Тема1. Поширення радіохвиль

1 Вільний простір

Вільний простір - однорідне непоглинаюче середовище, для якого відносна діелектрична й магнітна проникності дорівнюють одиниці. Реально таких середовищ не існує, однак вирази, що описують умови поширення радіохвиль (ПРХ) у цьому найпростішому випадку, є фундаментальними. ПРХ у більш складних умовах характеризується тими ж виразами із внесенням у них множників, що враховують впливи конкретних умов поширення.

1.2 Поле ізотропного випромінювача у вільному просторі

Ізотропний (дуже малий за розмірами випромінювач) випромінює у всіх напрямках однаково, тобто створює навколо себе електромагнітне поле сферичної симетрії: у будь-якому напрямку на заданій відстані всі характеристики поля однакові.

У природі немає ізотропних випромінювачів у повному значенні цього визначення, тому його варто розглядати як деяку абстракцію.

Нехай ізотропний випромінювач випромінює потужність . Знайдемо напруженість поля в точці прийому (рис. 1.1).

Рисунок 1.1

Відомо, що вектор Умова-Пойтинга являє собою векторний добуток векторів напруженості електричного поля й магнітного поля

. (1.1)

Так як вектори й взаємно - перпендикулярні, то модуль вектора Пойтинга

, де Е и Н ефективні значення й .

Сферичну хвилю випромінювача в точці можна при досить великому r вважати плоскою, для якої справедливе співвідношення

, (1.2)

де - хвильовий опір середовища. Для вільного простору

Тоді (1.3)

З іншого боку, при сферичній симетрії поля випромінювача, щільність потоку енергії через одиницю поверхні сфери дорівнює

(1.4)

Порівнявши вирази (1.3) і (1.4) одержимо

(1.5)

З виразу (1.5) слідує, що зі збільшенням випромінюваної потужності збільшується рівень напруженості поля в точці прийому й дальність дії системи зв'язку.

1.3 Поле направленого випромінювача у вільному просторі

Для оцінки направленості випромінювача вводиться поняття коефіцієнта направленої дії .

К.н.д. – множник, що показує, у скільки разів варто збільшити потужність, що подається до ізотропного випромінювача, щоб він створював у точці прийому таку ж напруженість поля, що й направлений випромінювач. Таким чином, направлений випромінювач (антена) по створюваній їм у місці прийому напруженості поля еквівалентний ізотропному випромінювачу, що випромінює в D раз більшу потужність. Тоді

(1.6)

Частіше відома не випромінювана потужність , а потужність, що подається до випромінювача (антени). Тому вводиться поняття коефіцієнта корисної дії випромінювача

, (1.7)

де - потужність втрат.

Тоді вираз (1.6) з урахуванням (1.7) буде мати вигляд

, (1.8)

де - потужність, що подається до антени.

Вираз (1.8) визначає кількісні залежності, але не відбиває хвильового характеру поширення електромагнітних хвиль. Хвильовий характер ПРХ можна відзначити, ввівши в (1.8) множник, що характеризує фазові співвідношення. Якщо збудження випромінювача провадиться гармонійними змінами, що збуджують е.р.с. за законом

, то фазовий множник буде мати вигляд ,

де - ураховує запізнення фази від відстані;

- хвильове число.

Миттєве значення напруженості поля дорівнює

(1.9)

Якщо врахувати, що , де - коефіцієнт підсилення антени, то

(1.10)

З виразу (1.10) слідує, що чим вище направлені властивості антени й більше потужність, що подається до неї, тим вище рівень сигналу в точці прийому й більша дальність дії системи радіозв'язку.