Тема 1. Распространение радиоволн

1.1 Свободное пространство

Свободное пространство - однородная непоглощающая среда, для которой относительные диэлектрическая и магнитная проницаемости равны единице. Реально таких сред не существует, однако выражения, описывающие условия распространения радиоволн (РРВ) в этом простейшем случае, являются фундаментальными. РРВ в более сложных условиях характеризуется теми же выражениями с внесениям в них множителей, учитывающих влияния конкретных условий распространения.

1.2 Поле изотропного излучателя в свободном пространстве

Изотропный (очень малый по размерам излучатель) излучает во всех направлениях одинаково, т.е. создает вокруг себя электромагнитное поле сферической симметрии: в любом направлении на заданном расстоянии все характеристики поля одинаковы.

В природе нет изотропных излучателей в полном смысле этого определения, поэтому его следует рассматривать как некоторую абстракцию.

Пусть изотропный излучатель излучает мощность . Найдем напряженность поля в точке приема (рис. 1.1).

Рисунок 1.1

Известно, что вектор Умова-Пойтинга представляет собой векторное произведение векторов напряженности электрического поля и магнитного поля

. (1.1)

Так как векторы и взаимно - перпендикулярны, то модуль вектора Пойтинга

, где Е и Н эффективные значения и .

Сферическую волну излучателя в точке можно при достаточно большом r считать плоской, для которой справедливо соотношение

, (1.2)

где - волновое сопротивление среды. Для свободного пространства

Тогда (1.3)

С другой стороны, при сферической симметрии поля излучателя, плотность потока энергии через единицу поверхности сферы равна

(1.4)

Приравняв выражения (1.3) и (1.4) получим

(1.5)

Из выражения (1.5) следует, что с увеличением излучаемой мощности увеличивается уровень напряженности поля в точке приема и дальность действия системы связи.

1.3 Поле направленного излучателя в свободном пространстве

Для оценки направленности излучателя вводится понятие коэффициента направленного действия .

К.н.д. – множитель, показывающий, во сколько раз следует увеличить мощность, подводимую к изотропному излучателю, чтобы он создавал в точке приема такую же напряженность поля, что и направленный излучатель. Таким образом, направленный излучатель (антенна) по создаваемой им в месте приема напряженности поля эквивалентен изотропному излучателю, который излучает в D раз большую мощность. Тогда

(1.6)

Чаще известна не излучаемая мощность , а мощность, подводимая к излучателю (антенне). Поэтому вводится понятие коэффициента полезного действия излучателя

, (1.7)

где - мощность потерь.

Тогда выражение (1.6) с учетом (1.7) будет иметь вид

, (1.8)

где - мощность, подводимая к антенне.

Выражение (1.8) определяет количественные зависимости, но не отражает волнового характера распространения электромагнитных волн. Волновой характер РРВ можно отметить, введя в (1.8) множитель, характеризующий фазовые соотношения. Если возбуждение излучателя производится гармоническим изменениям возбуждающий э.д.с. по закону

, то фазовый множитель будет иметь вид ,

где - учитывает запаздывание фазы от расстояния;

- волновое число.

Мгновенное значение напряженности поля равно

(1.9)

Если учесть, что , где - коэффициент усиления антенны, то

(1.10)

Из выражения (1.10) следует, что чем выше направленные свойства антенны и больше подводимая к ней мощность, тем выше уровень сигнала в точке приема и больше дальность действия системы радиосвязи.