
книги из ГПНТБ / Левитский, Г. Е. Распространение радиоволн
.pdfпостроенной для точек А (источник) |
и |
М( точка наблюдения), |
|||
которая, как известно, представляет собой эллипсоид вращения |
|||||
Sc о фокусами в точках А1 и II, |
|
|
|
|
|
Следовательноfинтересующая нас границаэто сечение |
|
||||
упомянутого эллипсоида Sc плоскостью |
отражения S » |
пред |
|
||
ставляющее собой эллипс. |
|
|
|
|
|
Итак, граница области интегрирования - эллипс. |
На рис, 19 |
||||
эта область заштрихована и обозначена буквой ^ . |
S |
|
|||
Убедимся в том, что построенная нами область |
в |
||||
отношении поля отраженной волны в точке |
М играет особую роль. |
||||
Это можно сделать |
двумя способами. |
|
|
|
|
Интеграл в |
(39) по области & определяет главную часть |
напряженности поля отраженной волны в. точке М, а это означает,
что существенные |
изменения напряженности поля на |
значительной |
||||||||||
части |
(э |
приведут к изменению подинтеграйьной функции в |
|
|||||||||
(39), |
а |
следовательно,и |
к существенному изменению величины |
|
||||||||
упомянутого интеграла я напряженности поля |
в точке |
U, |
Изме |
|
||||||||
нение напряженности поля на остальной части |
S (рве |
) |
не |
|
||||||||
скажется существенно на напряженности в точке |
Ц, Исключения |
|
||||||||||
могут составлять лишь случаи |
изменения напряженности поля |
|
||||||||||
по специальному |
закону, |
но вероятность |
возникновения таких |
|
||||||||
случаев |
очень мала, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
К такому же |
выводу |
можно придтилопкраясь на принцип |
||||||||
Гюйгенса, Возьмем на |
<§ |
текущую точку |
М* |
и построим, два |
||||||||
элемента поверхности |
c(s и сАз |
вокруг точек М и |
Мст |
|||||||||
соответственно, (рис. ?0). |
Эти элементы в соответствии с |
|
||||||||||
принципом Гюйгенса могут рассматриваться как излучатели |
' |
|||||||||||
элементарных отраженных |
сферических волн. |
Определим |
|
|
||||||||
90 |
|
|
|
|
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V
\»1
срази напряженностей полей, создаваемых ими в точке М. Фаза
напряженности поля от |
элемента |
будет равна |
|
Ф ст ~ -к{£ + 7о) |
, |
а |
от элемента с/з - ф ^ -Kf/ігг), |
Разность фаз полей от |
этих |
элементов будет: |
* Ф ~ Ф ст -Ф **Й Р +*)-{£+Ъ )].
Поскольку элементы с/з и с/зС/т? лежат внутри S' , то на
/5JT
основании |
(54) |
а Ф <~дг |
. Сразу же заметим, что |
для |
||||||||
элемента |
|
ф |
вне |
£ |
|
л Ф ^ і у |
. Следовательно разность |
|||||
фаз напряженностей полей от любой |
пары элементов области £ |
|||||||||||
будет меньше і у |
|
и |
|
напряженности полей |
от всех |
элемен- |
||||||
тов этой |
облает» |
в точке |
U |
будут приблизительно |
складываться, |
|||||||
|
Разности фаз напряженностей полей от элемента |
с/$ог7 и |
||||||||||
элементов, |
лежащих вне |
£ |
, |
могут |
иметь любые значения, |
|||||||
больше |
- р , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Следовательно, |
для |
каждого элемента <&g вне |
S |
найдется |
|||||||
такой |
элемент |
|
, что разность фаз напряженностей полей |
|||||||||
от них будет равна |
и сумма этих напряженностей будет приб |
|||||||||||
лизительно равна 0. |
Это приводит к тону, что |
волны от элемен |
||||||||||
тов поверхности, |
лежащих вне |
£ |
, в точке Мпрактически |
|||||||||
поля не |
создают. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Таким образом, |
область^характерна тем, |
что напряжен |
ности полей от элементов этой области в точке наблюдения Ы приблизительно суммируются и образуют главную (основную) часть
напряженности поля'в |
этой |
точке. |
|
Теперь докажем, 4то |
построенная нами область £ |
||
обладает свойствами |
области, |
существенной для отражения, |
|
а поэтому и является |
таковой. |
Все рассуждения будем вести в |
|
плане сравнения двух- |
случаев: |
наличия на плоской границе |
92 — - -------
равцѳла неровностей и их отсутствия. |
|
||
Поместим неровность |
на участок £ |
(проекцию |
|
ее т £ |
обозначим через S# |
) (рис.21). |
|
РисЯІ
Обозначим комплексную амплитуду напряженности поля волны, |
|
||||||||||
отраженной от |
& |
через |
и |
, от |
*5у через |
и * |
|
|
|||
(при отсутствии |
£/( |
|
) и от |
Д / |
через |
. |
Пуоиь |
||||
площадь |
Sff |
и |
ß/f |
|
соизмеримы |
с |
S , |
тогда |
/$ н |
||
и / 2 С / |
будут соизмеримые/<3^ / , |
а выооту неровностей |
|
||||||||
а /г |
возьмем |
настолько большой, |
чтобы раэнооть фаз |
|
|||||||
|
л Фц - агр Мсьагр 2/Ь |
|
|
|
|
|
|||||
была равна или больше |
Jp |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
л ф „ |
|
|
|
|
|
(55) |
|
|
Изменение напряженности поля отраженного от плоскооти S |
, |
||||||||||
обусловленное |
наличием |
нёровности |
|
, |
можно |
оценить |
|
||||
величиной |
/ У |
, - WH |
/ |
она будет |
ооизмерима о |
f $ f |
/, |
93
что наглядно видно из векторной диаграммы,изображенной на рно.22.
Заметим,что при йФн«-^~ разность/è/н'
(на рио.22 f Zf#—I/uj показана пзгнктиром) и неровность »5* не окажет существенного влияния на величину & водны,
отраженной от $ ,
ин
ц-иі и*
лФн > Я ~ 4 « г
Рис.22.
И так,неровности,находящиеся на участке |
£ |
отражаю |
||||||
щей плоскости ß |
.окажут |
существенное |
влияние на напряжен« |
|||||
ноетъ поля отраженной волны в заданной точке наблюдения Ц, |
||||||||
если они будут занимать площадь |
Sri |
|
соизмеримую с пло |
|||||
щадью участка % и высоте их (неровностей) будет достаточно |
||||||||
большой (йФм& —■)<. |
|
|
|
ё |
|
|
|
|
Поместим неровности |
& |
вне участка |
,их |
проекцию на . |
||||
отражающую плоскость по-прежнему обозначим через |
$!< |
|||||||
Как было показано |
выие, напряженность поля |
U* |
водны,от |
|||||
раженной от участка |
$'„ |
.если |
он находится |
вне |
g .бу |
|||
дет мала в сравнении о напряженностью поля X |
, волны отражен- |
V 4
ной ов всей плоскости ß |
. То же можно скаэать и о напряжен |
|||||||||||||
ности поля |
U M, |
волны, отраженной от |
*5Ѵ |
. Поскольку |
|
|||||||||
/ Zfn / |
|
/ £/# / много .меньше / |
|
Zé / , |
то |
и ил разность |
|
|||||||
/U t/-U * |
/ |
будет много меньше / |
/ , |
а |
это |
означает, что |
||||||||
неровности |
«5уу , |
находящиеся |
вне области |
не окажут су |
||||||||||
щественного влияния на напряженность поля |
|
<2^ |
, волны отра |
|||||||||||
женной от плоскости |
і?* |
|
|
нами область |
■ |
, действи |
||||||||
Следовательно, |
построенная |
^ |
||||||||||||
тельно |
представляет |
собой область, существенную для отражения |
||||||||||||
радиоволн. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Определим величины, |
характеризующие положение и размеры |
||||||||||||
области; |
£ |
|
, существенной для |
|
отражения радиоволн, |
Положение |
||||||||
этой области |
будем определять величиной |
Х0 |
.равной рас |
|||||||||||
стоянии от точки А| |
до точки 0 - |
|
центра |
£ |
|
(рис. 23 ), |
а |
|||||||
размеры ее |
- |
размерами осей эллипса: |
ас- |
большая и |
£ - |
ма |
||||||||
лая оси. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Решим следующую |
задачу. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Над плоской отражающей поверхностью имеются антенна А |
|||||||||||||
и точка наблюдения отраженной волны И. |
|
|
|
|
|
|
||||||||
Известны: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
kA |
- |
высота антенны над |
|
j$ ; |
|
|
|
|
|
|
Q- угол места точки наблюдения И;
Я- длина волны..
Требуется определить, ö , 4. тс Х0 . ' Это относительно простая геометрическая задача, однако
решение ее в общем виде оказывается достаточно громоздким. Чтобы упростить его будеы предполагать:
(56)
95
Заметии, |
что условия (56) в практике работы наземных и |
|
корабельных радиолокационных ртанций, |
как правило выполняются. |
|
Переходим к решение задачи. |
|
|
Начнем о определения величины а, , |
которую представим |
|
суммой: |
а = о, +аг } |
|
/ |
|
|
|
|
|
где Q, = ^ |
Mem , Q& —^г' Мст(рис. |
23). |
I |
|
|
Величины О, и можно определить из уравнения
описывающего границы существенной области £ .
из
^ = І 4 + а ‘- г о , д ш Ѳ .
96
В силу условия ^(56) можно |
приближенно |
положить |
||||||||
СозѲ^ Р ~ - ? |
тогда- |
|
|
^ |
|
^ |
||||
s * |
|
|
|
Л |
° ‘ У |
|
|
|
|
■ |
Разлагая |
величину, |
стоящую в квадратных скобках, в ряд по |
||||||||
степеням малого |
параметра |
ГА-а.}г |
|
и |
ограничиваясь |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
первыми двумя членами разложения, |
получим: |
|
||||||||
|
|
p - C f + |
|
---- |
|
|
|
|
||
|
r |
|
|
у |
2 f A - 0 . ) |
|
|
|
|
|
Аналогично |
из |
А A ' f i M |
найдем: |
|
|
|||||
|
|
? ^ |
доФet/ — Q rZSe' |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
2{гв*о.) |
|
|
|
|
|
Подставляя |
значения |
ß |
и |
2- |
в |
(54), |
“получим уравнение |
|||
д л я |
а |
‘ Я ';Л о 2 |
_ <х,го- 0 г |
_ |
Л |
|
■ |
|||
|
|
2[Л-а.) |
Zfa+Q.) |
|
4 > |
преобразуя^ которое получим
Аа*+Всг- С-О,
где использованы обозначения:
|
|
|
c J J r |
- |
(57) |
|
|
|
|
|
|
|
|
Действуя совершенно аналогично из Л А ^ М ст |
и аМ ^ М Сі |
|||||
|
|
|
|
|
|
2^'ст |
получим уравнение для |
О'г |
в виде: |
|
|
|
|
А а г ~ В аг - С - 0 . |
|
|
|
|
||
Решая последние два уравнения находим Qt |
и |
Ctg |
( берем |
|||
только положительные |
корни этих |
уравнений |
): |
|
|
|
- в Р & |
Ш |
’ |
|
|
|
|
<*,=■ |
2 А |
|
|
|
|
|
7 Зэк. 6р. |
37 |
а_ ß + - f ß % ^ J c
гТа "
Следовательно,
й = а , + а г
|
|
|
|
|
|
(58) |
|
Нетрудно видеть, что |
расстояние, |
измеренное по поверхности |
|||||
земли (по плоскости /5 |
), от антенны А до центра существен |
||||||
ной для ятражения области ß |
будет равно: |
|
|
|
|||
- |
- |
(Ь -а . |
|
В |
’ |
(59) |
|
г |
~ Оо |
а |
|||||
|
|||||||
Размер малой оои существенной области - |
|
£ равен |
диаметру поперечного сечения эллипсоида вращения (существенной
для распространения |
области), |
изображенного |
на рис. 19, отстоя |
||
щего от А на расстоянии . |
^ |
|
Воспользовав- |
||
|
|
СоЗѲ |
0 |
, , |
|
иись формулой (53) и полагая в ней jO=:Xo |
и % -^ -Х 0(^=АМ) |
||||
получим: |
£ = 1 р ш й ы .. |
|
|||
|
(ба) |
||||
Заметим, |
что |
в формуле |
(53)і/б> и 2^ |
имеют смысл |
|
расстояний от рассматриваемого сечения существенной области |
|||||
до источника |
и точки наблюдения соответственно. |
||||
Формулы |
(58), |
(59) и (60) |
сложны для анализа. |
Упростим их, используя дополнительное предположение о том что
Zc достатщчно велико. |
|
|
|
Пренебрегая в (57) |
величиной |
в сравнении с |
, |
получим: |
|
|
|
. |
/-> _ ЛАо |
|
|
> |
2 |
* |
|
9b |
|
|
|
Подставляя эти значения А, В |
и С в (58), (59) и (60)^ найден:. |
приближенные формулы: |
Ж * |
|
|
a = w i l + 8 0 f |
' , |
(61)
( |
|
|
|
|
J |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Обратим внимание |
на некоторые свойства области, существенной |
|||||||
для распространения' радиоволн. |
|
|
|
|
||||
Из рис. |
23 и первой из формул'. |
(61), следует, |
что |
центр |
||||
существенной области |
лежит на линии пересечения отражающей |
|||||||
I |
_ |
с плоскостью, проходящей черев точки |
А |
и М, |
||||
плоскости |
о |
|||||||
перпендикулярно к |
*5* |
, на удалении от антенны |
Хд |
» завися |
||||
щем от hа , Ѳи |
Я . |
Это позволяет сделать вывод: |
( I ) |
положе |
||||
ние существенной Для отражения области зависит от положения |
||||||||
антенны и точки наблюдения относительно отражающей плоскости |
||||||||
и друг друга. |
|
|
|
|
|
|
|
|
При достаточно малых Q Q > ? S |
, так как |
* |
||||||
а &= i~Q |
или а ^ ё = ~ ^ /г |
. Поэтому: |
(2) |
область . |
||||
существенная для отражения представляет собой |
эллипс, вытянутый |
|||||||
вдоль направления антенна - точка наблюдения. |
|
|
|
|||||
Из формулы (61) можно сделать вывод, что |
(3) размеры, g |
|||||||
и Л существенной области находятся |
в прямой зависимости от |
|||||||
7й |
|
|
|
|
|
|
|
W |