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海軍兵器系統概論

海軍兵器系統概論. 東吳大學軍事教育 全校選修. 第４章 偵測子系統. 4-1 基礎知識：偵蒐類別與目標資訊 4-2 基礎知識：能量與波 4-3 電磁波 4-4 偵蒐裝備：雷達、聲納、光電. 4-3 電磁波. ４ - ３學習目標. 明白電磁波如何產生 Maxwell’s Theory 電磁波的圖形概念 熟悉 電磁波頻譜 明白電磁波的傳遞 球形波、平面波與傳遞損耗及對人體的影響 在大氣中的傳遞方式 天波、地波、太空波 視準線. 4-3 電磁波. 電磁波的產生. Maxwell’s Theory ：

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海軍兵器系統概論

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Presentation Transcript

  1. 海軍兵器系統概論 東吳大學軍事教育 全校選修

  2. 第４章 偵測子系統 4-1 基礎知識：偵蒐類別與目標資訊 4-2 基礎知識：能量與波 4-3 電磁波 4-4 偵蒐裝備：雷達、聲納、光電

  3. 4-3 電磁波 ４-３學習目標 • 明白電磁波如何產生 • Maxwell’s Theory • 電磁波的圖形概念 • 熟悉電磁波頻譜 • 明白電磁波的傳遞 • 球形波、平面波與傳遞損耗及對人體的影響 • 在大氣中的傳遞方式 天波、地波、太空波 • 視準線

  4. 4-3 電磁波 電磁波的產生 • Maxwell’s Theory： • 一個交流的電場(E)會產生一個隨時間改變的磁場(B) • 而一個磁場會產生它自己的電場 • 一個電場會引起一個磁場，而且兩者會一起以電磁波的方式傳出 • 能量不斷地在電場與磁場間互換

  5. 4-3 電磁波 ＋ － － ＋ 電磁波的產生 E B e-

  6. 電磁波的產生 • 電磁波是變化的電場與磁場所產生的電磁場擾動能量波，而擾動的電場與磁場之間相互垂直 天線

  7. 電磁波頻譜Electromagnetic Spectrum • 電磁波頻譜區分 • Low Frequency 低頻：30~300kHz (3*101~5) • ELF(30-3000)、VLF、LF • Medium Frequency 中頻：300k~3000k (3M) • High Frequency 高頻：3M~300G • HF、VHF、UHF、SHF、EHF

  8. 電磁波頻譜Electromagnetic Spectrum

  9. 電磁波的傳遞 • 速度：同光速 • 光波亦是電磁波 • 球形波 • 從擾動點均勻向外傳遞的球形 • 近波源 • 無阻礙 • 平面波 • 遠離波源 球形波 平面波

  10. 電磁波在大氣中的傳遞 • 傳遞損耗 • 電磁波在大氣中的傳遞與其頻率有關 • 電離層影響造成的不同傳遞模式 • 地波(Ground wave) • 天波(Sky wave) • 太空波(Space wave) • 較頻高率的視準線(LOS)傳遞 • 散射 • 導管 • 彎曲

  11. 傳遞損耗 • 電磁波傳遞損耗包含下列三類： • 散布損耗： • 由波源以球形方式向外傳遞 • 能量強度依傳送距離平方的比例降低 （1/R2） • 吸收損耗： • 能量為空間中的介質吸收耗損 • 空氣、雲、雨等 • 散射損耗： • 能量被空間中的介質反彈散開所造成的耗損

  12. 電磁波對人體有沒有影響？ • 曾有研究指出電磁場會影響人體健康 • 微波爐的發明—美國海軍的雷達實驗 • 微波爐使用 2450 兆赫電磁波 • 現行大哥大是 900 與 1800 兆赫

  13. 電離層 ionosphere • 地球大氣的高層，距地表約 75~400公里 • 空氣分子被高能射線離子化後的散布區 • 依離子濃度分成三層區域： • D區：75-95公里，濃度低， 造成MF日間吸收 • E區：95-150公里，濃度中，造成VHF散射 • F區：150-400公里，濃度高，造成HF反射

  14. 電離層 地波 Ground Wave 模式 • 非常低頻的電磁波傳遞方式 • 垂直極化的ELF、VLF電磁波會以「地波」的型式傳遞 • 沿著地表前進 • 波長非常長，僅適於通訊使用

  15. 太空波 電離層 天 波 天波 Sky Wave 模式 • HF波段的電磁波，碰到電離層時： • 入射角大者，會被反彈回來，即為天波 • 較小者，則會逸入太空成為太空波 • 波長仍然很長，可供通訊使用 • 那介於VLF與HF間的LF及MF波段會如何傳遞呢？

  16. 太空波 電離層 太空波 Space Wave 模式 • 較高頻之電磁波，會直接穿過電離層，成為太空波 • 30MHz以上的電磁波不會被電離層反彈 • 傾向以直線方式前進

  17. Ground Sky Space 頻譜與地、天、太空波模式

  18. 視準線 LOS • 為一直線，一般即為視線 • VHF以上的頻率，電磁波行進會傾向以視準線方式前進，但受下列影響： • 電離層散射、對流層散射、對流層導管效應

  19. 視準線 LOS • 電離層散射 • 散射後可傳遞非常遠（遠達1000公里上下） • 對流層 • 散射 • 天候因素、空氣比重等因素 • 散射後可能傳遞非常遠（達600公里） • 導管效應 • 因對流層空氣密度等因素，造成導管效應 • 沿導管前進，配合地球曲度。可增加較LOS長約10%的距離

  20. 太空波 天波 電離層散射 1000km 電離層 對流層散射 600km LOS 導管效應 ≈ LOS × 110%

  21. 計算 視準線 LOS 最遠距離 • HT = 目標高度 (公尺) • HR = 雷達天線高度 (公尺) • Rmax=雷達可偵最遠距離 (公里)

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