
книги из ГПНТБ / Левитский, Г. Е. Распространение радиоволн
.pdf1.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. |
4ч
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: 0г
|
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 ^ |
Xг |
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 . |
|