ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΑΥΤΟΕΞΕΤΑΣΗΣ

1. Πότε έχουμε σφαιρική διάδοση του ηλεκτρομαγνητικού κύματος;

Απάντηση: (Σελίδα 124) Αν θεωρήσουμε μια κεραία εκπομπής ως σημειακή πηγή ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας (μπορούμε να κάνουμε αυτή την υπόθεση σε αποστάσεις μακρινές από την κεραία), όταν δεν υπάρχουν εμπόδια, το κύμα διαδίδεται σφαιρικά όπως, τα κυκλικά κύματα της θάλασσας που παράγονται, όταν ρίξουμε ένα λιθαράκι στην επιφάνειά της.

2. Να δοθεί η έκφραση της ισχύος του κύματος ανά μονάδα επιφανείας.

Απάντηση: (Σελίδα 125)   Σε απόσταση R από την κεραία εκπομπής η ισχύς ανά μονάδα επιφανείας είναι:

                               ρ = P_ε / S ,  

όπου P_ε η ισχύς εκπομπής στην κεραία σε Watt (Βατ),

           S = 4πR² η επιφάνεια της σφαίρας ακτίνας R σε m² ή km² .

Άρα :        ρ = P_ε / 4πR²                     (1)

Το μέγεθος ρ μετριέται σε Watt / m² ή Watt / km²

3. Να δοθεί η έκφραση του ηλεκτρικού πεδίου που δημιουργείται       σε   απόσταση R   από την κεραία εκπομπής, όταν η ισχύς εκπομπής είναι Ρε.

Απάντηση: (Σελίδα 125) Τελικά το ηλεκτρικό πεδίο E που δημιουργείται σε απόσταση R από την κεραία και μετριέται σε Volt/m υπολογίζεται από τη σχέση:

E = (√30Pε ) / R

όπου P_ε η ισχύς εκπομπής στην κεραία σε Watt (Βατ),

4. Να δοθεί η σχέση απωλειών, ως συνάρτηση της απόστασης των κεραιών εκπομπής και λήψης και της συχνότητας του φέροντος κύματος.

Απάντηση: (Σελίδα 125-126) Για να υπολογίσουμε τις απώλειες του κύματος στον ελεύθερο χώρο κατά τη διάδοσή του από την κεραία εκπομπής στην κεραία λήψης σε dB, έχουμε:

α = 10log(Pε / Pλ )

Αντικαθιστώντας βρίσκουμε:

α = (20logR) + (20logf) + 32,5             (3)

όπου R η απόσταση εκφρασμένη σε km, f η συχνότητα εκφρασμένη σε MHz.

Η σταθερά 32,5 προκύπτει μέσω του λογαρίθμου από τις μονάδες που χρησιμοποιήσαμε (km και MHz ).

 

5. Ποια       στρώματα      της      ατμόσφαιρας       ονομάζονται ιονόσφαιρα;

 

Απάντηση: (Σελίδα 127 και 128 και 129) Η ιονόσφαιρα περιλαμβάνει τα στρώματα της γήινης ατμόσφαιρας που καταλαμβάνουν ύψη από 70 km από την επιφάνεια της γης έως και 400 km. Το όνομά της η ιονόσφαιρα το οφείλει στο γεγονός ότι αποτελείται από πολύ αγώγιμα ατμοσφαιρικά στρώματα λόγω της μεγάλης πυκνότητας ιονισμένων ατόμων (φορτισμένων σωματιδίων) που περιέχουν. Τα φορτία αυτά οφείλονται στον ιονισμό των ατόμων από την ηλιακή ενέργεια.

           

Τα στρώματα της ιονόσφαιρας με τα σχετικά ύψη τους φαίνονται στο σχήμα 4.2.4.  Τα υψηλότερα στρώματα έχουν μεγαλύτερη πυκνότητα ιονισμού. Το ύψος και το πάχος κάθε στρώματος επηρεάζονται σημαντικά από την ποσότητα της ηλιακής ενέργειας που τα ιονίζει. Γι’ αυτό παρουσιάζουν σημαντικές μεταβολές μεταξύ ημέρας και νύχτας, (τη νύχτα εξασθενούν), ανάλογα με τις εποχές του έτους, χειμώνα, καλοκαίρι κλπ. Εξαρτώνται επίσης από τις ηλιακές μεταβολές (ηλιακές κηλίδες, καταιγίδες) και επηρεάζονται από μεταβολές του μαγνητικού πεδίου της γης.

6. Τι ονομάζουμε κύματα εδάφους   και σε τι διακρίνονται;

Απάντηση: (Σελίδα 126, 127, 128) αφορά την κυματική διάδοση, υποθέτοντας ότι το κύμα δεν απομακρύνεται πολύ από την επιφάνεια του εδάφους της γης.

 

Διακρίνονται:

•   Με το απ’ ευθείας κύμα (1).

•   Κύμα από ανάκλαση στο έδαφος (2).

•   Με το κύμα επιφανείας (3).

7. Τι ονομάζουμε κύματα χώρου ή ιονοσφαιρικά κύματα;

Απάντηση: (Σελίδα 128) Κύματα χώρου ή ιονοσφαιρικά κύματα είναι εκείνα, των οποίων οι κυματικές ακτίνες, αφού απομακρυνθούν από το έδαφος, ανακλώνται στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας (την ιονόσφαιρα) και επιστρέφουν, όπως φαίνεται και στο σχήμα 4.2.2, προς τη γη. Αυτά τα κύματα επιτρέπουν κάλυψη μεγάλων αποστάσεων.

8. Πώς εξαρτάται η ανάκλαση ενός ραδιοκύματος στην ιονόσφαιρα   από την πυκνότητα ιονισμού της ιονόσφαιρας και το μήκος κύματος;

Απάντηση:   (Σελίδα 129) Οι μελέτες και τα πειράματα έχουν δείξει ότι το φαινόμενο διευκολύνεται όσο μεγαλύτερη είναι η πυκνότητα ιονισμού του στρώματος και όσο μεγαλύτερο είναι το μήκος κύματος λ (μικρότερη συχνότητα).

 

9. Τι ονομάζουμε συχνότητα MUF και τι συχνότητα

LUF;

Απάντηση: (Σελίδα 131 και 132) MUF Όταν μας ενδιαφέρει η ζεύξη μεταξύ δύο σημείων Α και Β (Α: κεραία εκπομπής, Β: κεραία λήψης), τότε δεδομένης της απόστασης ΑΒ υπάρχει μια μέγιστη συχνότητα ΜUF που μπορεί να χρησιμοποιηθεί (MUF : Maximum Usable Frequency) και πέρα από την οποία δεν μπορούμε να πετύχουμε ραδιοεπικοινωνία σε μικρότερη απόσταση.

Δηλαδή: f < MUF

Η απόσταση που αντιστοιχεί στην τιμή της συχνότητας MUF ονομάζεται ελάχιστη οριακή απόσταση ζεύξης. Κυματικές ακτίνες , άρα κάλυψη, συναντούμε μακρύτερα από αυτή την απόσταση.

LUF Το ραδιοκύμα κατά την διαδρομή του στα ιονοσφαιρικά στρώματα υφίσταται σημαντική εξασθένηση. Η εξασθένηση είναι μεγαλύτερη, όταν ο ιονισμός των στρωμάτων είναι μεγαλύτερος (για παράδειγμα, την ημέρα) και όσο η συχνότητα του κύματος είναι μικρότερη. Αυτή η παρατήρηση οδηγεί στον ορισμό της ελάχιστης συχνότητας εκπομπής (LUF : Lowest Usable Frequency) που μπορεί να χρησιμοποιηθεί κατά την εκπομπή, ώστε το κύμα να μην απορροφηθεί (αποσβεστεί) τελείως από την ιονόσφαιρα.

Μια ραδιοζεύξη με ιονοσφαιρικό κύμα είναι λοιπόν δυνατή για συχνότητες εκπομπής μεταξύ των τιμών LUF και MUF.

10. Πότε και για ποιες συχνότητες έχουμε ιονοσφαιρική ραδιοζεύξη;

Απάντηση:   (Σελίδα 131) Μια ραδιοζεύξη με ιονοσφαιρικό κύμα είναι λοιπόν δυνατή για συχνότητες εκπομπής μεταξύ των τιμών LUF και MUF.

Οι διεθνείς οργανισμοί ραδιοεπικοινωνιών προσδιορίζουν και ανακοινώνουν τις τιμές των συχνοτήτων LUF και MUF με βάση τα ιονοσφαιρικά δεδομένα που επικρατούν κάθε φορά και που, όπως αναφέρθηκε πιο πάνω, έχουν σημαντική εξάρτηση από την

ώρα, την εποχή, την ηλιακή δραστηριότητα και άλλους παράγοντες. Όσο και να φαίνεται περίεργο, κάτω από ορισμένες ιονοσφαιρικές συνθήκες συμβαίνει η προσδιοριζόμενη συχνότητα LUF να είναι μεγαλύτερη από τη συχνότητα MUF. Σ’ αυτή την περίπτωση η συνθήκη (4) δεν μπορεί να ικανοποιηθεί και η ραδιοζεύξη με ιονοσφαιρικά κύματα είναι εντελώς αδύνατη.

11. Τι είναι το φαινόμενο των διαλείψεων και πως ονομάζεται διεθνώς;

Απάντηση: (Σελίδα 133) Αν η ελάχιστη οριακή απόσταση της ιονοσφαιρικής ζεύξης είναι της ίδιας τάξης μεγέθους με την απόσταση κάλυψης του κύματος εδάφους, τότε στην κεραία λήψης έχουμε τη συμβολή των δύο κυμάτων που ακολούθησαν διαφορετικούς δρόμους. Επειδή, όπως σημειώσαμε και με άλλη ευκαιρία, η συμβολή είναι διανυσματική, το αποτέλεσμα εξαρτάται από τη σχετική φάση των δύο σημάτων. Μπορεί να είναι αθροιστικό (εντονότερο σήμα) ή αφαιρετικό (ελαττωμένο σήμα). Είναι το φαινόμενο των

«διαλείψεων του σήματος (Fading)». Οι διαλείψεις δεν είναι σταθερό φαινόμενο, αλλά εξελίσσεται συνεχώς. Εξαρτάται από τους δρόμους των σημάτων, την κατάσταση της ιονόσφαιρας, από δευτερογενείς ενδεχομένως ανακλάσεις του κύματος σε εμπόδια, από τις μετεωρολογικές συνθήκες κ.α.

12. Τι ονομάζουμε ζώνες σιγής;

Απάντηση:   (Σελίδα 133) Αν η ελάχιστη οριακή απόσταση πέρα από την οποία έχουμε κάλυψη με ιονοσφαιρικό κύμα είναι μεγαλύτερη από την μέγιστη κάλυψη από το κύμα εδάφους, τότε υπάρχει «μια ζώνη σιγής» όπου δεν φτάνει το εκπεμπόμενο από τον πομπό σήμα (σχήμα 4.2.9α). Είναι πράγματι σύνηθες το φαινόμενο ένας πομπός ραδιοεπικοινωνίας να λαμβάνεται πολύ μακριά και να μην υπάρχει καθόλου λήψη σε ενδιάμεσες θέσεις.

 

13. Το κύμα εδάφους δημιουργεί μεγαλύτερη κάλυψη στις συχνότητες VLF , LF ή MF;

Απάντηση:   (Σελίδα 134) Στις VLF το κύμα εδάφους σ’ αυτές τις συχνότητες έχει μικρές απώλειες και διαδιδόμενο φτάνει σε αποστάσεις έως και 1000 km. Οι επιδόσεις του είναι καλύτερες πάνω από τη θάλασσα και παρουσιάζει κάποια διεισδυτικότητα στο νερό.

14. Τι ονομάζεται στα μεσαία πρώτη και δεύτερη ζώνη κάλυψης;

Απάντηση:   (Σελίδα 134) Το κύμα εδάφους σ’ αυτές τις συχνότητες φτάνει έως μερικές εκατοντάδες km. Αποσβήνεται περισσότερο όσο η συχνότητά του είναι μεγαλύτερη και η αγωγιμότητα του εδάφους μικραίνει. Η ζώνη που καλύπτεται από το κύμα εδάφους ονομάζεται πρώτη ζώνη κάλυψης.

Το κύμα χώρου την ημέρα δεν υπάρχει καθόλου λόγω πλήρους ουσιαστικά εξασθένησής του στα κατώτερα στρώματα της ιονόσφαιρας (ζώνη D). Τη νύχτα, καθώς η επίδραση της ζώνης D ελαττώνεται, εμφανίζεται το κύμα χώρου που διευρύνει την κάλυψη σχηματίζοντας τη δεύτερη ζώνη κάλυψης σε πολύ μεγάλες αποστάσεις. Γι’ αυτό τον λόγο, την νύχτα ο δέκτης του ραδιοφώνου μας στη ζώνη των μεσαίων   ΑΜ λαμβάνει ένα μεγάλο πλήθος εκπομπών που δεν λαμβάνονται κατά τη διάρκεια της ημέρας.

15. Να δοθεί απλό σχέδιο που να φαίνεται η διάδοση των βραχέων ραδιοκυμάτων και πάνω σ’ αυτό να σχολιαστούν οι πολλαπλές ζώνες σιγής.

Απάντηση:   (Σελίδα 136) σχήμα 4.3.2

 

Στο σχήμα φαίνεται η ιονοσφαιρική διάδοση των κυμάτων αυτών, τα οποία υπόκεινται άνετα σε διαδοχικές ανακλάσεις στο έδαφος και την ιονόσφαιρα αυξάνοντας την ακτίνα κάλυψης.

16. Ποια μήκη κύματος βραχέων ραδιοκυμάτων προσφέρονται για χρήση την ημέρα και ποια τη νύχτα;

Απάντηση: (Σελίδα 136) Οι παρατηρήσεις που έγιναν στα σχήματα 4.2.5 και 4.2.6 δείχνουν ότι όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα τόσο μεγαλύτερη πυκνότητα της ιονόσφαιρας απαιτείται για να έχουμε ραδιοκάλυψη από ιονοσφαιρικό κύμα, δικαιολογεί κατά τη διάρκεια της ημέρας τη χρήση ραδιοκυμάτων με μικρότερο μήκος κύματος από ό,τι τη νύχτα. Αυτή η διαπίστωση οδήγησε τους ραδιοηλεκτρολόγους να ονομάζουν τα μήκη κύματος από 100m έως 50m κύματα νύχτας και τα μήκη κύματος από 50m έως 10m κύματα ημέρας.

17. Με ποιο μηχανισμό διαδίδονται τα υπερβραχέα κύματα και τα μικροκύματα;

Απάντηση: (Σελίδα 137 και 138) Η ραδιοκάλυψη εξασφαλίζεται μόνο από το κύμα εδάφους και περιορίζεται ουσιαστικά σε αποστάσεις που υπάρχει οπτική επαφή των κεραιών ή λίγο μεγαλύτερη. Διευκολύνεται από τις διαθλάσεις στις οποίες υπόκεινται τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα αυτών των συχνοτήτων στα κατώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας, την τροπόσφαιρα.

 

 

Οι διαθλάσεις αυτές δημιουργούν ελαφρά κύρτωση στην ακτίνα διάδοσης του κύματος και επιτρέπουν στο κύμα να φτάσει σε απόσταση μεγαλύτερη από αυτή του οπτικού ορίζοντα

 

18. Τι ονομάζεται ραδιοορίζοντας;

Απάντηση: (Σελίδα 137) Ορισμός του ραδιοηλεκτρικού ορίζοντα

Η μέγιστη απόσταση κάλυψης, ονομάζεται ραδιοηλεκτρικός ορίζοντας του κύματος.

19. Να σημειωθεί η σχέση προσδιορισμού του ραδιοορίζοντα για την περίπτωση των υπερβραχέων ( VHF) κυμάτων.

Απάντηση:   (Σελίδα 137) Εμπειρικά, αλλά με ικανοποιητική ακρίβεια, υπολογίζεται σε μέτρα από τη σχέση:

D = 4120 . (√h1 +√ h2)

όπου h1 και h2   τα ύψη των κεραιών σε μέτρα από την επιφάνεια της θάλασσας.

20. Να αναφερθούν οι διάφορες ζώνες συχνοτήτων των μικροκυμάτων

Απάντηση: (Σελίδα 138) Με το γενικό όρο μικροκύματα ομαδοποιείται το τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος με συχνότητες πέραν των 300 MHz και με μήκη κύματος μικρότερα του 1m.

Συγκεκριμένα:

•    Τα δεκατομετρικά κύματα από 300 MHz έως 3 GHz.

•    Τα εκατοστομετρικά κύματα από 3GHz έως 30 GHz.

•    Τα χιλιοστομετρικά κύματα από 30 GHz έως 300 GHz.

 

21. Να αναφερθεί σε ποιον τομέα των τηλεπικοινωνιών αξιοποιούνται τα μικροκύματα.

Απάντηση:   (Σελίδα 138) Η ιδιαίτερη αξιοποίηση αυτών των κυμάτων, που λόγω της υψηλής συχνότητας επιτρέπουν διαμορφώσεις μεγάλου εύρους με τεράστιο όγκο πληροφορίας, ανοίγει νέο κεφάλαιο στις τηλεπικοινωνίες.

Ραδιοζεύξεις με μικροκύματα Μέσω δορυφόρου

Πράγματι, καθώς τα κύματα αυτά διαπερνούν εύκολα τα στρώματα της ιονόσφαιρας, χρησιμοποιούνται ευρύτατα στις δορυφορικές επικοινωνίες. Η εκπομπή και η λήψη των σημάτων γίνεται με κατοπτρικές κεραίες υψηλής κατευθυντικότητας που βλέπουν το δορυφόρο

22. Τι τρόπους επικοινωνίας έχουμε στη ραδιοτηλεφωνία;

Απάντηση:   (Σελίδα 140 και 141) Στη ραδιοτηλεφωνία χρησιμοποιούμε τρεις τρόπους επικοινωνίας:

•    Την απλή (SIMPLEX) επικοινωνία

•    Επικοινωνία πλήρως αμφίδρομη (FULL DUPLEX)

•    Ημιαμφίδρομη ζεύξη με αναμεταδότη (SEMI DUPLEX