11.3. Поширення радіохвиль із врахуванням сферичності Землі Скорегуємо отримані результати для реальної Землі.

11.3.1. Урахування сферичності Землі у межах прямої видимості

Як наведено вище, відстанню прямої видимості називають пряму між передавальною та приймальною антенами, яка є дотичною до земної поверхні (рис. 11.1, формула (11.1), (11.1а)

Якщо відстань між передавачем та приймачем r є в межах напівтіні: необхідно враховувати сферичність Землі.

Для визначення напруженості поля на відстані, меншій за , можна застосовувати формулу Введенського, але підставляти в неї не фактичні висоти антента, а приведені –та.

(11.29)

(11.29а)

11.3.2. Поширення радіохвиль над однорідною гладкою поверхнею Землі із урахуванням дифракції

Поширення радіохвиль за межі прямої видимості пояснюють явищем дифракції. Це твердження, запропоноване Г. Ватсоном у 1918 році актуальне для низькочастотних хвиль (які дифрагують).

Для визначення впливу дифракції на процес поширення радіохвиль за високо розташованих передавальної та приймальної антен трасу розбивають на три ділянки (рис. 11.1):

– зона освітленості ();

– зона напівтіні ();

– зона тіні ().

В. А. Фок отримав загальну формулу для напруженості електричного поля в місці приймання, яка актуальна для будь-яких відстаней від передавача. Але ця формула математично складна, її використовують, здебільшого для зони тіні. Особливістю цієї формули є наведення множника послаблення, як добуток трьох функцій:

(11.30)

або

(11.30а)

де – функція, яка залежитьвід відстані та електричних параметрів земної поверхні, – функції, які залежатьвід висот передавальної та приймальної антен.

Фок запропонував параметри траси надати у величинах:

– розмірний масштаб відстані: , м, (11.31)

– розмірний масштаб висот: , м. (11.31а)

Параметри радіоканалу визначають із застосуванням цих величин:

, ,. (11.32)

Залежність функцій ,від їх аргументів визначають із графіків залежності множника послаблення від відстані та висоти – рис. 11.11.

Рисунок 11.11. Функції: а – , б – V₁(y₁, y₂) – для y = 0,01…1, в – V₂(y₁, y₂) для y = 1…100;

11.4. Поширення наземних радіохвиль над нерівною місцевістю

Практично врахувати вплив усіх перешкод на шляху радіохвилі неможливо. Для точного розрахунку необхідно аналізувати кожну конкретну ситуацію проходження радіохвиль за умов нерівної місцевості.

Реально радіохвилю, можна моделювати еліпсоїдом обертання, з урахуванням діаграми спрямованості антени.

У результаті відбивання радіохвилі від нерівної (горбистої) поверхні в точку приймання приходять пряма та відбита хвилі (рис. 11.12). Для кожної з яких існує своя область, суттєва для поширення (яка теж має форму еліпсоїда):

Рисунок 11.12. Ділянка земної поверхні, яка формує відбиту хвилю

Пагорби можуть екранувати область поширення радіохвиль, що призводить до послаблення хвилі. Тому антени повинні бути підняті так, щоб перша зона Френеля була над пагорбами.

Закони геометричної оптики є прийнятними, якщо промінь падає на гладку поверхню. Але через нерівність Землі радіохвилі відбиваються у різних напрямах (і у зворотному також). Таке відбивання має назву розсіяння.

Визначимо співвідношення між довжиною хвилі та висотою перешкоди, яку необхідно враховувати під час поширення радіохвиль (рис. 11.13).

Рисунок 11.13. Процес проходження фронту хвилі, відбитої від горбистої поверхні Землі

Частина енергії фронту хвилі, що падає, відіб’ється від різних ділянок земної поверхні (фронт відбитої хвилі). За таких умов є різниця ходу променів відбитих від точокD і B, яка призводить до зсуву за фазою , внаслідок збільшення відстані за траєкторією:

(11.33)

Зсув за фазою

(11.34)

Якщо , то хвилю можна вважатипласкою, тобто мінімально допустима висота

(11.35)

Таким чином поверхню можна вважати рівною, тобто відбивання є близьким до дзеркального, якщо виконано умову .Цю умову називають критерій Релея.

Вплив шорсткості зростає зі збільшенням довжини хвилі. У діапазонах дециметрових, метрових хвиль треба враховувати нерівність моря, середніх довжин (будинки тощо).

Особливою є ситуація шорсткої поверхні – велике місто. Дослідним шляхом визначено, що напруженість поля у місті менше, ніж на відкритій місцевості приблизно в 3...5 разів. Тому для орієнтовного оцінювання середнього рівня напруженості поля можна використовувати формулу Введенського, з коефіцієнтом (0,2...0,4). Також необхідно враховувати поглинання та відбивання радіохвиль усередині приміщень.

У сучасних умовах сформовано багато моделей процесу поширення радіохвиль, деякі з них наведені в розділі 14.