9. Распространение радиоволн на естественных трассах

9.1 Общие замечания

Кроме распространения ЭМВ в ЛП и в свободном пространстве при излучении от антенн, в технике используется распространение радиоволн (РРВ) на, так называемых, естественных трассах. При этом учитывается влияние поверхности земли и свойства слоев атмосферы. При изучении распространения РВ в этих условиях используются физические явления интерференции, дифракции, рефракции.

С явлением интерференции мы уже сталкивались. Она заключается в сложении двух волн одной частоты с различными амплитудами и фазами.

Дифракция заключается в способности ЭМВ огибать неровности, в том числе кривизну земной поверхности.

Атмосферной рефракцией называется явление преломления ЭМВ в нижних слоях атмосферы.

Земная поверхность вследствие поглощения, отражения, дифракции на сферической поверхности существенно влияет на РРВ.

РВ, распространяющиеся в непосредственной близости от поверхности земли называются земными волнами.

В окружающей землю атмосфере различают две большие области: тропосферу и ионосферу. Тропосфера занимает нижний слой атмосферы толщиной около 60 км., она неоднородна. В тропосфере появляются тропосферные волны, обусловленные неоднородностью тропосферы. Ионосфера занимает область атмосферы на высотах 60-20000 км. На таких высотах плотность газов мала и отмечается присутствие свободных электронов значительной концентрации под действием солнечной ионизации. Волны, распространяющиеся в ионосфере, подвержены явлениям рефракции и отражения и называются ионосферными волнами. Распространение ионосферных волн зависит от времени суток, времени года и связаны с явлениями, происходящими на солнечной поверхности.

Условия распространения всех отмеченных типов волн зависят от частотного диапазона.

Рассмотрим некоторые частные случаи РРВ на естественных трассах.

9.2 Распространение волн на небольшие расстояния

Это случай мобильной и служебной связи, телевизионного вещания.

Напряженность поля в точке С (рис. 9.1) определяется двумя лучами: прямым - АС и отраженным – АВС. Расчет производится по, так называемой, “отражательной” формуле

(9.1)

где P - излученная мощность в кВт,

D - КНД передающей антенны,

- высоты передающей и приемной антенн в м.,

r - расстояние между антеннами в км.,

- длина волны в м.

Рис. 9.1

Формула (9.1) не учитывает явления рефракции и кривизну земной поверхности.

При учете кривизны поверхности предельное расстояние прямой видимости можно определить, руководствуясь параметрами рис. 9.2.

Рис. 9.2

С учетом того, что , ( - радиус земли 6368 км.), получим

, (9.2)

где , в м.

Атмосферной рефракцией называется явление прохождения ЭМВ в нижних слоях атмосферы. Это явление связано с изменением давления, температуры, влажности с увеличением высоты. Благодаря искривлению траектории луча вследствие рефракции дальность связи увеличивается за пределы прямой видимости (сравни с 9.2):

, (9.3)

Формула (9.3) записана для, так называемой, “стандартной“ атмосферы и не учитывает явление поглощения волн.