10.4. Сутність явища дифракції у процесі поширення радіохвиль

Наявність області, в якій поширюється електромагнітна хвиля (ЕМХ), вимагає з’ясування питання впливу перешкод на цей процес.

Характерними є такі ситуації: перешкоди, на шляху проходження хвилі розміщено на різних ділянках траси – нижче або вище лінії АВ поширення радіохвилі (рис. 10.10).

Рисунок 10.10. Поширення радіохвиль вздовж траси АВ за наявності непрозорих для ЕМХ перешкод:

а – (Н<0) перешкода нижче лінії АВ, б – (H>0) перешкода вище лінії АВ

Явищем дифракціїназивають «огинання» хвилею, що поширюється в середовищі з неоднорідностями, непрозорих для ЕМХ перешкод. За таких умов коефіцієнт послаблення визначають за формулою з теорії оптичної дифракції:

, (10.27)

де С(v) та S(v) – інтеграли Френеля, які визначають за формулами:

, (10.28)

. (10.28а)

Залежність V(v), дБ наведено на рис. 10.11.

За її апроксимують залежністю.

Рисунок 10.11. Залежність множника послаблення від параметра v

У формулах (10.28) та (10.28а) , де – радіус першої зони Френеля у місці розташування перешкоди.

Таким чином, наявність перешкод послаблює радіохвилю, проте внаслідок дифракції радіохвилі частково огинають перешкоди й узагальнено Землю.

10.6. Відбивання та заломлення хвилі на межі двох середовищ

Припустимо, що на межу двох середовищ під кутом падає пласка електромагнітна хвиля, вона частково відбивається та проходить в інше середовище. Тобто, в першому середовищі існує хвиля, яка падає, та яка відбивається, а в другому – хвиля заломлена.

Процес відбивання пласких радіохвиль на межі поділу двох ідеальних діелектриків наведено в розділі 8.

Формули для коефіцієнтів відбивання радіохвиль від діелектричних середовищ з втратами отримаємо зміненням величини на комплексну величину . Коефіцієнти та є також комплексними, їх можна записати таким чином:

, (10.29)

де і є в межах від 0 до 180°.

Коефіцієнти тана межі розподілу двох ідеальних діелектриків визначають за формулами:

, (10.30)

(10.30а)

За відбивання від діелектричного середовища з втратами модуль і фаза коефіцієнта відбиття залежать від частоти, тому що величина також залежить від частоти.

Приклади залежностей коефіцієнтів Френеля для вертикальної (,) та горизонтальної (,) поляризацій за падіння електромагнітної хвилі частотою 100 МГц на межу сухого та вологого ґрунту наведено на рис. 10.12а та 10.12б відповідно.

Зробимо припущення, що хвиля поширюється у вільному просторі та падає на межу з іншим середовищем.

а б

Рисунок 10.12. Залежність коефіцієнтів Френеля на частоті 100 МГц від кута падіння для ситуацій:

а – сухого (ε_r = 7, σ=0,001 См/м), б – вологого (ε_r=30, σ=0,02 См/м) ґрунтів відповідно.

Звертаємо увагу (рис. 10.12):

– характер залежностей коефіцієнтів Френеля (R i T) за різних видів поляризації суттєво відрізняється;

– змінення характеру залежності коефіцієнта відбиття для вертикальної поляризації , за кута падіння дещо більше 70^о для сухого ґрунту, та 80^о для вологого ґрунту обумовлено зміною його фази від 0^о до 180^о;

–кути, за яких вертикальна поляризація коефіцієнта відбиття дорівнює нулю, називаютькут Брюстера

,

– тенденції зміни коефіцієнтів проходження (заломлення) для вертикальної () та горизонтальної () зберігаються під час падіння з повітря на сухий та вологий ґрунт.

Для практики важливим фактором є зміна характеру поляризації, якщо кут падіння має більше значення, ніж кут Брюстера (таблиця 10.2)

Таблиця 10.2

Поляризація прямої хвилі	Поляризація відбитої хвилі за кутів
	φ < φБр	φ >φБр
Правостороння кругова Лівостороння кругова Правостороння еліптична Лівостороння еліптична	Лівостороння еліптична Правостороння еліптична Лівостороння еліптична Правостороння еліптична	Правостороння еліптична Лівостороння еліптична Правостороння еліптична Лівостороння еліптична

Зміна виду поляризації призводить до, так званої, «поляризаційної розв’язки» на рівні до -30 дБ, що є важливим під час проектування радіоліній, або в процесі розв’язання задач стосовно забезпечення електромагнітної сумісності (ЕМС) функціонування різних систем зв’язку.