20.4. Поле горизонтального вибратора, поднятого над плоской поверхностью земли на высоту h1

В рассматриваемом случае поле излучателя рассматривается в экваториальной плоскости и поэтому в расчетных формулах следует заменить θ на ϕ. Напомним одновременно, что излучение элементарного электрическо-

го излучателя в экваториальной плоскости изотропно, т.е. Em ≠ f (ϕ)и F(ϕ)=1. Таким образом, в рассматриваемом случае

Коэффициент отражения для горизонтально поляризованных волн, как показано в теме 4, рассчитывается следующим образом:

Рассмотрим те же предельные случаи, что и в предыдущем разделе.

1. Отражающая среда близка по своим свойствам к проводнику

Направления, в которых излучение отсутствует, определяются как

276

Диаграмма направленности излучателя в рассматриваемом случае показана на рис. 20.7. Число лепестков диаграммы направленности определяется как

На рис. 20.7 изображен случай, когда h1 λ =2,3.

Рис. 20.7 2. Отражения происходят от поверхности среды, близкой по своим

свойствам к идеальному диэлектрику. В этом случае графики зависимостей ρг (ϕ)и Φг (ϕ) имеют вид, изображенный на рис. 20.8. В предельном случае, ко-

Рис. 20.8

гда σ2 ε2′ω → 0, ΦΓ =π . Поэтому

Направления минимального излучения определяются как

277

20.5.Распространение радиоволн над неоднородной

инегладкой отражающей поверхностью

Свойства отражающей поверхности на протяжении радиотрассы (в пространстве между передатчиком и приемником) обычно не остаются одинаковыми, т.е. отражающая поверхность обычно неоднородна, и поэтому возникает проблема определения ρ&β, ρ&r в интерференционных формулах

типа (19.25), (19.36). Заранее очевидно, что при отражении играют роль свойства ограниченного участка отражающей поверхности, границы которого определяются пересечением эллипсоида существенной области и отражающей

.

Рис. 20.11

.

Рис. 20.10

поверхности (рис. 20.10). Этот участок имеет вид вытянутого в направлении радиотрассы эллипса с поперечными размерами (рис. 20.10).

Rn - диаметр существенной области,

bs = cosasϕ .

В КВ диапазоне существенная область при отражении обычно в поперечнике занимает десятки метров, в продольном направлении – десятки километров ( h1 ≈ h2 ). На таком протяжении свойства отражающей поверхности могут меняться. Обычно используется среднее значение коэффициента отра-

−

жения ρ по существенной области. Значение ρ может быть определенно

279

экспериментально при изменении h1 или h2 с использованием формул типа

(20.19):

При отражении существенны не только свойства отражающей среды, но форма ее границы. В случае, когда поверхность негладкая, ее наклон по отношении к направлению на излучатель изменяется вдоль трассы, что может вызвать многолучевое отражение в сторону приемной антенны (рис 20.11). Это, конечно, имеет место только в том случае, когда характерные размеры неоднородности рельефа отражающей поверхности значительно превосходят рабочую длину волны. Только тогда возникает многолучевое отражение.

Если неровности отражающей поверхности не очень велики по сравнению с длинной волны электромагнитного поля, то при некоторых условиях ими можно пренебречь. Эти условия формулируются известным критерием Релея. Рис 20.12 иллюстрирует суть этого критерия.

Пусть неровность имеет высоту h над отражающей «средней» плоскостью. И

Рис. 20.12

пусть плоская волна падает на эту систему под углом θ . Луч 1 отражается от вершины неровности, луч 2 – от «средней» плоскости. Разность их хода в соответствии с чертежом (рис 20.12). ∆r = r2 − r1 = 2h cos θ, Фазовое запаздывание

луча 2 относительно луча 1, тогда составляет ∆ϕ = 2kh cosθ, k = 2π/ λ . Это запаздывание несущественно, если ∆ϕ < π/ 4 .

Это условие приводит к следующему критерию (критерию Релея):

h < 16cosλ θ

Поскольку в знаменателе справа стоит cosθ , то очевидно, что для скользящих лучей (θ →π 2) критерий Релея выполняется для весьма боль-

ших hλ . А этот случай, как указывалось выше, как раз и характерен для наземных радиотрасс, когда h1 ~ h2 .

280

20.6. Формула Введенского

Рассмотрим случай, когда ϕ(θ) близок к 900 . В этом случае, если свойства отражающей поверхности соответствуют в данном диапазоне диэлектрику, ρβ →1, Φβ π, ρr →1, Φr → π, причем для горизонтального вибратора

эти приближения справедливы в большем диапазоне углов падения, чем для вертикального (см. рис. 19.4 и 19.8). Общая интерференционная формула (20.15) в этом случае имеет вид:

Напомним, что 2h1 cos θ = r2 − r1 - разность хода прямого и отраженного лучей. Построим следующую схему вычисления r2 − r1 (рис 20.13). Из прямоугольного треугольника АОВ находим r1 :

В (20.21) учтено, что h1 << r, а также принято новое условие h2 << r, отражающее то факт, что θ(ϕ) → 900 и, следовательно, h2 ~ h1.

Из треугольника АСД находим r2 :

r2 ≈ r 1 + (h2 2+r2h1 )2 .

Таким образом,

r2 2−r1 = h1 cosθ h1rh2 .

Положим далее, что

281