1.5 Область простору, істотна при прх

Областю простору, істотною при ПРХ, називають область, у якій поширюється основна частина передаваємої потужності сигналу.

Ця область відіграє визначальну роль при ПРХ. Для визначення істотної області звернемося до відомого принципу хвильової оптики - принципу Гюйгенса-Френеля.

Відповідно до цього принципу кожну точку на довільно замкнутій поверхні , що охоплює випромінювач , можна вважати джерелом вторинних сферичних хвиль, а поле в точці можна визначити в результаті векторного підсумовування полів від всіх вторинних випромінювачів (рис. 1.3)

Рисунок 1.3

Границі істотної області простору найпростіше визначити, розглянувши випадок дифракції сферичної хвилі на круговому отворі в нескінченному екрані з використанням принципу Гюйгенса-Френеля (рис. 1.4).

Рисунок 1.4 – Розтин екрана площиною, що проходить через лінію

Екран - нескінченно великих розмірів. Екран радіонепрозорий, тобто ЕМХ через нього не проходять. Екран обраний як поверхня, на якій розглядаються вторинні елементарні випромінювачі.

В екрані зробимо отвір радіусом із центром по лінії . Напруженість поля в точці визначається результатом векторного підсумовування полів елементів Гюйгенса, що перебувають тільки в межах отвору.

Якщо отвору в екрані немає, то через нескінченні розміри й непрозорість поле в точці буде дорівнювати нулю.

Проробимо тепер отвір в екрані площею . За рахунок випромінювання вторинних випромінювачів на поверхні в точці з'явиться деяка напруженість поля , що має модуль і фазу .

Послідовно збільшуючи отвір, отримаємо векторну діаграму рис.1.5.

Рисунок 1.5 - Геометричне підсумовування полів від різних ділянок отвору при стрибкоподібній (а) і плавній (б) зміні його діаметра.

Рисунок 1.6 - Векторна діаграма при діаметрі отвору, що відповідає першій зоні Френеля.

По мірі збільшення площі отвору наступить такий випадок, коли поля від вторинних джерел периферійної лінії отворів виявляться в протифазі з полем, обумовленим вторинним випромінюванням центра отвору. Це як видно з рис.1.4 буде відповідати різниці ходу .

Отвір, при якому задовольняється ця умова, зветься першої зони Френеля. При цьому напруженість поля в точці виходить найбільшою.

При подальшому збільшенні площі отвору напруженість поля в точці почне зменшуватися внаслідок того, що поля від знову отримуваних кільцеподібних поверхонь отвори будуть уже в протифазі з полями, що обумовлені випромінюванням кільцеподібних поверхонь першої зони Френеля (рис. 1.7). Це відповідає другій зоні Френеля. Різниця ходу при цьому . Напруженість поля в цьому випадку мінімальна.

Р исунок 1.7 - Векторна діаграма, що відповідає другій зоні Френеля.

Якщо плавно збільшувати площу отвору й далі, то отримаємо векторну діаграму у вигляді спіралі, що закручується (рис.1.8).

Рисунок 1.8

Спіраль закручується навколо точки . Вектор , що з'єднує початок спіралі із точкою буде дорівнює напруженості поля при відсутності екрану. Максимальні й мінімальні значення напруженості поля в точці будуть при виконанні умови

(1.25)

де - ціле число. При - непарних буде максимум, при - парних – мінімум.

Звідси слідує, що напруженість поля в точці прийому носить осцилюючий характер. Це можна проілюструвати за допомогою рис. 1.9.

Рисунок 1.9

На рис. 1.9 - номер зони Френеля. У непарних зонах Френеля напруженість поля вище, ніж у парних. Знання такої закономірності дозволяє правильно вибрати висоти підвісів приймальній й передавальній антені. На площині істотна область являє собою еліпс із фокусами в точках і (рис. 1.10).

Рисунок 1.10

Істотна область простору в однорідному середовищі являє собою еліпсоїд обертання з фокусами в точках і . Істотною областю вважають ту, що охоплює (8...12…12) зон Френеля. Поперечний переріз істотної області являє собою коло радіусом .

Крім істотної області й області першого еліпсоїда Френеля при розрахунку радіоліній використовується поняття мінімальної області поширення радіохвиль. При цьому .

Поперечні розміри мінімальної області визначаються радіусом відповідної мінімальної зони .

, (1.26)

де - довжина хвилі;

- відносна координата перешкоди ( або );

- відстань між точками передачі й прийому (рис. 1.11).

Рисунок 1.11

Для забезпечення стійкого зв'язку необхідно вибрати висоти підвісу антен і такими, щоб просвіт між найвищою точкою перешкоди й лінією був більше або дорівнював .