FRESNELOVE CONE

FRESNELOVE CONE

UVOD:

Prostor, ki je potreben, da se prostorsko fizikalno valovanje razširja, opisujejo Fresnelovi elipsoidi. Predstavljamo si jih lahko kot območja sestavljena iz vseh točk, preko katerih je dolžina poti, ki jo opravi valovanje pri potovanju od oddajnika do sprejemnika, za celoštevilski večkratnik polovice večja od od neposredne oziroma najkrajše možne poti. 

V prostoru s homogenimi snovnimi lasnostmi imajo fresnelovi elipsoidi obliko rotacijskih elipsoid, fresnelove cone, ki pa so pravokotne glede na smer valovanja, pa imajo obliko krožnih kolobarjev. 

Polmer fresnelovih con lahko izračunamo z naslednjo formulo:

V primeru, pa da iščemo polmer fresnelove cone na sredini fresnelove elipsoide, pa lahko uporabimo formulo:

Pri fresnelovih conah lahko zasledimo zanimiv pojav, kjer s prekrivanjem določen fresnelovih con celo ojačamo signal na mestu sprejema. Napravi, ki omogoča prekrivanje teh con, pravimo tudi difraktor.

NAVODILA VAJE:

Merilni sistem najprej preizkusimo brez ovire med sprejemno in oddajno anteno. Pri tem preverimo jakost signala v referenčnem kanalu, da je v predpisanih mejah za kvocientni merilnik. Ojačenje merilnega kanala nastavimo tako, da je točka na robu zaslona, fazo pa nastavimo na željeni začetek. Ker je meritev faze zelo odvisna od majhnih premikov, moramo paziti, da pri vseh nadaljnjih poskusih anten ne premikamo več. 
Med sprejemno in oddajno anteno postavimo oviro. Ovira je sestavljena iz kovinskih kolobarjev, ki po razsežnostih ustrezajo Fresnelovim conam. Kovinske kolobarji so pritrjeni na stiropor, ki je za dano frekvenčno območje popolnoma prozoren. Razdalji od ovire do oddajne in do sprejemne antene marata biti točno izbrani, da Fresnelove cone ustrezajo kovinskim kolobarjem, središče kolobarjev pa mora biti točno na zveznici sprejemne in oddajne antene. Pri namestitvi ovire z vsemi kolobarji vstavljenimi (vsemi Fresnelovimi conami zasenčenimi) se mora sprejeto polje bistveno zmanjšati. Po potrebi namestimo še absorberje, da omejimo motilne vplive odbitih valov od različnih predmetov v sobi. Za vajo nato najprej odstranimo samo krožno oviro, ki zasenči prvo Fresnelovo cono. Sprejeto polje se mora povečati na skoraj dvakratno vrednost glede na slučaj brez ovire, faza pa mora ostati skoraj nespremenjena. Potem odstranimo drugo cono in polje mora upasti skoraj na nič. Če prvo cono ponovno zasenčimo, moramo dobiti spet dvojno polje, ampak z obratno fazo. Podobno poskusimo še s tretjo, četrto in peto cono. Iz kolobarjev poskušamo sestaviti difraktor iz okroglih Fresnelovih con. Pri tem bi en sam kolobar moral dati trikratno polje, dva kolobarja pa petkratno polje. V laboratorijskem poskusu petkratnega polja ne moremo doseči, zaradi povečane poti in ker jakost polja hitro upada na zunanjih kolobarjih zaradi smernega diagrama uporabljenih anten. V resnični radijski zvezi so seveda Fresnelove cone dosti manjše od razdalje med antenama, zato jih vidimo pod majhnim kotom in smerni diagrami anten nimajo vpliva, dolžine poti pa so vse istega velikostnega razreda.  

Ilustracija poskusa: 

Ilustracija ovir:

MERITVE:

KOMENTAR:

Spremembe amplitude sprejetega polja in faze sprejetega polja sovpadajo z napovedanimi v navodilih vaj. Ko odmaknemo prvo oviro se amplituda skoraj podvoji (5/10 -> 8/10). Ko odmaknemo prvi dve oviri vpade amplituda skoraj na nič (1/10) in če odstranimo le drugo, ima isto amplitudo kot prva, le obratno fazo (0°->180°).

Ker poskusa nismo izvajali v povsem praznem prostoru, se je del valovanja najverjetneje odbijal od predmetov v prostoru in s tem vplival na končni rezultat. Nepravilnosti v meritvah je lahko povzročil tudi faktor človeške napake, saj je najverjetneje v katerem od primerov prišlo do manjših zamikov con, ker smo jih neprestano nastavljali in odstavljali.