2368

антенны в реальной среде к напряженности поля на том же

расстоянии в свободном пространстве

Eсв

где K – модуль множителя ослабления, который оценивает дополнительное ослабление амплитуды волны по сравнению с ее ослаблением в свободном пространстве; φK – фаза множителя ослабления, которая оценивает

дополнительное изменение фазы волны, Eсв определяется по формуле.

Множитель ослабления зависит от многих факторов:

длины радиолинии;

высот поднятия антенн над землей;

длины волны;

вида поляризации волны;

рельефа местности на трассе;

электрически неоднородного строения атмосферы, подверженного случайным

изменениям.

Случайный характер неоднородного строения атмосферы позволяет дать лишь статистическое описание временных и пространственных распределений множителя ослабления. Детерминированное (точно определенное) значение множителя ослабления возможно только для некоторых упрощенных статических моделей атмосферы.

При распространении в реальных средах (естественные трассы) напряженность поля представляется в виде произведения

изменяется в широких пределах и его удобно выражать в децибелах:

131

K[дБ] = 20 lg K,

В ряде случаев множитель ослабления определяют через плотности потока мощности Пср в данной среде и Псв.ср в свободном пространстве:

Абсолютное значение K, вычисленное в децибелах по

полю или по плотности потока мощности, равны:

K2[дБ] = 10 lg K2 – 20 lg K.

Поэтому потери передачи, обусловленные свойствами реальной среды и выраженные в децибелах, добавляются в виде:

Lдоп = – K.

132

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

Область существенная для распространения

1. Формирование зон Френеля

Областью пространства, существенной для распространения радиоволн, называется область, в которой распространяется основная часть передаваемой мощности. Эта область охватывает пространство вблизи прямой, соединяющей передающую и приемную антенны (линии визирования). Чем меньше длина волны, тем более узкой вблизи линии визирования является область, где в основном распространяется электромагнитная энергия.

Размеры и конфигурацию этой области определяют исходя из принципа Гюйгенса – Френеля: любая точка фронта волны является вторичным источником волн и поле в точке приема формируется суммарным действием этих источников

(рис. П4.1).

h

Приемная

антенна

d2

Рис. П4.1. Формирование зон Френеля

Для облегчения и наглядности суммирования полей вторичных источников Френель разбивает плоскость на зоны так, что каждая граница зоны отличается от предыдущей на столько, что разность хода лучей равна половине длины волны r = λ/2 (рис.П4.2):

133

r1' r1" r0' r0" 2

r1' r1" r0' r0" 2

2 . (П4.1)

r1' r1" r0' r0" n

2

Участки плоскости, ограниченные окружностями, называют зонами Френеля на плоскости. Первая зона представляет собой круг, зоны высших порядков – кольцевые области (рис. П4.1).

В пределах каждой концентрической области, называемой зоной Френеля, фаза поля плавно меняется от некоторого значения на ее внутреннем радиусе и возрастает на величину п на внешнем. Если учесть, что расстояние между излучателем и точкой наблюдения велико по сравнению с длиной волны, что в практике распространения радиоволн всегда выполняется, причем и расстояния до плоскости велики, то амплитуды полей каждого элемента площадки S в пределах каждой зоны, а также при переходе от одной зоны к другой можно считать слабо меняющимися. Поэтому поля в точке наблюдения от вторичных источников, располагаемых на границах двух соседних зон, приходя в точку наблюдения, будут существенно ослаблять друг друга. Главный неисчезающий результат от суммирования полей всех источников будет в основном определяться первой (центральной) зоной и несколькими прилегающими к ней зонами. Существенной частью плоскости S, влияющей на поле в точке наблюдения, считают площадь, охватывающую первые 6...10 зон Френеля. Однако в практических расчетах для ориентировочных оценок размер этой области часто принимают равным радиусу первой зоны.

134

Рис. П4.2. Расчет радиуса зон Френеля Для первой зоны:

r1' r1" r0' r0" 2

Далее проведем преобразования:

r1' r0' 2 R12 r0' R12 ,

2r0'

r1" r0" 2 R12 r0" R12

2r0'

Радиус границы первой зоны Френеля будет равен:

135

Радиус границы n-й зоны Френеля определяется также

и равен:

Максимальный радиус зон соответствует середине трассы, где r0’ = r0” = r/2:

зоны увеличивается на полдлины волны, фазы волн, приходящих от источников двух соседних зон Френеля, отличаются на 180○ и происходит компенсация полей источников двух соседних зон. При этом компенсация тем полнее, чем выше номера зон Френеля. Поле в точке наблюдения формируется всеми зонами Френеля, но вклад их уменьшается с увеличением номера и ростом радиуса (увеличивается путь волны), причем соседние зоны формируют в точке наблюдения поле противоположной фазы. Нечетные зоны увеличивают напряженность поля, а четные уменьшают.

Так как соседние члены ряда мало отличаются друг от друга, то значение поля в каждой из скобок близко к нулю и в первом приближении результирующее поле равно

Напряженность поля приближенно равна половине той величины, которая создается источниками первой зоны

136

Френеля. Поля, создаваемые зонами Френеля высших номеров, взаимно компенсируются. Основной вклад в поле, создаваемое вблизи приемной антенны, дают зоны, расположенные вблизи линии визирования. Областью, существенной для распространения радиоволн обычно считается область с 6…8 зонами Френеля, при этом ошибка приближения не превышает

16%.

2. Область пространства, существенная для распространения радиоволн

В пространстве существенная область представляет собой эллипсоиды вращения, оси которых совпадают с линией визирования антенн. Антенны расположены в фокусах этих эллипсоидов. Первая пространственная зона Френеля показана на рис. П4.3.

Рис. П4.3. Формирование области основного распространения радиоволн между двумя антеннами

Радиус эллипсоида вращения каждой зоны Френеля максимален в середине трассы, где r0’ = r0” = r/2:

Максимальный радиус существенного эллипсоида, ограниченного восемью зонами Френеля,

137

R8 max = 160…16 м, эллипс сильно вытянут вдоль трассы. Областью, существенной для распространения

радиоволн принято считать область с 6…8 зонами Френеля. В большинстве случаев не будет большой ошибкой, если ограничиться первой зоной Френеля вокруг линии визирования. Понятие существенной области применяется при изучении условий распространения на линиях, где существенная область затенена рельефом местности или поверхностью земли.

138

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Основная:

1.Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн: учебник для вузов / Г.А. Ерохин, О.В. Чернышев, Н.Д. Козырев, В.Г. Кочержевский; под ред. Г.А. Ерохина. – М.: Горячая линия–Телеком, 2004. – 491 с.

2.Желамский, М.В. Электромагнитное позиционирование подвижных объектов / М.В. Желамский. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2013. – 320 с.

3.Кобак, В.О. Радиолокационные отражатели / В.О. Кобак. – М.: Сов. радио, 1975. – 248 с.

4.Тихонов, В.И. Статистический анализ и синтез радиотехнических систем и устройств / В.И. Тихонов, В.Н. Харисов. – М.: Радио и связь, 1991. - 608 с.

5.Теоретические основы радиолокации: учеб. пособие для вузов / А.А. Коростелев, Н.Ф Клюев, Ю.А. Мельник и др.; под ред. В.Е. Друевича. – М.: Сов. радио, 1978. – 608 с.

Дополнительная:

1.Баскаков, С.И. Радиотехнические цепи и сигналы / С.И. Баскаков. – М.: Высш. шк., 2000. – 462 с.

2.Ван Трис, Г. Теория обнаружения, оценок и модуляции в 3- х т.: пер.с англ.- т.1 / под ред. В.И. Тихонова. - М.: Сов. радио, 1972.

3.Долуханов, М.П. Флуктуационные процессы при распространении радиоволн / М.П. Долуханов. – М.: Связь, 1971.

4.Журкин, И.Г. Геоинформационные системы / И.Г. Журкин, С.В. Шайтура. – М.: КУДИЦ-ПРЕСС, 2009. – 272 с.

5.Лукин, А.Н. Квазиоптимальный приемник-обнаружитель сигнала управляемого пассивного рассеивателя с частично известными параметрами / А.Н. Лукин, А.В. Мальцев, Г.В. Степанов. - Вестник ВГТУ, 2012. Т. 8. № 1. С. 113–116.

6.Никольский, В.В. Электродинамика и распространение радиоволн: учеб. пособие / В.В Никольский, Т.И.

139

Никольская. – М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2014. –

544 с.

7.Соловьев, В.И. Инерциальные навигационные системы: учеб. пособие / В.И. Соловьев, П.Г. Шабалов. – Самара: Самарский гос. аэрокосм. ун-т, 2011. – 72 с.

8.Соловьев, Ю.А. Системы спутниковой навигации / Ю.А. Соловьев. – М.: Эко-Трендз, 2000. – 212 с.

9.Тихонов, В.И. Оптимальный прием сигналов / В.И. Тихонов. – М.: Радио м связь, 1983.

10.Штагер, Е.А. Рассеяние волн на телах сложной формы / Е.А. Штагер. – М.: Радио и связь, 1986. 184 с.

140