
книги из ГПНТБ / Левитский, Г. Е. Распространение радиоволн
.pdf---------- луѵ Зел уѵ#/ла pcepaxi/W , ' — ' Л і* <Гуѵёлго*рефшхции
Под влиянием положительной рефракции из-за искривления луча1
положение точки К смещается |
(точку касания луча,проведенного |
|
из М.при наличии положительной |
рефракции обозначим через Нр ), |
|
Уменьшится при этом и расстояние $ |
между антенной и точкой |
|
касания,оно станет равным $ір |
|
' . |
Это означает,что'дол^а |
увеличится напряженность поля |
в точке наблюдения U.
Следовательно,положительная рефракция вызывает увеличение напряженности в областях окрестности конуса тени и тени.Влияние отрицательной рефракции обратное.
ІізО
§5. Учет влияния рефракции на напряженность поля. Метод эквивалентного радиуса земли *•
Расчет напряженности поля с учетом влияния рефракции,по су
ществу, сводится к решении следующей задачи. |
|
|
||||||
Над сферической Землей радиуса |
<2 |
в тропосфере,показатель |
||||||
преломления которой описывается функцией |
ftfX j |
имеется |
||||||
антенна,излучающая мощность |
на частоте колебаний сО |
|||||||
Известны высота антенны над Землей |
Ед |
, её |
КНД |
- oÖ |
||||
и ХИ “ f(%0) |
.Требуется |
Определить напряженность электрическо |
||||||
го поля |
Е |
.возбужденного этой антенной,в точке наблюдения |
||||||
М у.положение которой известно и определяется |
величинами: /t*вы |
|||||||
сота над |
землей, 3 |
- |
расстояние до антенны |
А |
вдоль |
|||
поверхности 5емли и азимут |
у? |
(рис.28). |
|
|||||
Даже приближенное решение этой задачи при произвольном за |
||||||||
коне изменения показатели |
преломления п { к ) |
с высотой оказы |
вается чрезвычайно сложным.Поэтому ограничимся рассмотрением так называемого случая нормальной рефракции.который характерен
тем,что |
tl |
изменяется с еысотой по линейному закону: |
|
|
|
n .= n 0 +(jrkt |
( ю о ) |
где |
П0 |
- значение П |
у поверхности земли,, |
|
h |
- высота точки наблюдения над поверхносФЬ® |
|
|
|
земли, |
|
|
Г |
-сопзі. |
|
■Б случае нормальной рефракции сформулированная -задача может быть решена методом эквивалентного радиуса Земли.,'согласие
1Ы
кбтороиу напряженность поля в точке наблюдения Мс учетом влияния нормальной рефракции может рассчитываться по формулам, выведенным для сферической'аешіи и однородной тропосферы
(формулы § 10,гл Л),если в этих формулах истинное |
значение |
|||
радиуса Земли |
CL |
заменить |
его эквивалентным |
значением |
Я э .определяемым по формуле: |
______ / ____ |
|||
|
|
|
|
"(ІОІ) |
Возможность такого метода вычисления напряженности |
||||
поля в тропосфере заключается в следующем. |
|
|||
Если задаться |
величинами |
k^y Ьм у 5 |
и изме |
нять радиус ввили,то будет меняться величина напряженности поля в точке наблюдения 11 (величина множителя ослабления).
Действительно, при изменении |
Я |
будут изменяться эквивалент |
||||
ные высоты |
/гАЭ И |
kjns |
Е |
отражательных формулах |
(35) |
|
и 30 у ko |
,а |
вместе |
с ними и |
У* > |
в |
формулах Фока (37),что и приведет к изменению величины напря
женности поля в точке И. |
dn / |
|
|
Поэтому почти всегда'(если |
не слишком |
||
d k ! |
|||
|
|
велико) можно подобрать такоезначение радиуса аѳшіи в форму лах для расчета напряженности поля в однородной тропосфере, чтобы оно дало значение напряженности поля,совпадающее с его значением при наличии рефракции (в электрически неоднородной тропосфере). Требуется лишь определить эту необходимую величину, радиуса ееили &э »которую называют эквивалентным радиусом
ввили, В общем случае задача отыскания t CZ$ столь же сложна
как и задача,связанная с расчетом напряженности поля в тропо-
»
сфере-при наличии рефракции,так как решение первой' задачи пред полагает предварительный расчет искомо;: напряженности поля,а
затем уже по его значению нахождение |
пто <-огеч: енно бес- |
смысленно. |
|
V
|
Б частнойде случае'нормальной рефракции приближенное |
|
||||||
определение |
(Хэ |
оказывается чрезвычайно простым и может |
|
|||||
быть осуществлено по формуле (ЮІ). |
|
|
|
|
||||
* |
Убедимся в этом.для чего |
определим |
Cts |
.Такое опре |
|
|||
деление приходится вести раздельно для различных положений |
|
|||||||
точки наблюдения У. |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
I.Точка наблюдения в области прямой видимости, |
|
|||||
|
Рассмотрим два случая распространения радиоволн: |
|
||||||
(а) |
Над сферической |
землей радиуса Q. |
при нормальной рефрак |
|||||
ции с заданной величиной градиента показателя преломления |
; |
|||||||
£б)Над землей некоторого радиуса Оз |
в отсутствии рефракции |
|
||||||
|
COKäéJ |
.Будем считать,что величины |
hfyjhM , S |
|
||||
в обоих случаях одинаковы. |
1 |
|
|
|
|
|||
|
В предыдущем параграфе было показано,что величина нап |
|
||||||
ряженности поля в точке наблюдения У |
будет в основном опреде |
|||||||
ляться разностью фаз напряженностей полей прямой и отраженной |
|
|||||||
волн,которые обозначим для случая (а) |
через |
А Фр и для случая |
|
|||||
(б) |
через |
А Фэ , |
' _ |
|
|
|
|
|
|
Определим радиус цѳмли |
O s |
в случае |
(б) так .чтобы |
|
|||
*выполнялось равенство: |
|
|
|
|
|
|||
|
|
Л Ф э = Л Фр |
у |
|
|
(102) |
|
|
тогда напряженности |
поля в точке У в случаях (а) |
и (б) будут |
|
приближенно совпадать и станет возможным рассчитывать напряжен ность поля в случае нормальной рефранции по формулам для случая
(б) электрически |
однородной тропосферы. |
|
Выразим |
4 |
и Л Ф $ через величины,известные в |
задаче^и подставим их значения в (102),тогда получим уравнение
Для О э .решая которое найден интересующее нас значение экій-
валентного |
радиуса эемли |
О- э |
. . |
|
А |
|
|
Вычисляем Л Фр |
|
.Обозначим высоты точек |
|||
и |
М |
над эффективной плоской вѳмлей через |
k( и |
кг |
||
соответственно (рис.37). Как и ранее,будем полагать: |
|
|||||
что |
всегда |
имеет .место. |
|
|
|
|
fffif
Ранее было показано (99),что
A%~irfJnd£+fnd£-fndâJ+4*$j> ? ( іо5)
где |
|
~ ЛУЧИ |
пРяиой и отраженной |
волн |
(рис.37). |
|||
Вычислим входдаіе в вто равенство интегралы. |
|
|
||||||
В точках |
М* |
прямого луча |
: |
d-A—Stood |
’ |
|||
где о С |
угол между касательной к элементу |
с£в |
и поверх- |
|||||
ностью плоской эффективной земли - |
£э<р |
|
|
|
|
|||
В точках |
М*' |
отраженного луча |
/ > |
/ |
|
StoG' > |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
lö4
ѵгде Q ' |
- |
угол иежду касательной к элементу сРР |
|
этого луча |
и |
$ J(j0 . |
|
Так как кривизна лучей ничтожно |
мала,будем приближен |
||
ие) полагать,что |
сС ^оС - C onsé |
и Q'-O —COftSé , |
|
тогда: |
|
|
|
о /р ^ М к . u v fwoC
J P - <kk
на Lt
на L\ и L//
Подсітавляя в интегралы равенства (ЮЗ) |
найденные значения |
||
и г |
и величину 71 |
из (100),получим: |
|
|
с//г _ noCfu-k) |
||
|
ЗшоС |
вшсС |
+J ZfirtoC |
- n 0 Z,-h |
k z -k . |
kji-k, |
? si/ncL |
2 |
Не будет большой ошибки,если в слагаемых,содержащих множите
лей малую величину ^ .приближенно положить
^Är ■&j
где z, = AN, % -АҢ т и г* =М'стм
.Подставляя в (ЮЗ)' найденные значения интегралов с учетом
последнего., равенства* получим »
Величина Z'z +^z~^i |
вычислялась в §8.гл.І,она |
оказалась |
|
приближенно равной |
|
|
|
|
2h, hi |
|
|
|
~ 3 |
|
|
Кроме того |
|
2 h, Иг |
|
|
|
|
|
|
|
h ,+ h i' |
|
С учетом двух последних соотношений выражение для |
Л |
||
примет вид: |
|
|
|
соПо |
2h, hi _ |
CQ9-S |
|
С |
б |
С |
|
|
|
( 1 0 4 ) |
156
Теперь выразим |
4 |
' через |
эти |
ке величины и Ct9 |
||||||
(рис.37). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
* <& st-âz r s-(£ -£ )+ * * & > , |
|
в |
(105) |
|||||
|
|
\ |
|
|
|
|
|
|
* |
|
где |
J f ~ fflep |
J £ —■4/^с/” * ^Ст' Мр) |
|
|
||||||
На основании данных §8,гл.І |
|
|
|
|
||||||
|
|
О - /7 - |
s |
Ьгэ_ |
' |
|
|
|
(10б) |
|
|
|
-і |
* |
|
|
|
|
|
||
где |
k |
/ э |
и |
|
высоты' А/й/и Мдоад эффективной■плоской |
|||||
землей в случае (б ). |
|
|
|
|
|
|
||||
Из рис. |
37 |
видно: |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
k,,э =k, + âH, } |
/ггэ-кг+-АНгг [*Н,=ШІ], |
|||||||
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а Н ,= а Ь,-ДІЪэ J |
AHz =Ah2- A k 23 }Ah^AtA3 |
||||||||
|
А |
— |
f & h / s ~ ^ i ^2 ) A f i t s = M t M z . |
|
|
|||||
Подставляя |
значения |
ff, 9 |
и |
Я гэ |
в |
(100), получим: |
||||
|
J\_у7 ^ . 2/6,'kz+ hAffe +-Ьг Аи,) |
|
(107) |
|||||||
Здесь |
мы пренебрегли величиной |
A H ,A H2 |
в сравнении о ^ А . |
|||||||
Далее,применяя формулу (85),напишем: |
|
г |
||||||||
|
й к’ "~Ш |
’ йк‘ " ~ Ѣ ’ |
A k ,,= l é |
, ’ A k i,= ^ a i y |
||||||
|
где |
ß, *As Mcm ,Зя ^ М 3 Мст -л |
|
|
||||||
следовательно: з |
|
|
, |
, |
|
|
|
|||
|
&u - J i _ ß . ± ) - ?. JA^ .L z /Z/ - XX i |
|
||||||||
|
äfii-Y^(<z |
а,/' ~ |
|
“ у |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
тан |
как |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Аналогично ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A H2 - ~ 2 - ( а |
a3J |
2 ( ^ гр |
а |
<**/' |
|
|
||||||
Подставляя й&Л(И, |
и |
&ЛНг |
|
в выражение |
(107) дляjQ -J ? |
|||||||||
получим: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
п |
д _ |
2Н,Ьг |
о |
k/ks |
/У |
/ |
}. |
|
|
|||
Из (105) с учетоц найденного значения |
|
|
следует: |
|||||||||||
Если подставки в (102) значения |
а |
<Рр |
и |
Фэ |
из |
(104) |
||||||||
и (108),то получии уравнение: |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
п я -Éiä* |
- * Д - |
— )JhäiJb> • |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
Ча |
<**//,,*/>, |
’ |
с/п |
|||||
решая его |
относительно |
а і |
|
|
и учитывая.что |
|||||||||
|
|
|
|
|||||||||||
найдеи: |
|
|
|
|
а |
|
("’*0, |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
в |
. » т |
т т |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
1+ a zn r |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
d k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
что совпадает с фориулой (101). |
|
|
|
|
|
||||||||
• |
Такии образец,доказано,что напряженность поля |
в области |
||||||||||||
|
пряной видимости при нормальной ретракции можно рассчитать по |
|||||||||||||
|
методу эквивалентного радиуса |
Земли; |
|
|
|
|
|
|||||||
|
2, |
Точка наблюдения в областях |
конуса тени и |
тени |
||||||||||
|
Проведенный выше анализ иножителя ослабления волны с за |
|||||||||||||
|
данной длиной |
Я |
' |
.распространявшейся над сферической jeu- |
||||||||||
|
лей,в интересующем нас случае,когда |
& Яа |
.показыва |
|||||||||||
ет,что величина его в основной зависит |
от высот |
На |
и |
Ьщ |
||||||||||
и угла дифракции |
|
& |
.показанного |
на рис. З-ч и слабо |
зависит |
156
от радиуса Земли |
Л |
.К такому.же |
выводу приходят и в |
|
||||||
других известных случаях дифракции. |
|
|
|
|
|
|||||
При рефракции за счет искривления лучей изменяется |
|
|||||||||
угол дифракции,он становится равным |
ép |
,что |
очевидно |
|
||||||
приведет к изменению напряженности поля в точке М.Напомним, |
|
|||||||||
что углом дифракции называется угол;образованный касательными |
|
|||||||||
к лучам |
//И |
L2 в точке их пересечения, если эти лучи пред |
|
|||||||
ставляют собой линии_радиогоризонтов,проведенных из точек |
|
|||||||||
А и II. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Как и ранее,рассмотрим два случая: |
|
|
|
|
|||||
а)распространение радиоволны над жешіей радиуса |
Q |
при на |
|
|||||||
личии рефракции с заданными: |
величиной |
|
,а также ве- |
|
||||||
личинам |
z. |
/ |
и |
3 |
|
<Хп |
|
|
|
|
Пд |
j fljf |
|
|
|
|
|
|
|||
б)ра'спространение радиоволны над вѳшіей радиуса |
. <2э |
при тех |
|
|||||||
же значениях |
/ілу hj* и |
3 |
в отсутствии |
рефракции. |
|
|||||
|
Заметим,что угод дифракции |
cQ |
при заданных кду |
|
||||||
к м и |
3 будет функцией |
<1э |
|
|
|
|
|
|||
|
Если определить |
<2э |
»так чтобы "выполнялось условие |
|
||||||
|
|
|
Ф = < & , |
|
|
|
(109) |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
то можно ожидать,что напряженности поля в точке U в случаях |
|
|||||||||
(а) и (б) будут совпадать и станет возможен расчет напряжен |
|
|||||||||
ности поля при наличии рефракции по формулам,выведенным для |
|
|||||||||
однородной тропосферы (случай б)^ с заменой в них 6L |
на |
|
||||||||
|
Определим |
Ota из условия |
(I09)jдля этого |
выразим ф |
|
|||||
через |
|
,а |
Sa |
— через |
d a |
.Это можно сде |
|
|||
лать следующим способои. |
|
|
|
|
|
|
||||
|
Вычисляем |
< $ р . |
|
|
|
у |
|
|
|
|
|
С целью сокращения записей положении к д —О . Из |
■ |