
книги из ГПНТБ / Левитский, Г. Е. Распространение радиоволн
.pdfним |
сечением будем понимать сечение плоскостью |
JS) |
, прове- |
||||||
денной через AM. Заметим, |
что точки границы |
if |
удовлетво |
||||||
ряют уравнению |
(52), |
следовательно |
этому уравнению должны |
||||||
удовлетворить и точки границы продольного сечения. |
Из |
(52) |
|||||||
видно, что |
сумма расстояний от точки А до |
( точка на гра |
|||||||
нице) и от |
М ' |
до |
М |
, равная |
f + Z , |
-величина пос |
|||
тоянная, Известно, что геометрическое место точек, обладаю |
|||||||||
щее таким свойством, |
образует эллипс. Следовательно, |
продоль |
|||||||
ное |
сечение - |
эллипс с фокусами в точках А |
и М. |
(рис.1 6 ) . |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
\ |
|
|
|
Итак, поперечные сечения области |
i f |
- |
круги, про |
|||
дольные |
— |
эллипсы, а это означает, что |
f f |
представ |
||||
ляет собой эллипсоид вращения с |
фокусами |
|
в точках Д и |
|||||
U |
(рис. / б ) - |
|
|
|
|
|
|
|
|
Построенная нами область |
i f будет представлять |
||||||
собой .область, |
существенную для распространения |
волны из А в |
||||||
М, |
если непрозрачное для радиоволн тело достаточно больших |
|||||||
размеров^находясь внутри |
?ft |
окажет существенное влияние |
||||||
на напряженность поля в точке Ми это «е |
тело, |
находясь вне |
||||||
ѲО |
|
|
|
|
|
|
|
tT m |
окажет |
существенного |
влияния на напряженность |
|||
поля в этой |
точке. |
Убедимся, |
что |
область. |
ZT обладает таким |
|
овойством. Для этого проведем следущий |
мысленный опыт. |
|||||
, Поместим непро зрачное |
для радиоволн тело 7" |
, |
||||
достаточно больших размеров, |
внутрь области i f (рис. |
17). |
Область, существенная Эм раеяростронеішл.
Пусть' тело |
Т |
таково, что линейные размеры его сечения |
плоскостью, |
перпендикулярной AU, больше или соизмеримы с линей |
ныии размерами поперечного сечения области іГ этой же плоскос-
,УРю. Построим плоскость |
S , |
, перпендикулярную к АП и |
||
касательную к телу Т, |
как показано на рис. 17. От тела Т на |
|||
плоскости; |
^образуется |
тень: ^(заштрихованный участок), |
||
а это означает, что на |
; S r [ . ѵ.в^Сйфвлявщне напряженности |
|||
п о л я м а л ы (в сравнении oij/M'f на оповещенной части |
||||
S it) и значение интеграла в |
(50), определяющего значение |
|||
Щ в точке |
М, по участку. .iS’r окажется приблизительно равным , |
|||
б OSK« 6р* |
|
|
|
пл |
нулю. |
Поскольку S r |
соизмеримо |
или больше К |
( К- |
сущест |
|||||
венной |
участок на |
Ä O /a подинтегральная функция в |
(50) |
|||||||
медленно шняющаяся, |
то |
это приведет к существенному умень |
||||||||
шению величины интеграла в (50), |
а вместе о этим и к сущест |
|||||||||
венному уменьшению |
|
напряженности поля в точке И. |
|
|||||||
|
Итак, |
телох |
Т |
, находясь внутри |
Zf |
, оказывает |
||||
существенное |
влияние на величину поля в точке Н. |
|
||||||||
|
К этому же выводу можно |
придти, опираясь на принцип |
||||||||
Гюйгенса. Наличие тени |
S r |
- |
на плоскости |
*5V |
означает, |
|||||
что элементы поверхности, |
лежащие на |
S r, не ооздают поля |
в К, а поскольку эти |
элементы занимают всю или значительную |
часть существенного участка К, то последнее обстоятельство |
|
( то что элементы на |
ß r не излучают) приведет к существен |
ному уменьшению напряженности поля в точке U. |
Удалим тело |
Т из области i f |
и поместим его |
вне |
этой |
||
области (рис. 7). |
От |
тела Т на S K |
образуется тень |
Sr/ |
, |
|
значения же поля |
на |
участке К при этом эанетно |
не изменяется, |
|||
а это означает, |
что |
и величина интеграла в (50), |
а вместе с |
|||
ним м величина Ш ) |
останется приблизительно неизменной. |
|||||
Тело Т не окажет влияния на напряженность поля в точке |
Заметим, что наличие тени на Sn » не может вызвать
существенного; изменения поля в К, так как элементы, лежащие
на участие,- Sri |
ш® отсутствии тела Т, |
хотя и излучают, но |
|
N " ■V1, ■' |
; |
|
того, что излучения |
их |
точке К мало из-за |
||
ооновной мЩСсЬ различных элементов |
S T/ |
взаимно компенсируются |
|
?аккм обраэом., построенная |
нами область представ |
ляет содйй ббДаетЦ'существенную для распространения радио82
волны из А в М, так как она (область^) |
обладает всеми |
|
||||
свойствами существенной для распространенія области. |
|
|||||
Теперь определим радиус /? поперечного |
сечения |
об |
||||
ласти^ существенной для распространения, |
ототоящѳгоот А и М |
|||||
на расстояниях |
и |
2^ |
соответственно, для чего |
составим |
||
уравнение, в которое |
/? |
входит в качестве неизвестного |
|
|||
(рио. 15). |
|
|
|
|
|
|
Из треугольников |
AAM'cmMt и л ММС/ПМ' |
следует, |
что |
V- |
|
2 г 0 |
г в (5І ) , |
Подставляя эти приближенные значения Я |
|
получим искомое уріавненине: |
|
f J L + M - А |
|
Т ~ ( Ъ |
|
Решая его относительно |
найден: |
1г(л+Щ |
' '(53) ) |
|
6*
83
|
Обратии вникание на. некоторые свойства существенной |
|||||
области. |
|
|
|
|
|
|
1. |
Область,существенная для распространении,■представляет |
|||||
собой эллипсоид вращения с фокусами в точке |
расположения |
|||||
источника оапиоволны ѵсточке'наблюдения |
И. в которой нас ' |
|||||
интересует поле |
волны (рис. )6- иIТ ) ■ |
|
|
|
||
|
Подчеркнем, что положение существенной области зависит |
|||||
от |
положения точек А и Ü и.изменяется при перемещении хотя |
|||||
бы одной из них . |
|
|
|
|
|
|
2. |
Размеры существенной области находятся в прямой зависимости |
|||||
от |
длины волны |
% |
, что следует из формулы |
(53). |
При J~*-Q |
|
|
R ~ ^ 0 |
и |
существенная область обращается |
в отрезок |
||
прямой АН,т.е. в предельной случае,когда |
Я -гО , мы |
приходим |
||||
к понятию луча. |
|
|
|
|
|
3.По мере-приближения к точке А или И поперечного сечения существенной области его размеры медленно убывают.
Взаключение кратко сформулируем ответ на основной
вопрос этого параграфа: при каких условиях непрозрачное для радиоволн тело, находящееся в пространстве окружающем антенну,
окажет существенное влияние на напряженность поля радиоволны,
излученной этой антенной, в заданной точке наблгдевия?
Тело Т,непрозрачное для радиоволны, излученной антенной
А, окажет существенное влияние на напряженность поля в точке
наблюдения U (вызовет существенное изменение |
величины напря |
||
женности |
поля ), если: |
|
|
і) око |
полностью или частично нахоіито-і внутри существенной |
||
облает», |
построенной для |
точек А и Ü; |
|
2^ размера сечения части |
тела Т, кахозг,-еиск |
внутри существен |
ной области,плоскостью перпендикулярной М и проходящей через него,соизмеримы иди равны размерам поперечного сечения этой области в месте расположения тела.
Тела,находящиеся вне существенной области,как правило, не окажут заметного влияния на поле в точке наблюдения.Исклвчение составят лишь те тела,ориентация,форма и размеры кото рых таковы,что отраженная от них волна в точке наблюдения мо жет создать поле с достаточно большой напряженностью.
Однако вероятность возникновения такой ситуации нала.
§ 7. Область,существенная для отражения радиоволн
В § 5 и в разделе "Электродинамика",изучая отражение электромагнитных волн,мы предполагали,что отражающая поверх ность представляет собой плоскость.В условиях распространения радиоволн в земной атмосфере отражающей поверхностью является поверхность земли,которая значительно отличается от плоской и представляет собой, строго говоря, поверхность сложной формы. Она в лучшем случае,может рассматриваться как плоскость (сфера) о большим числом неровностей на ней.
При таком рассмотрении отражающей поверхности можно утверждать,что неровности будут оказывать влияние на свойства отраженной волны,они приведут к изменению величины и распре деления напряженностей поля этой волны з сравнении со случаем плоской отражающей поверхности.
Возникает важный вопрос: при каких условиях влияние > 85
неровностей будет мало и им можно пренебречь, т. е. считать,
что отражение от поверхности с неровностями (реальная земля У
происходит приблизительно так же; как от плоской границы раз дела двух сред.
Чтобы ответить на этот вопроо попытаемся вначале
составить представление о механизме влияния неровностей на
поле отраженной |
волны. |
|
|
Простоты ради, будем предполагать, что |
на отражающей |
||
плоскости |
*5* |
имеется одна неровность в виде " выступа" |
|
(рис.18). |
Обозначим поверхность выступа чѳрѳэ |
" , а |
ее проекцию на отражающую плоскость |
S через |
|
. |
||
Выделим на S» и |
*># элементы поверхности |
с/З и |
|||
äs‘соответственно |
(äs - проекция |
äs |
на |
S |
). |
В соответствии с принципом Гюйгенса |
каждый элементѣ |
||||
поверхности |
может рассматриваться |
как источник |
элементарной отраженной сферической волны. Фаза напряжен ности поля этой волны ( отраженной от неровности) в точке
8в
наблюдения Мбудет равна: |
|
|
|
|
|||
|
|
Фн = ~К(/>+г) ■> |
|
|
|
||
где |
JZAHH j |
Z= ММң |
(А - положение источника). |
|
|||
|
|
Теперь предположим, что неровность отсутствует и оп |
|||||
ределим фазу напряженности поля в точке |
Мот элемента cZs/ , |
||||||
она будет равна |
|
|
|
|
|
||
где |
|
|
? = ММ'. |
|
|
|
|
Составим разность: |
|
|
|
» |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а Фн =Фн- Ф = к[ ( / - $ + № - * ) ] . |
|
|
|||
Ясно, |
что’эта |
разность |
отлична от нуля. Следовательно; нали |
||||
чие |
неровности приводит к изменению фаз |
напряженностей поля |
|||||
элементарных волн, образующих отраженную волну,' а |
вместе |
о |
|||||
этим' |
и к изменению напряженности поля |
отраженной |
волны, |
кото |
|||
рая |
|
равна сумме напряженностей поля элементарных |
волн и за |
висит от фаз последних.
Остается открытым вопрос: в каких случаях влияние неро-в- ностей будет велико и в каких мало. Ответить на него проще всего,опираясь на понятие области, существенной для отражения. Дадим ее определение.•
Областью, существенной для отражения радиоволн, называется часть отражающей поверхности со следующими свойствами: нерб-в-
■ности достаточно больших размеров ( по их высоте и занимаемой
. \ площади), находящиеся на этом участке, оказывают существенное
влияния на напряженность поля отраженной волны, в заданной точке наблюдения, и те де неровнооти вне указанного участка практически не сказываются на величине напряженности поля в '
этой точке.
Перейден к определению положения, формы и размеров
существенной для отражения области. При этом будем действо вать аналогично тому как мы поступали, в предыдущем параграфе,
а именно: * •
вначале построим некоторую двумерную область на отражающей плоскости £ , а затем докажем, что построенная нами область действительно является областью существенной для отражения.
В § 5 мы представляли составляющие напряженности поля' отраженной волны в заданной точке наблюдения 1! через значение этих составляющих на отражающей поверхности соотношениями (Зй) и (35) и указывали, что интегралы, входящие в них, иогут быть вычислены по методу стационарной фазы, согласно
которому главная часть интеграла, а вместе с этим и приближен ное значение составляющих напряженностей поля отраженной волны, соответствуют области интегрирования ( на отражающей поверхности^), границы которой описывайся уравнением (И ):
ьр(М*} . - фазовая функция ? |
|
|
М ' * К т - текущая точка и точка |
стационарной фазы на £ ■ |
|
соответственно. |
|
|
|
В нашем случае отражения от плоскости |
|
где |
jO -A M ' и |
(рис. 19) |
88 |
Ч |
|
м
Sc
Сосредоточии свое внимание на упомянутой области интег
рирования и определим форму кривой, ограничивающей ее, В ,§ 5 показано, что точка, стационарной фазы М'ст Сточка
отражения) представляет собой точку пересечения прямой АЫ с
плоскостью «5 |
, где |
|
А7 - зеркальное изображение |
А в плос |
||
кости >5 ( |
рис, |
19 ), |
|
|
|
|
Обозначив |
A'M 'c/rt^ |
и |
, тогда |
уравнение |
||
границы интересующей, |
вас области примет вид; |
|
||||
|
|
|
|
|
|
(54) |
Здесь учтено, |
что |
|
» |
|
|
|
Но последнее |
уравнение совпадает |
о уравнением, ‘опи |
||||
сывающим |
границу |
существенной для распространения области, |
tip