Choď na obsah Choď na menu
 

Poruchy šírenia vĺn

9. Atmosferické a kozmické poruchy rádiového príjmu

9.1 Zdroje atmosferických a kozmických porúch

Pri vyšetrovaní rôznych metód výpočtov intenzity elektromagnetického poľa sa niekoľkokrát zdôraznilo, že podmienky príjmu nie sú určené absolútnou hodnotou intenzity elektromagnetického poľa, ale pomerom intenzity poľa signálu k intenzite porúch.

Preto určenie úrovne porúch nadobúda veľký význam. Ak vieme, o koľkokrát väčšia musí byť intenzita poľa signálu ako úroveň porúch pre daný druh spojenia, môžeme určiť potrebnú intenzitu poľa v mieste príjmu a potom aj ostatné parametre rádiového spoja.

Zdroje šumu vo vlastnom prijímacom zariadení nebudeme brať pri našich úvahách do úvahy. Budeme sa zaoberať len vonkajšími poruchami, ku ktorým patria poruchy.

a) priemyselné,

b) atmosferické,

c) kozmické.

Priemyselné poruchy sú spôsobené elektrickými zariadeniami rôzneho druhu, ktoré sa používajú v národnom hospodárstve a v domácnostiach. Úroveň rušenia je obzvlášť vysoká vo veľkých mestách s vyvinutým priemyslom.

Najúčinnejším prostriedkom, ako obmedziť priemyselné rušenie,  sú protiopatrenia na mieste ich vzniku. Používajú sa na to vhodné dolnopriepustné filtre a tienenia, ktoré zabraňujú jednak vyžarovaniu elektromagnetických vĺn a ich šíreniu do napájacích vedení.

Úroveň priemyselného rušenia sa meria upravenými meračmi elektromagnetických polí, ktoré sa nazývajú merače rušenia. Pomocou týchto prístrojov možno merať efektívnu alebo špičkovú hodnotu rušivých elektromagnetických polí alebo rušivých svorkových napätí.

V súčasnosti je známe, že hlavnými zdrojmi atmosferických porúch sú búrky. Tu treba rozlišovať poruchy spôsobené miestnymi búrkami od porúch, ktoré vznikajú na svetových ohniskách búrkovej činnosti. Prítomnosť týchto ohnísk vysvetľuje, prečo pôsobia poruchy na činnosť prijímača aj v čase, keď nie sú miestne búrky.

Oscilografické záznamy prúdu, ktorý vzniká pri atmosferických výbojoch, ukazujú, že prúd má tvar aperiodického alebo rýchle zatlmeného frekvencneho výboja celkovej dĺžky 0,l až 0,3 ms.

Každý taký impulz vysiela spojité spektrum frekvencií. Keď označíme dobu trvania čela impulzu  τ0 = písmenom f0 = 1/τ0 prevrátenú hodnotu tejto doby,

možno dokázať, že pri typických tvaroch atmosferických porúch možno vyjadriť relatívnu hodnotu amplitúdy sínusovej zložky spektra v pásme frekvencií f >> f0   vzorcom

A = A0(f0/f)                                                   (9.1)

kde A znamená relatívnu amplitúdu (spektrálnu hustotu) zložky spektra f.

Vzorec (9.l) ukazuje, že relatívne amplitúdy dosahujú najväčšie hodnoty v oblasti frekvencií f - fo, to znamená v pásme od 300 do l0 000 Hz. V pásme elektromagnetických vĺn je relatívna amplitúda sínusoidných zložiek nepriamo úmerná frekvencii, čiže klesá s rastúcou frekvenciou.

Keď sú atmosferické poruchy spôsobené miestnymi búrkami, je intenzita porúch ako funkcia frekvencie určená vzťahom (9.1).

Keď sú však poruchy spôsobené vzdialenými ohniskami búrkovej činnosti, je celková závislosť úrovne porúch od frekvencie určená nielen vzťahom (9.1), ale aj podmienkami šírenia elektromagnetických vĺn príslušnej frekvencie na dráhe ohnisko - búrkovej činnosti - bod príjmu. Za týchto podmienok treba uvažovať každý atmosferický výboj za zdroj elektromagnetických vĺn, ktoré vypĺňajú spojité spektrum a ktoré sa šíria do miesta príjmu signálu tak, ako elektromagnetické vlny vyžarované vysielacou anténou.

Smer zdroja rušenia sa meria pomocou rádiových zameriavacích staníc. Merania ukazujú, že hlavnými ohniskami porúch sú oblasti najintenzívnejšej búrkovej činnosti: rovníková Afrika, rovníková Amerika, Hindustan a oblasť Malajského súostrovia. S rastúcou vzdialenosťou od uvedených oblastí sa intenzita atmosferických porúch postupne zmenšuje.

Zemepisná rozdelenie atmosferických porúch sa zaznamenáva na mapách atmosférických porúch. Na obr. 9.1 je mapa rozdelenia atmosferických porúch v letných mesiacoch a na obr. 9.2 v zimných mesiacoch.

Na týchto mapách je celá zemeguľa rozdelená na 5 pásiem. Piate pásmo zodpovedá oblastiam najintenzívnejších atmosferických porúch (hlavná ohniská búrkovej činnosti). Prvé pásmo charakterizuje oblasť s najnižšou úrovňou porúch.

Keď poznáme závislosť intenzity poľa porúch na frekvencii v mieste ich vzniku

závislosť tlmenia od frekvencie na dráhe šírenia porúch od miesta vzniku po bod príjmu, môžeme zistiť frekvenčnú závislosť porúch v mieste príjmu. V tejto závislosti sa musia prejaviť základné zákony procesu šírenia. V pásme dlhých a stredných vĺn bude úroveň rušenia v nočných hodinách vyššia ako cez deň.


Nápadný rozdiel v úrovni porúch pre deň a noc je v pásme stredných vĺn, kde cez deň vzniká silné tlmenie.

V pásme krátkych vĺn sú pravdepodobné veľké intenzity rušiacich polí v pásme nočných vĺn v nočných hodinách. V pásme denných vĺn sú pravdepodobné veľké intenzity rušiacich polí cez deň.

0br. 9.3

Relatívne hodnoty intenzity poľa porúch pri miestnych búrkach v denných

a nočných hodinách

Na vlnách kratších ako l0 m, kde už prestáva spolupôsobiť ionosféra pri šírení vĺn, sú atmosferické poruchy spôsobené len miestnymi búrkami.

Vplyvom neusporiadanej povahy atmosferických porúch, ktorá sú vzájomne superponovanými impulzmi rôznych tvarov a dĺžok, je určenie intenzity poľa porúch v mieste príjmu spojená s určitými ťažkosťami. Preto vždy treba definovať, čo sa má pod intenzitou porúch rozumieť.

Najčastejšie definujeme intenzitu porúch ako ekvivalentnú hodnotu intenzity poľa netlmeného signálu, ktorý má na výstupe prijímača s určitou šírkou pásma ten istý výsledný účinok ako porucha. Intenzitu poľa porúch treba viazať na šírku pásma prijímača preto, že poruchy vypĺňajú spojité spektrum frekvencií, čím je energia porúch na vstupe prijímača úmerná jeho šírke pásma. Preto je aj efektívna hodnota napätia poruchy na výstupe prijímača úmerná druhej odmocnine zo šírky pásma prijímača.

V pásme veľmi krátkych vĺn sa úroveň atmosferických porúch náhle zmenšuje. Na frekvenciách vyšších ako 300 MHz je hlavným zdrojom rušenia žiarenia  Slnka a Mliečnej dráhy.

 

 

9.3 Kvantitatívny odhad úrovne porúch a určenie intenzity poľa pre spoľahlivý príjem

Priemyselné poruchy. Úroveň priemyselného rušenia sa určuje v každom jednotlivom prípade meračmi rušenia. Pri určovaní zásobovanej oblasti rozhlasových vysielačov možno stanoviť intenzitu priemyselného rušenia pre jednotlivé osídlenia podľa grafu na obr. 9.4. Percento času volíme podľa charakteru relácií. Intenzita rušivého poľa je udaná v dB nad 1 μV/m. Pre dobrý príjem rozhlasu treba zabezpečiť úroveň užitočného signálu o 20 až 30 dB vyššiu, ako je úroveň rušenia.

Atmosferické poruchy. Pri technických výpočtoch je vzhľadom na neurčitosť pojmu intenzity poľa atmosferických porúch výhodnejšie nariadiť sa intenzitami poľa porúch, ale priamo určiť intenzitu poľa signálu, potrebnú na príslušný druh spojenia.

Z máp rozdelenia atmosferických porúch predovšetkým zistíme, v ktorom z piatich pásiem leží bod príjmu. Potom podľa grafov uvedených na obr. 9.5 až 9.7 určíme podľa polohy bodu a pre danú frekvenciu a dennú dobu intenzitu poľa, ktorá je potrebná pre dostatočne dobrý príjem rádiofónie (nie rozhlasu).

Na určenie intenzity poľa v mieste príjmu pre ostatné druhy spojení slúži prevodová tabuľka, z ktorej určíme opravný činiteľ.



Galaktické poruchy. Galaktické poruchy sa prejavujú v pásme vĺn kratších ako 10 m. Za týchto podmienok je pre kvantitatívny odhad hladiny porúch výhodné použiť súčiniteľa θ, ktorý udáva, koľkokrát vzrastie hladina šumu v činnom odpore antény pôsobením galaktických porúch.

V pásme 18 až l60 MHz je závislosť súčiniteľa θ ako stredná hodnota po celej nebeskej klenbe od frekvencie dosť dobre vyjadrená vzťahom

kde f je v MHz.

Poruchy slnečného pôvodu. žiarenie Slnka spôsobuje rušenie len v pásmach vĺn kratších ako l0 m. Rušenie sa prejavuje vtedy, keď sa používajú smerové antény nasmerované na Slnko.

Interferenčné poruchy. Keď existuje zdroj elektromagnetického vlnenia, ktorý svojím spektrom ovplyvňuje elektromagnetické pole rádiového spoja v mieste príjmu, vzniká interferenčné rušenie. Stupeň tohto rušenie je závislý jednak od pomeru elektromagnetických polí užitočného a rušiaceho signálu, jednak od druhu prevádzky a rozdielu interferujúcich frekvencií. Maximálne rušenie vzniká vtedy, keď rušiaca frekvencia priamo ovplyvňuje nosnú frekvenciu užitočného signálu pri rozdiele frekvencií menšom ako šírka pásma prijímača.