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

1.Амплитуда напряженности поля, излученного антенной, нахо­ дится в прямой зависимости от мощности излучения антенны, величины ее коэффициента направленного действия и в обрат­ ной от расстояния между точкой наблюдения и антенной.

2.Амплитуда напряженности поля завися® от направления антенна-точка наблюдения. Эта зависимость определяется харак­ теристикой направленности антенны.

Область применимости формулы идеальной радиопередачи.

Из выше

изложенного следует, что, строго говоря,

с помощью

формулы

идеальной радиопередачи мочено рассчитывать

амплитуду

напряженности поля для антенны,, излучающей в свободное неог­ раниченное пространство, т. е. амплитуду напряженности поля прямой водны. Возникают вопросы: можно ли пользоваться формулой идеальной радиопередачи для расчета амплитуды напряженности

в реальной атмосфере? Бели можно, то при> выполнении каких

«•

уоловий? Попытаемся ответить на эти вопросы.

Формула идеальной радиопередачи не учитывает влияния

Земли, рефракции.ослабления радиоволн и их рассеяния на элек­ трических неоднородностях в атмосфере. Следовательно,ею можно пользоваться лишь тогда, когда влияние перечисленных факторов

отсутствует вовсе,

либо оно пренебрежимо мало. Выясним при

каких условиях это

наблюдается.

Влияние земли, как известно, сказывается в появлении

вторичных ( отраженных) волн, а в области тени также И' в

экранирующем действии кривизны земли. Вторичные волны могут

возникать только тогда, когда земля облучается прямой волной

от антенны. В тех же случаях, когда такого облучения нет, Земля не будет влиять на напряженность поля радиоволн в ат­ мосфере. Более детальное изучение влияния тропосферы показы­

вает, что, если нет влияния ^емли, то практически, рефракция не оказывает влияния на амплитуду напряженности поля прямой

волны. Ослаблением радиоволн в тропосфере можно пренебречь

при Я ,>5^-.^.^интенсивность рассеянных волн всегда много мень­

ше интенсивности прямых волн в области прямой видимости.. Влияние ионосферы сказывается в возникновении простран­

ственных волн, что наблюдается лишь при ЛЭ'З-гЮ • метров.

Резюмируя сказанное,можно утверждать, что формула идеа­

льной радиопередачи применима для расчета амплитуды напряжен­ ности поля в реальной атмосфере при выполнении следующих ус­ ловий:

1) Длина волны Уболѳѳ 0,03 «■0,05 м,но менее 5т"І0 м

2)Точка наблюдения находится в пределах прямой видимости.

3)Антенна ориентирована так, что практически не облучает Землю. Это возможно лишь при использовании остронаправленнных

антенн в диапазоне УКВ.

§3. Метод стационарной фазы

Вдальнейшем наи необходимо будет рассмотреть ряд задач, решение которых сводится к вычислению интегралов вида:

 

у - / / я ч )

еСК\

с/хо/і

>

м

 

 

У

 

а , «S

 

 

 

 

гда к,OfOg,

- постоянные;

 

 

 

j(X}у)ич>(Х,у) - называет амплитудной

и фазовой функциями

соответственно.

Точное определенае значений такого интеграла в общем ви­

де оказывается невозможным. Приближенное же его вычисление при

определенных ограничениях, налагаемых на функции jfx,y) ,

у> fX,yJ и постоянную К возможно.

Рассмотрим приближенный метод вычисления интеграла}

который получил наименование: метод стационарной фазы.

Начнем с определенна понятия точки стационарной фазы,-

Поя точкой стяпкоиаояойДаэы Mem понимает точку, в которой

фазовая функция *Р(Х,у} достигает экстремального значения.

Очевидно координаты [X0,yoJ

этой точки определяются

как корня системы уравнений:

 

c>f(Xo#J

п

 

Э х

~ U•

 

V

_п

д у

-J

На величины, входящие в подинтегральную функции, наложим

слѳдуищие ограничения (А);

О.) к я 1 ‘>

(2~)У(*->у)

3

области интегрирования fcrt

Х;$ Ог ■

è2) имеет

единственную точку стационарной фазы

M m ( W aj

 

 

 

 

(3 ) /(6г,уУ

медленно меняющаяся в области интегрирования

функция в сравнении

с функцией ейс

у

,

(4)с>у(Хо,у0) Q дХ'ду ~W‘

Чтобы наметить путь приближенного вычисления интеграла

У проведем его геометрическую интерпретацию на примере одно­

мерного интеграла:

 

7 ^ [ f ( x ) e K^ d x y

.

"а,

как более

простого.

Представим 7/ в виде суммы вещественной и мнимой час­

тей:

где

°г

 

Re 7, -Jf(X)-C03[K*pfx)]- Ых,

V

Z Z =Jf(xb3to[wM]'cb-

0,

43

Известно, что величина любого одномерного интеграла

численно равна площади, заключенной между осью х-переменной интегрирования и кривой, изображающей подинтегральную функ­ цию.

Построим кривую,

изображающую подинтегральную функцию

интеграла

R *7,

:

 

 

 

y=f(t)'COS[K4>(*)].

 

Для определенности положим, что Ѵ /Ѵ имеет точку ста­

ционарной фазы с

координатой

Х о ~ 0

и в этой точке

достигает минимального значения равного Wjmff(xo'j~^(0J=0j.

Эти предположения не окажут влияния на те выводы, которые

будут сделаны ниже.

 

Так как функция tffXj

удовлетворяет указанным/#/

предположениям, то ее график в окрестности тонки с коорди­

н а т о й

( X f Ö ) будет

иметь вид,

изображенный на рис. 10.

На этом же рисунке изображена

функция

X^pfxJ

при X?? /.

По точкам кривой

KffX)

построена кривая, изображающая

функцию

СОЗ[ну(х)]

а

также

_ функцию f f x )

. Они

изображены на рис.

10,б.

При построении

f (х)

учитывалось,

что

она медленно меняющаяся функция в сравнении с CosjxffxjJ

(условия А,(3)]. Кроме того, во

имя простоты, делалось не

существенное для

дальнейшего предположения о том,

что

f

(б ) =1, По

точкам кривых

f(x )' и COSjkffx)]^

рис, 10,/

44

 

 

.

'

п о стр о ен а кривая,изображаю щая подынтегральную функцию

f(x}'COS[K<f(x)].

Обратим внимание на то,

что для значений Х ,и Х г

переменной интегрирования х„

отмеченных на рио.

ІО,

функция

Кір(Хігг) = ^Г

• Следовательно,

Xj

и х2-корни

уравне­

ния: Кір(*) = ір

 

 

 

 

 

 

 

Интеграл

R&7/

численно

равен

площади

фигуры,

ограниченной кривой,изображающей функцию y.=f(x)co$lKipfr)J

и осью X. При этом, как известно,

площадям участков этой

фигуры, лежащим выше оси х, приписывается знак

м+ "

, а

ниже-знак " -

".

 

 

 

 

 

 

Из рисунка 10,в можно сделать следующие выводы:

і) Суммарная площадь заштрихованных участков будет

значительно

меньше площади незаштрихованного участка фигуры. Следовательно,

приближенное значение площади, численно равной R&«7, равно площади незаштрихованного участка фигуры на рис. IQB, а это

означает, что приближенное значение интеграла

R e ^

равно:

 

интеграла

Re У

соответствует области интегрирования Х,^

Хг .

 

2) Границы этой области

Xj и X2 являются,

как подчеркивалось

выше, корнями уравнения;

 

 

 

46

Заметим, что в общем случае, когда ір(Хо)фО, вместо

последнего уравнения необходимо было бы записать уравнение:

Э) Нетрудно заметить, что с ростом

X,

Х,ИХг

будут прибли­

жаться к

Х о -0

№область

Х,< X ^

будет стягива­

ться к точке стационарной фазы

Хо=0.

 

 

 

Сделанные выше выводы

і),

2),

3) остаются в силе для

7т J/

, а следовательно, и для

всего

интеграла

J,

Их можно обобщить и на случай двухмерного интеграла (12).

При этом они будут

формироваться следующим образом (В);

І. . Главная часть

интеграла

 

 

ч

 

 

 

 

 

 

 

удовлетворяющего условиям (А)(Соответствует области интегри­ рования 52 , границы которой образуются мнояеством точек,

удовлетворяющих уравнению:

 

!

ф М ) ;

>

М

где

X0,tf0 -

координаты точки стационарной фазы Ѵст

2,

Область интегрирования 52

, соответствующая главной'

части интеграла

«7 , представляет собой малую окрестность

точки стационарной фазы, причем

размеры этой

окрестности

убывают с ростом постоянной к .

 

 

 

Идея приближенного метода вычисления интеграла

4 7

проста и состоит в замене функций tpfxj vi/fx) простейшими,

позволяющими осуществить его вычисление. Возможность же такой замены вытекает из сделанного вывода.

Действительно, поскольку главная часть интеграла

соответствует малой окрестности точки стационарной фазы, то

не делая большой погрешности в определении функций

и у

в- этой области

( а следовательно и величины 7 7 )^мы можем

поступить так:

 

 

 

 

 

 

функции up(х)

иу^разложить

в ряд Тэйлора в окрестности

точки стационарной фазы и ограничиться

для upfxj

тремя

первыми членами разложения,

отличными от нуля, а для функции

, как медленно юняющейся, одним.

При этом функции

р(х)

будет представлена

многочленом второй степени и у/^-постоян-

ной величиной.

 

 

 

 

 

Важно заметить.,

что при таком представлении функций р(х) и

j-fx) вывод о главной части интеграла

останется в силе.

 

' Проведем приближенное

вычисление

интеграла

*7 в

 

соответствии,

с изложенной идеей.

 

_

 

*

uf?ft) рядом Тэйлора в окрестности

 

Представляем

 

 

у

4>(x°,yè Ф - х°)

 

 

 

. В соответствии

с

 

 

 

 

по условию А, fa )р" (Xoj<p0) =0 * Кроме того в области

величины

 

а

 

 

,

 

 

Х -Х 0

Н

малы из-за малости самой области, поэтому

слагаемыми^содераащими

Х-Х0

 

в степени выше вто-

рой^будем пренебрегать.

 

 

 

 

Если учтем последние замечания,

то сможем упростить

представление Функции

 

оно примет вид:

 

m

y h

<fк ,, ?.)+££*£'ій

 

■£/■*.,д .

Действуя аналогично, Функцию ffXyty)

положим равной

Подставляя найденные приближенные значения

<р(х/ и fpc)

■ (І2>. пол1"і“

і

^

, ,

к

(15)

Г ’ М

* 1^ ^ ^ * / * * * 1* ^ ;

 

 

 

а,

 

' *»

 

Интегралы, входящие в это равенство, легко выразить через так

называемые интегралы Френеля:

,

 

 

Л

с

 

 

С (г )-- /^ jco 8 è* (/é и

S ( z ) - jf j s w ic / - è

или

г

 

 

 

i f

 

 

d-(z)=C(z)4$(z)==izje шС&

 

(іб)

Вычислим интеграл

0

 

 

 

 

 

(17)

a,

 

j

с помощью

для чего введем новую временную"интегрирования

с

г

 

 

 

равенства:

>

 

■ 49

4 З э к . б р .

 

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ