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

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

.pdf
Скачиваний:
32
Добавлен:
20.10.2023
Размер:
8.23 Mб
Скачать

затруднительно, однако практически, при расчетах напряжекноотк поля, их следует признать полезным.

Затем, что эти предложения однозначно определяют грани­ цы между окрестностью конуса тени, с одной отороны, и облас­ тями прямой видимости и тени, с другой.

2. Постановка' задачи

Выше, исследуя распространение радиоволн в атмооферѳ^мы использовали две модели: атмосферу представляли как неограни­ ченное свободное пространство и атмосферу рассматривали как свободное полупространство, а земную поверхность - в виде плоокой границы раздела между атмосферой и электрически одно­ родной полупроводящей средой (плоснан земля).

Использование первой из указанных моделей привело к фор­ муле идеальной радиопередачи, а второй - к отражательным

формулам.

Ни одна из зтих формул неприменима для расчета напряжен­ ностей поля в области тени или окрестности конуса тени, так вам они не учитывают экранирующего воздействия кривизны земли на распространение радиоволн, в то время как такой расчет пред­ ставляет большой практический интерес.

Возникает необходимость ввести в рассмотрение более слож­ ную модель атмооферы земли, исследование на которой привело бы к формулам,нригодным для расчета напряженности поля в окрест­ ности конуса тени и области тени или, иначе говоря, рассмотрен модель, которая учитывала бы влияние кривизны земли на напря­ женность: поля. Такая модель состоит из полупроводящей электри­ чески однородной сферы - "сферической земли” и окружающего

120

ее абсолютного вакуума -^атмосферы'* Она и будет использоваться

нике.

Таким образом,

целью данного параграфа является вывод

формул для расчета

напряженности

поля в точках над поверхнос­

тью сферической земли.

Чтобы достигнуть

ее?рассмотрим следую­

щую задачу:

 

 

 

 

 

 

 

 

В абсолютном вакууме над сферической

землей радиуса а о

параметрами <£ ? J A

 

и

<5~

на высоте

/?а

находится

антенна А, известны: ее

нормированная

Х

Н

, коэф­

фициент направленного

действия

0

, излучаемая мощность Р .

поляризация волны и ее длина

Я .

 

 

 

Требуется определить

напряженность

поля волны,

излученной

этой антенной в точке

 

наблюдения

М,

положение которой отно-

/

 

 

 

 

 

 

 

 

сительно Земли

и антенны известно и определяется величинами:

kM -

высота

точки К над : землей,

- азимут точки И ;

S

-

расстояние между А и М, измеренное ло поверхности

земли

С рис. 28).

 

ММ-положение мюѵка наЬмеуенил â Sflß,

Ajéy -положение дтаѵни на£лм>деншч .

6 mpècHOc/nu конуса /пени.

121

Решение этой задачи, которая получила наименование задачи о

дифракции радиоволн вокруг сферической эѳмли, оказалось чрез­ вычайно сложной проблемой. Ей посвящено большое число работ выдающихся ученых, среди которых в первую очередь следует отметить англичанина Ватсона..., советских ученых академиков

Фока В. А.

и Введенского Е.А., японца Фуруцу К, и др.

Им удалось

получить приближенные решения сформулированной

задачи при различных допущениях, упрощающих его.

Эти решения охватывают большое число частных случаев,

представляющих практический интерес, но не исчерпывают проб­

лему полностью.

За работы" по дифракции радиоволн вокруг сферической

эемли академик Фок В. А. был удостоен государственной премии первой степени.

Мы ограничимся изложением лишь некоторых результатов упомянутых работ Фока В.А., представляющих особый интерес

для практики радиолокации.

В дальнейшем целесообразно раздельно рассматривать два

случая; когда точка наблюдения М

находится в области

прямой видимости и области тени.

t

 

 

А.Точка наблюдения находится в области прямой видимости

Сформулированную задачу для этого частного случая поло

Кения точки

наблюдения И будем решать в предположении,

что;

hA

Z ^ h A

и г « O L

(г = А ,М / .

(82)

Проведя выкладки^полностью совпадающие с теми, которые были выполнены в § 5 при изучении отражения радиоволн от плоской

122

г

земли и в § 8 при выводе отражательных формул, пряйдем к соотношению (67): ,

где

,.

- комплексная амплитуда напряженности поля в

 

Ет

точке

И;

Е0 = т/б0РЯ;

 

 

значения нормированной характеристики нап­ равленности для направлений на точку наблюдения Ми точку

стационарной фазы Мст соответственно;

О

Р(МС/п) - значение коэффициента отражения от сферичес­

кой земли для направления на точку Мст\

л

jo=AMim+M,mM, г ъ д .

Точка стационарной фазы Ист (точка отражения) . в случае

оферической отражающей поверхности представляет собой точку,

находящуюся на дуге большого круга,

образованного пересечением

поверхности сферической ззмли с плоскостью,

проходящей через

точки

AjM и О

( 0

-

центр земли),

для которой

выпол­

няется соотношение Ч=% ^закон отражения"

; угол падения </> ,

равен

углу отражения

(р и с

■ ^десь

^

и

\рг

углы,

образованные

нормалью

/?

к

поверхности Земли И'

прямыми АМР'а. МстМ соответственно.

 

 

 

 

 

С этого момента начнутся различия

в выкладках для .тшс-коа и

сферической земли. Выразим разность J ?

-JJ

,

входяшзпо в

последнюю формулу,. через

величины известные

в задаче.

Это

делается обычно так,чтобы получившаяся формула для расчета

Ев случае сферической земли формально совпадала с таковой

ДЛ Я П Л О С К О Й .

Проведем через, точку Mcfo касательную к поверхности

123

іемли плоскость, которув называет плоской эффективной землей.

Высоты точек А к II над ней обозначим через „ /fM

Их называют эффективными высотами.

Далее?поступая совершенно, так как это делалось в случае плоской земли ( понимая под последней плоскую эффективную) получим С рис. 88).4

7 0 ,

(84)

что формально совпадает с сответствующим выражением для плоо-

кой земли.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подставив найденное

значение разности в (83?

и взяв

модуль от правых и левых частей получившихся соотношений,

приден к отражательным

формулам.,

 

Для сферической Jeили они будут отличаться от таковых для

плоской/(68), (70) и

(72)]только теи, что истинные высоты

k А и ftM заменяются

в них эффективными высотами клэ и к м э.

 

Остается выразитъ

кдэ

й

км? через kA}hM CLи ? .

Углы

оС,

и оСг «

/(рис.28)

 

в силу предположения йѴ1? .

Это позволяет приближенно написать;

 

 

 

клэ — кд - â k Aу

k j u f - k j t - дИм,

 

I до

дкд ~А[Аг/ р

üh/цгЩМг. у

 

Последние можно

определить с помощью соотношения

(81), для

дальности прямой видимости,

если положить в вен сначала

кд~дкд

» а

затем kßf-ükjtf

и полученные уравнения

решить относительно

лкд и

Д^м ’•

 

 

 

 

г

.

 

 

л

(85)

где

Z, —A'M'cfjj

и

% ~М/М'ст

 

(рис. 28) .

Определение

?, и

сводится

к простой геометрической

задаче, однако результаты ее решения

в общем случае достаточ­

но громоздки. Поэтому для нахождения

численных значений

Zt

и ?,?

составлены номограммы, приведенные, например,

в[К]

Мы ограничимся рассмотрением частного

случая, представляющего

для нас

наибольший интерес,

когда

 

 

 

 

В

этом случае

точка

М Ст

будет

вблизи точки А и,не

делая больших ошибок^можно приближенно, положить

О

Zг ^

 

 

тогда получим:

 

 

 

 

. &аэ.~Ьа >

 

 

Нм

 

 

 

 

 

Подведем краткий итог. Амплитуду напряженности поля

в области

прямой видимости над сферической землей можно рассчитывать

по отражательным формулам

(68),

(70),

(72),

выведенным для

плоской земли, , если в этих формулах заменить истинную высоту

На

на эффективную

Наэ

, а

З&іѲ_____вычис­

лить по формуле (8 0 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

Эффективные высоты kAt

и

 

* общем случи« опре­

деляются по формуле (85)

к

специальным номограммам

[

И J ,

из которых находятся £

)

 

ti

, а в частном олучае,

к о г д а

kj*>?hA~ai> формулам

(86).

 

 

 

 

 

 

 

 

Б. Точка наблюдения находится в окрестности

 

конуса

теня или в области теня

 

 

Лаже приближенное ревеню сформулированной выве задача о дифракции радиоволн вокруг сферической Земли для окрестности конуса тени и области теки оказывается чрезвычайно сдолины.

Поэтому ограничимся тем, что приведем его результаты, получен­ и я

ные академиков Фокой В.А,

Они могут быть представлены в сле­

дующем виде

/"З ]'

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Е =Е° Ѵ ( Х > Ш > ? І '

 

 

 

 

(87)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где Е

- комплексная амплитуда напряженности электричес­

кого поля над сферической землей;

 

 

 

 

 

Е0

-комплексная амплитуда^напряженности поля;

возбужденного

антенной в

свободном пространстве■

 

( /& /

рассчитывается

по формуле идеальной радиопередачи);

IF

-

множитель ослабления.

 

 

 

 

 

Ревение

(87) приближенное, оно справедливо при выполнении

условий:

 

/ё /^ /

 

 

 

 

 

 

 

 

Я » * ,

 

 

 

 

 

где

 

* диэлектрическая проницаемость земли;

 

 

 

- диэлектрическая проницаемость свободного прос-

траства

(атмосферы);

 

 

'

 

 

 

 

Q

-

радиуо ^емли;

 

 

 

 

 

 

3

-

расстояние между антенной

и

точкой наблюдения,

измеренное по поверхности .земли. Множитель ослабления

 

 

 

 

 

і

 

 

 

 

 

 

являются функцией четырех параметров,

отображает

влияние сферической земли

на напряженность поля волны,

излученной антенной.

 

 

 

 

 

 

Параметры, от которых зависит

і Г

,

получили наи­

менования:

 

 

 

 

 

 

 

 

X приведенное расстояние;

 

 

 

 

 

у# и уг -

приведенные высоты;

 

 

 

 

 

^

-

безразмерный

параметр,

зависящий от

вида поляри­

зации излученной волны, параметров

земли

и

длины

волны.

Эти параметры определяются по следующим формулам:

 

' ^ - і + і б О Я г

-

для вертикальной поляризации;

 

+ і60Л<?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

для горизонтальной поляризации;

5„-

стандартное

расстояния,

 

 

 

 

}і0 -

стандартная

высота.

 

 

 

 

Аналитическое выражение множителя ослабления

достаточ­

но сложно, получение с его помощью численных результатов,

как правило, связано с большим

объемом вычислений.

 

 

Чтобы упростить

отыскание

2^**было осуществлено

его

табулирование. В настоящее время имеется больвое число

таб­

лиц и построенных на их основе графиков, которые позволяют

находить значения

Z f

для различных значений параметров.

Эти таблицы и графики приведены в книге [ ъ ] ’.

 

 

 

Для нас особый интерес представляет случай высоко распо­

ложенной точки наблюдения И, когда

 

 

В этом

частном случае множитель ослабления

V может быть

выражен через функцию

$ ( * > ? ,> ? )

с помощью

соотношения:

 

 

 

 

 

 

гГ=

Как показано

в / з ]

 

Функция Z/f

представляет собой

ножнтель ослабления

 

 

 

 

 

при распространении ее

квокруг сферической земли;плоской волны

Z/t для / ?

 

 

 

На рис.

29 приведен

график функции

/ —

 

.

интервалов параметров

 

 

Z ^ 7>

 

 

 

.

с

которыми чаще

всего

приходитоявстречаться при

решении

задач,

возникающих в практике радиолокации

(диапазон

УКВ,

большая

высота точки

наблюдения).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рассмотрим

основные

свойства

 

поля радиоволны в окрест-

ности

 

конуса

тени

и области тени,

вытекающие из формулы

(8 8 )

и графиков

рис.

29.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приступая к анализу формулы (88), обратим внимание

на то,

 

что

множитель

у —

 

является медленно меняющейся

функцией параметров X

г и

W,

в сравнении с

 

 

Поэтому

4/

 

можно

приближенно

полагать в ходе

анализа

/у 5-

 

 

 

Ѵл

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

постоянной

величиной.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I,

С ростом

расстояния

$ между источником и

 

 

 

 

тонкой'' наблюдения при неизменных их высотах напря­

женность поля'быстро

убывает. Действительно,

если

$

увели­

чивается,

то

растет

Х’

,

а

вместе

с

ним и z' .И з

графи­

ков рис.

29

видно,

что рост

Z.

сопровождается быстрым

убыванием

jt f f

 

,

а следовательно

и напряженности поля

£

(ф°рмула (8 8 )} .

 

 

 

 

 

 

 

/?м

 

 

 

. Если уменьшать

высоту точки

наблюдения

. т о

будет

уменьшаться

 

 

 

?

расти

Z

и убывать

Jtff ,

9 Зшс. бр.

129

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ