vodoravna antena
zemlja
FER-Zagreb, Satelitske komunikacijske tehnologije 2009/10
33
Polarizacija i depolarizacija
Linearna polarizacija Kružna polarizacija
FER-Zagreb, Satelitske komunikacijske tehnologije 2009/10
34
Polarizacija i depolarizacija Depolarizacija
Nastaje kad EM val putuje kroz medij koji je anizotropan tj. nesimetričan u odnosu na upadni val.
Vrlo velik utjecaj u frekvencijskom pojasu 6/4 GHz a manju u pojasu 14/11 GHz.
Depolarizacija nastaje od različitog prigušenja i faznog pomaka ortogonalnih komponenata upadnog vala.
Ovisi o frekvenciji, kutu elevacije i jačini kiše.
FER-Zagreb, Satelitske komunikacijske tehnologije 2009/10
35
Polarizacija i depolarizacija
Utjecaj kiše može se smanjiti kružnom polarizacijom.
Polarizacija se mijenja tijekom jedne periode EM vala u smjeru kazaljke na satu ili u suprotnom.
Odašiljač i prijamnik moraju biti sinkronizirani. Orijentacija se određuje dizajnom antene i ne može
se lako mijenjati tijekom uporabe.
FER-Zagreb, Satelitske komunikacijske tehnologije 2009/10
36
Polarizacija i depolarizacija Helikoidne žičane antene Reflektirani val od okruglih kišnih kapi odbija se na
antenskom sustavu koji je osjetljiv samo na izvornu polarizaciju.
Refleksije od zrakoplova (koji nije okrugao) ima nešto energije od ispravne polarizacije, pa će radar, napr. moći detektirati zrakoplov a ignorirati kišu!