РЕЗУЛЬТАТИ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ ВПЛИВУ ВОЛОГОСТІ ДЕРЕВ’ЯНИХ МАТЕРІАЛІВ НА ПРОХОДЖЕННЯ СИГНАЛІВ НВЧ ДІАПАЗОНУ

Автор(и)

  • Анатолій Іванович Сатюков Чернігівський національний технологічний університет, Україна https://orcid.org/0000-0003-2901-1152
  • Анатолій Леонідович Приступа Чернігівський національний технологічний університет, Україна https://orcid.org/0000-0001-9412-2698
  • Микола Васильович Мошель Чернігівського національного технологічного університету, Україна https://orcid.org/0000-0002-8775-5793

DOI:

https://doi.org/10.25140/2411-5363-2020-1(19)-156-167

Ключові слова:

НВЧ сигнал, послаблення радіохвиль, дерев'яні матеріали, вологість, експериментальні дослідження

Анотація

Актуальність дослідження. Постійний розвиток НВЧ систем зумовлює появу новітніх пристроїв та методів вимірювання параметрів різноманітних матеріалів. Сфера застосування техніки, що працює в діапазоні надвисоких частот, стрімко розширюється. Велика кількість сучасних систем працюють у діапазоні 2-8 ГГц в межах приміщення та між різними інженерними спорудами. Ефективність їхньої роботи пов’язана з проходженням високочастотних сигналів через різні навколишні перешкоди – стіни, двері, перекриття тощо. Тому актуальним завданням є детальне дослідження взаємодії НВЧ сигналів із різними матеріалами. Серед них особливе місце посідає деревина, що має високу здатність до поглинання вологи, а вміст води в матеріалі навіть у незначних кількостях суттєво впливає на його фізико-хімічні й електричні властивості. 

Постановка проблеми. Поширення радіохвиль у приміщенні має складний характер, оскільки сучасна будова являє собою неоднорідний простір, заповнений хаотично розташованими напівпровідними перешкодами. Здебільшого в точку прийому потрапляє не одна хвиля, а кілька – за рахунок віддзеркалень від різних поверхонь і дифракції на перешкодах. Розуміння впливу різних факторів на поширення радіохвиль має безліч практичних застосувань, від вибору частот для міжнародного короткохвильового телерадіомовлення до проєктування надійних мобільних телефонних систем, радіонавігації та експлуатації радіолокаційних систем та систем моніторингу.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. Питання розповсюдження радіохвиль у повітрі вивчені дуже ретельно й повно. Визначено затухання сигналів залежно від частоти. Це дозволило створити надійні і оптимально структуровані канали бездротового зв’язку, що працюють на частотах, для яких затухання сигналу найменше.

Виділення недосліджених частин загальної проблеми. Останніми роками дедалі більше розвиваються системи радіозв’язку, які працюють в умовах розповсюдження радіохвиль за наявності різноманітних перешкод. Наприклад, мобільний зв’язок чи бездротовий Інтернет, які працюють зокрема в приміщеннях і будівлях. Такі параметри каналів радіозв’язку, як потужність передавачів, конструкція та розміщення антен тісно пов’язані з взаємодією радіохвиль з різноманітними перешкодами. Такими перешкодами, зокрема, можуть бути різні будівельні конструкції – стіни, перекриття та ін. Вони послаблюють потужність радіохвиль, що проходять крізь них. Значення такого послаблення може суттєво залежати від рівня вологості матеріалу перешкоди. Наведені в різних літературних джерелах дані здебільшого не враховують цього аспекту.

Мета дослідження полягає у вивченні впливу вологості дерев’яних матеріалів на рівень послаблення НВЧ сигналів та визначення частот, на яких спостерігається мінімальний рівень послаблення.

Виклад основного матеріалу. У статті проведено експериментальні дослідження з визначення ступеня послаблення НВЧ сигналів дерев’яними матеріалами при різному рівню вологості речовини. Отримані результати порівнювались із проходженням радіохвиль через сухий зразок. Це дало змогу з’ясувати саме вплив зміни вологості на послаблення радіосигналу. Вимірювання проводились в діапазоні частот 2–8 ГГц та зміні вологості зразків від 0 до 8 %.  Проведено аналіз послаблення сигналу від ступеня вологості на окремих частотах. Здійснено порівняння послаблення радіохвиль різними матеріалами з однаковим рівнем вологості.

Висновки відповідно до статті. За результатами експериментальних досліджень було побудовано графічні залежності затухання сигналу від рівня вологості зі збільшенням частоти для обраних порід дерева: дуба, сосни, верби та берези. Отримані дані дозволяють виділити частотні інтервали для оптимальної роботи апаратури. 

Біографії авторів

Анатолій Іванович Сатюков, Чернігівський національний технологічний університет

кандидат фізико-математичних наук, доцент

Анатолій Леонідович Приступа, Чернігівський національний технологічний університет

кандидат технічних наук, доцент

Микола Васильович Мошель, Чернігівського національного технологічного університету

доктор технічних наук, професор

Посилання

Маилян Р. Л., Маилян Д. Р., Веселев Ю. А. Строительные конструкции: учебное пособие. Изд. 2-е. Ростов н/Д: Феникс, 2005. 880 с.

Харвей А. Техника СВЧ. Москва: Сов. радио, 1965. 775 с.

Мальцев П., Шахнович И. СВЧ-технологии – Основа электроники будущего тенденции и рынки. ЭЛЕКТРОНИКА: НТБ. 2015. № 8. С. 72-73.

Шахнович И. Системы беспроводной связи 5G: телекоммуникационная парадигма, которая изменит мир. Краткие тезисы. ЭЛЕКТРОНИКА: НТБ. 2015. № 7. С. 48–55.

Кудряшов А. А. Затухание радиоволн и беспроводные технологии построения промышленных сетей диапазона 2,4 ГГц. Вісник ЧДТУ. 2012. № 4 (61). С. 183-190.

Приступа А. Л., Безручко В. М., Велігорський О. А., Ревко А. С., Кришньов Ю. В. Сучасні автономні гідрометеорологічні вимірювальні станції: монографія. Чернігів: Видавець Брагинець О.В., 2019. 180 с.

Аўтаматызаваныя аўтаномныя станцыі гідраметэаралагічнага/экалагічнага маніторынгу навакольнага асяроддзя : манаграфія / Ю. В. Крышнеў i iн. Гомель: Pitmedia, 2019. 198 с.

Нарытник Т., Бабак В., Ильченко М., Кравчук С. Микроволновые технологии в телекоммуникационных системах. Київ: Техніка, 2000. 298 с.

Пасынков В. В., Сорокин В. С. Материалы электронной техники. Москва: Высш. школа, 1986. 367 с.

Вязьмитинов И. А., Мирошниченко Е. И., Сытник О. В. Результаты исследований ослабления энергии электромагнитных волн оптически непрозрачными преградами. Радіофізика та електроніка. 2007. Т. 12, № 2. С. 426-434.

Сатюков А. І., Приступа А. Л., Ленько Ю. В. НВЧ метод вимірювання вологості об’єктів довільної форми. Технічні науки та технології: науковий журнал. 2017. № 2(8). С. 20-28.

Сатюков А. І., Приступа А. Л. Використання хвилеводно-коаксиального переходу при вимірюванні вологості тіл з довільною геометрією. Збірник матеріалів науково-технічної конференції. Фізика, електроніка, електротехніка / Сумський державний університет. Суми, 2014. С. 51.

Сатюков А., Приступа А., Журко В., Бивалькевич М. Результати експериментальних досліджень впливу вологості стінових будівельних матеріалів на проходження радіохвиль НВЧ діапазону. Технічні науки та технології: науковий журнал. 2018. № 1(11). С. 252-263.

Сурикова Н. С., Вилипп Е. М. Строение дерева и древесины. Методические указания. Томск: Изд-во Томского архитектурно-строительного университета, 2004. 46 с.

Carullo, A. Ferrero and M. Parvis. A microwave system for relative humidity measurement. IMTC/99. Proceedings of the 16th IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference (Cat. No.99CH36309), Venice, 1999. Vol. 1. Р. 124-129.

Reyes-Guerrero J. C., Ciamulski T. Influence of temperature on signal attenuation at microwaves frequencies underwater. OCEANS 2015 - Genova, Genoa, 2015. Р. 1-4.

Asp A., Hentilä T., Valkama M., Pikkuvirta J., Hujanen A., Huhtinen I. Impact of Concrete Moisture on Radio Propagation: Fundamentals and Measurements of Concrete Samples. 2019 16th International Symposium on Wireless Communication Systems (ISWCS), Oulu, Finland, 2019. Р. 542-547.

Pozar D. M. Microwave engineering, Hoboken, NJ, USA: Wiley, 2012. 19. Kon S., Horibe M., Kato Y. Dynamic measurements of moisture content using microwave signal and its verification. 2016 Conference on Precision Electromagnetic Measurements (CPEM 2016), Ottawa, ON, 2016. Р. 1-2.

Jiang Y., Zhang Y. Research on Microwave Measurement for Grain Moisture Content in Granary. 2009 IITA International Conference on Control, Automation and Systems Engineering (case 2009). Zhangjiajie, 2009. Р. 327-330.

Pengfei L., Bo W., Junfeng J. The Application of Microwave Detecting Textile Moisture Content. 2010 International Conference on Intelligent Computation Technology and Automation. Changsha, 2010. P. 706-709.

Menke F., Knochel R. New density-independent moisture measurement methods using frequency-swept microwave transmission. 1996 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest. San Francisco, CA, USA, 1996. Vol. 3. P. 1415-1418.

Vermeulen C., Hancke G. P. Continuous measurement of moisture in nonconducting materials. Conference Record IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference. Metropolitan, NY, USA, 1992. P. 419-421.

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-09-16

Як цитувати

Сатюков, А. І., Приступа, А. Л., & Мошель, М. В. (2021). РЕЗУЛЬТАТИ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ ВПЛИВУ ВОЛОГОСТІ ДЕРЕВ’ЯНИХ МАТЕРІАЛІВ НА ПРОХОДЖЕННЯ СИГНАЛІВ НВЧ ДІАПАЗОНУ. Технічні науки та технології, (1(19), 156–167. https://doi.org/10.25140/2411-5363-2020-1(19)-156-167

Номер

Розділ

ЕЛЕКТРОТЕХНІКА ТА ЕЛЕКТРОНІКА