
книги из ГПНТБ / Левитский, Г. Е. Распространение радиоволн
.pdfдлины водны |
j? |
и в обратной от угла возвышения |
О |
точки |
||
наблюдения М С |
О |
- угол; приблизительно равный углу • |
||||
между направлением акуенна-точка наблюдения и отражающей |
||||||
плоскостью. ) |
|
|
|
|
|
|
|
Обсудим более подробно вопрос о высоте неровностей |
|||||
или, |
точнее говоря, |
определим высоту неровностей, |
при |
которой |
||
они, |
находясь |
в пределах существенной области могут оказавъ |
существенное влияние на напряженность поля отраженной волны в точке наблюдения U.
Б начале этого параграфа было показано, что неровность может оказать существенное влияние лишь в том случае, когда разность фаз напряженностей полей от неровности и ее проекции на отражающую плоскость удовлетворяет неравенству
(^5)* |
|
|
г |
|
|
7 |
|
* |
|
|
|
* & |
= |
* |
) |
] * |
£ |
■ |
|
Выразим разности |
^ |
|
и |
f |
|
і |
и углы, |
||
|
|
Ъ- Z |
через АП |
||||||
и |
Ѳ2 |
Срис. 1 8 ), |
для чего |
спроектируем |
точку М'н |
на AM* и |
|||
ММ* |
соответственно |
и обозначим |
ее проекции буквами |
||||||
тогда |
|
|
М М ' |
|
|
|
|||
й.3 |
а М'ММн |
следует |
|
JfM '- âh• соз[90- Q,j=âh3in€f . |
Лоэтому;
p ‘-j)=âit-3inei .
Поступая аналигично,найдем:
Так как рассматриваемая |
неровность |
лежит на |
<& , т. е. вблизи |
||
точки отражения,для |
которой О, |
, то |
приближенно |
||
можно полагать |
|
^ /і |
п |
|
|
|
Ы ,ъу2 ъ и } |
|
|
где У - угол скольжения луча.
100
Учитывая последнее равенство и подставляя значенияJ>-J>
viZ'- г |
в (55), получим: 4 &k s |
w ? ~ |
, откуда следует: |
|
_ л ___ |
|
(62) |
|
|
|
|
И так.______ неровность мояет оказать влияние на поле отра |
|||
женной волны.если ее высота л к |
.удовлетворягг неравенству |
||
(62). из |
которого видно, что указанная высота должна быть тем |
||
больше, |
чем меньше .угод скольжения 6 луча, падающего на отоа-г |
||
жающую поверхность, и чем больше длина водны |
у? |
Подведем краткие итоги изложенному.в этом параграфе. Вояе-
отракенной волны в заданной точке наблюдения Мформируется на ограниченном участке отражающей поверхности, который носит наи менование области существенной для отражения.
Еоли отражающая поверхность близка к плоскости, то Сущест
венная область представляет собой эллипс, внутри которого ле
жит точка отражения.
Положение и размеры существенной для отражения области за висят от положения источника радиоволны и точки наблюдения от
носительно отражающей поверхности и друг друга.
Неровности на отражающей поверхности окажут существенное
влияние на напряженность поля отраженной волны в заданной точке наблюдения, если одновременно выполняются следующие
условия:
а)высота л h неровностей не менее некоторой определенной,
удовлетворяющей неравенству (62); |
. |
і |
|
б) |
неровности такой высоты располагаются в пределах обла |
||
сти, существенной для отражеңия; |
|
|
в) неровности указанной высоты занимают на существенной области площадь, соизмеримую о площадью этой области.
.101
Подчеркнем, что если не выполняется хотя бы одно из перечис
ленных условий, то напряженность поля волны,отраженной от не ровной поверхности, в заданной точке наблпдения будет прибли зительно такой не как при отражении от плоской границы раздела
или, |
иными словами говоря, |
если не выполняется хотя бы одно |
иэ |
упомянутых условий, то |
напряженность поля волны,отраженной |
от |
неровной поверхности, в |
заданной точке наблпдения Н, |
может рассчитываться по формулам, выведенным для случая отра жения радиоволн от плоской границы раздела двух сред.
В заключение отметим, что понятия об областях, существен
ных для распространения и отражения,оказываются полезными пріг решении некоторых вопросов эксплуатации радиолокационных станций (РЛС) различного предназначения и, в частности, при
решении вопросов, связанных с выбором позиций |
этих |
станций. |
|
С помощьп понятия об |
области существенной для распростра |
||
нения можно оценить влияние |
местных предметов |
(холмов, зданий, |
|
деревьев), окружавших РЛС,на ее возможности. Если поперечные |
|||
размеры местного предмета по отношении к прямой РЛС - |
цель |
соизмеримы с поперечными размерами существенной области, построен ной для РЛС, как источника и цели, как тоЪм наблпдения, то предмет окажет существенное влияние на работу РЛС, в противной случае этим влиянием можно пренебречь.
Во многих РЛС отраженные от земли волны испольжуптся для,увеличения дальности их действия. В этих случаях заинте ресованы в том, чтобы отражение от земли было близким к отра жении от плоской границы.
102
Последнее будет иметь место,если в пределах множества облас тей,существенных для отражения,постоенных для РЛС как источни ка^ возможных положений цели,как точек наблюдения,неровности удовлетворяют описанным выше условиям.
|
§ 8. Распространение радиоволн над плоской |
|
|
|||||||
|
землей. |
Отражательные формулы |
|
|
|
|
||||
Изучив распространение радиоволн, излу^нных антенной |
||||||||||
в свободное пространство (§ 2) и их отражение от плоской. |
|
|||||||||
8еыли ( § |
5) мы |
получили возможность рассмотреть распростра |
||||||||
нение радиоволн над плоской эемлей и,таким сзбразом, |
приближен |
|||||||||
но учесть |
влияние земли на распространение радиоволн в атмос |
|||||||||
фере. Как и ранее |
предметом наших исследований будет |
распре |
||||||||
деление напряженностей поля радиоволн в атмосфере. |
Эти |
|
||||||||
исследования сведутся к решению задачи о распределении напря |
||||||||||
женностей поля и анализу этого решения. |
|
|
|
|
|
|||||
Постановка задачи. |
|
|
|
|
|
|
|
|||
В |
свободном пространстве |
над плоской |
ѳемлей |
$ |
находит |
|||||
ся передающая антенна |
А, относительно |
которой |
известно, |
что |
||||||
она излучает мощность |
гР на длине волны |
, |
имеет нормиро |
|||||||
ванную характеристику направленности J-f'f) Ѳ) |
|
и расположена |
||||||||
на высоте |
hp |
над землей. Требуется |
определить амплитуду |
|||||||
напряженности поля волны, излученной этой антенной, |
в точке |
|||||||||
наблюдения U, положение которой относительно ѳѳмли и антенны |
||||||||||
известно |
и определяется величинами: |
|
и Q -азимут |
и угол |
||||||
возвышения точки наблюдения, |
£ |
- |
расстояние от проекции |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЮЭ |
антенны налем лю А , до точки наблюдения М (р и с,2 4 ) „
в п
Сформулированную задачу будеи решать при следующих предполо жениях:
|
At |
>?Я |
, Z ?7 hA, |
(63) |
|
|
|
|
|
Эти предположения позволяют воспользоваться |
результатами § 5 |
|||
и значительно упростить решение задачи. |
|
|||
Заметим, |
что они(предположения)обычно выполняются при решении |
|||
задач распространения радиоволн в интересах радиолокации и |
||||
позтому существенно |
не снижают практическую значимость получен' |
|||
ных на их основе решений. |
|
|
||
____ .Переходим к решению |
задачи, .............. |
........ ............. |
||
Комплексная амплитуда напряженности электрического поля |
||||
в точке |
наблюдения |
U будет равна сумме комплексных амплитуд |
||
напряженностей поля двух |
волн -.прямой и отраженной: |
|||
------ |
_ |
|
|
(64) |
104 |
Е -т ~ Ц пг * ^ 2 т г |
где |
Et! |
ип Е0 |
- векторы комплексные амплитуды в точ- |
|||||
ке М |
напряженностей электрического |
поля прямой и отраженной |
||||||
волн |
соответственно. |
|
|
|
|
|
||
|
Величина Ej |
может быть определена по формуле (30): |
|
|||||
|
|
____Я |
|
|
|
(65) |
|
|
где |
Ео = ф 0 Р £ > , |
|
|
|
|
|
||
|
j> = AM, |
|
|
|
|
|
|
|
j(M )~ |
значение |
нормированной ХИ |
антенны для направления |
|||||
на точку |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- единичный вектор направленный вдоль |
|
|
|||||
Величину |
найдем"по формуле |
(49): |
_ |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
(66) |
|
где j o =AM'cm-hMcmM = A М |
$ |
У, |
( А |
-зеркальное |
||||
изображение А в плоскости Земли |
|
|
|
|||||
|
|
коэффициент отражения, вычисленный для направления |
||||||
на точку стационарной фазы ( точку отражения) |
|
|
||||||
j(M L )~ |
значение |
нормированной |
ХН |
антенны для того же |
|
|||
направления; |
|
|
|
|
__ |
|
||
|
- |
едининный вектор, направленный |
вдоль |
t’ fC= |
, |
ß- длина волныі
Упростим выражения для Е(/// |
и Е^т |
^опираясь на |
|
предположения (63). |
. |
, |
_ |
Во-первых, оценим взаимную ориентацию векторов |
Е*гг> н ^2т |
||
Эти векторы перпендикулярны к направлению распространения |
|||
прямой и отраженной |
волн соответственно и лежат в плоскости |
||
распространения, если прямая водна |
вертикально поляризована |
||
и перпендикулярны ей, |
если волна горизонтально поляризована. |
Ориентация векторов & и |
33 точке наблюдения Мпока |
|
зана на рио.24, причем вектор*/ |
4 ^ и |
для случая верти |
кальной поляризации обозначены буквами ВП,а для горизонталь
ной'- ГП. |
|
|
|
В силу предпололения: |
/гА угол оС |
. между |
|
векторами |
. и |
будет мал и мы можем считать, |
|
что оі^ О |
Вслучае вертикальной поляризации эти векторы |
приблизительно параллельны.Для горизонтальной поляризации они точно параллельны.Следовательно,можно всегда приближенно пола
гать, что |
|
|
Это позволяет геометрическую сумму в (64) |
заменить алгебраи |
|
ческой. |
|
|
Во - вторых, в силу того же предположения |
2” |
j o r^jo |
е при вычислении модулей величин £/т и £ гт |
можно |
|
приближенно полагать: |
|
|
Подставляя в (64) найденные значения и из
(65) и (66) боответственно.с учетом двух последних равенств, получим:
& Щ {(ф Р {мШ |
м^ - ёіга'м] е '^ |
т |
I |
через величины,известные в |
|
Выразим разность |
||
задаче,Для этого опустим перпендикуляр из А на |
Ajl и из Aj |
|
на AU (рис„24).Тогда из образовавшихся прямоугольных треуголь |
||
ников |
следует, что: |
|
Z4-/?A Str?0, )
10R |
Л~/>=2Ьа-5ш О. |
|
Здесь |
учтено, |
что 0 ,^ /Ѳ г/^ О |
в силу условия |
г ^ Л А „ |
||
Заметим, |
что азимут точек/%/^динапов. |
Обозначим |
||||
угол |
возвышения точки Мчерез |
Q |
, а точки |
M*cm |
через |
|
б^(рис.2*0, тогда сможем написать: |
|
|
|
|||
|
/ М = М |
|
|
|
|
|
В этих равенствах угол у? |
как аргумент функций -f |
ц |
||||
опущен. |
|
|
|
|
|
|
|
Если подставить найденные |
значения |
$j{M } |
и |
||
f ( M CmJ из последних равенств в |
(67) и взять модуль пра |
вой и левой частей его, то получим соотношение для амплитуды напряженности электрического поля в точке наблюдения М:
При выводе последней формулы использована формула модуля суммы двух комплексных величин:
IZl=l2,+Zd=^zf+ lz/+2N N - с°3(°у2г |
Т |
|||
И учтено что: |
|
|
|
|
|
Е0=і/бОРЯ, к- |
f , /Гед/=/. |
|
|
В формуле (68) использованы обозначения: |
|
|
||
fp j |
- модуль коэффициента отражения от |
земли, вычислен |
||
ный'для |
направления Ш т |
; |
|
|
azpp - фаза коэффициента отражении. |
' |
|
||
Далее рассмотрим несколько частных случаев, |
которые |
позволят осуществить упрощение формулы (68) и получить соотно шения,удобные для анализа.
107
|
i J ß h |
f N |
, |
(69) |
где |
0 - угол^образованный |
прямой |
А^ с поверхностью Земли.. |
|
Последнее приближенное равенство будет иметь место тогда^ |
||||
когда |
ширина главного |
лепестка ХН |
антенны 2 00 будет |
достаточно большой в сравнении с углом,образованным направ
лениями антенна-точка наблюдения Н |
и |
антенна А точка . |
||
отражения Mj.m , |
который приблизительно |
равен |
2Ѳ-, а так |
|
же в тех случаях, |
когда ХН антенны |
f ( 9 j |
симметрична |
относительно направления максимального излучения и последнее ориентированно горизонтально ( параллельно Земле) при любой ширине главного лепестка 2Ѳ„.
Используя (69) из (68), получим:
Е = І Ё ^ £ (Ѳ )іІ І + І ^ г+ 2ІрІС 05(^!й ..3(»& +аг#рГъъ')
EL. Пусть выполняются условия (69) и кроме того: |
|
||
______________9 * |
U 5°- 6 0 1 ___________________ |
е л ) |
|
При таких значениях 9 |
почти при всех возможных параметрах |
||
Земли будут иметь место |
приближенные равенства: |
|
|
/ Р / ъ 1 |
и |
а г р / ? ъ з г } |
|
что следует из соотношения СГ. б.2б') и (Т, 6.31),
(72)
108
Формулы (68) |
, (70) |
и (72) носят наименование отражательных |
|||||||||
или интерференционных формул. |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Область применимости отражательных формул. |
|
|||||||||
Дать полный перечень условий применимости |
отражательных |
||||||||||
формул для расчета амплитуды напряженности поля в земной |
|||||||||||
атмосфере с достаточно строгим их обоснованием |
чрезвычайно |
||||||||||
оложная, а может быть даже и невыпблнимая |
задача. |
Поэтому мы |
|||||||||
ограничимся перечислением основных из |
этих условий, яеебход*« |
||||||||||
мостъ которых почти |
очевидна. |
|
|
|
|
|
|
||||
|
Отражательные формулы могут |
применяться для расчета |
|||||||||
амплитуды напряженности поля в реальных условиях, |
если: |
||||||||||
і) |
Точка наблюдения находится |
в пределах |
прямой видимости |
||||||||
для наблюдателя, находящегося в точке |
стояния антенны а. |
||||||||||
2) |
Длина волны Jf^ -5 -r-$ см ^ |
когда можно |
пренебречь |
||||||||
ослаблением и рассеянием радиоволн в тропосфере. |
|
||||||||||
3) |
Высота антенны |
|
|
|
и расстояние |
антенна-точка |
|||||
наблюдения |
Z7?”f?A |
I |
. |
Эти предположения (63), |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
принятые при выводе отражательных формул. |
|
|
|
||||||||
Ч. |
Угол возвышения точки наблюдения |
Q Z |
|
^ |
i d - ра |
||||||
диус Земли). |
При выполнении этого |
условия длярасчета напряжен |
|||||||||
ности поля отраженной |
. волны можно пользоваться методом |
||||||||||
стационарной фазы, что мы и делали ранее.* |
|
|
|||||||||
5), |
В пределах области |
существенной для отражения неровности |
|||||||||
земной поверхности |
Ak |
достаточно малы, в том смысле, |
|||||||||
что они удовлетворяют неравенству (62): |
|
|
|
||||||||
|
|
А |
8Si*4 |
' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ä h s* |
|
|
|
|
|
|
|||
■* Вывод условия а» |
Q S + V |
приведен, |
в частности, в (3)* |
||||||||
|
|
|
З р ъ Г |
|
|
|
|
|
109 |