Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Левитский, Г. Е. Распространение радиоволн

.pdf
Скачиваний:
35
Добавлен:
20.10.2023
Размер:
8.23 Mб
Скачать

длины 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 '- âhсоз[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

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ