- •41 Диэлектрики в электростатическом поле. Механизм поляризации диэлектриков. Диэлектрическая проницаемость
- •1. Понятие, классификация радиоволн
- •2. Особенности распространения радиоволн
- •3. Факторы, влияющие на дальность и качество радиоволн
- •42Факторы, влияющие на распространение радиоволн
- •Напряженность поля
- •2.2. Зоны Френеля
- •Влияние тропосферы на ррв
- •Лекция 10. Особенности распространения ультракоротких радиоволн
- •10.1. Распространение земной волны в диапазоне укв
- •Гравитационное, магнитное и электрическое поля Земли
- •Анализ формулы Введенского показывает, что
- •Слои ионосферы
- •Пути распространения декаметровой волны в плоском отражающем слое ионосферы в. П. Пашинцев, с. А. Тишкин, м. Э. Солчатов Филиал Ростовского военного института ракетных войск
- •Максимальная применимая частота
- •Определение максимально применяемой частоты (мпч) по данным ионосферного прогноза
- •1. Краткие сведения по теме
Напряженность поля
Напряженность поля - теория.В свободном пространстве, однородной непоглащающей среде с ε = 1, радиоволны распространяются прямолинейно, ослабляясь с увеличением расстояния. Действующее значение напряженности электромагнитного поля (Eд) в мВ/м определяется уравнением:
(1) |
где: Рпер – мощность передатчика, кВт;
Gпер– коэффициент усиления передающей антенны в направлении точки приема относительно полуволнового вибратора;
R– расстояние между передающим и приемным пунктами, км.
Для удобства расчетов напряженность поляиногда выражается в децибелах по отношению к напряженности поля, равной 1 мкВ/м и обозначается дБ·мкВ/м или dBμV/м:
(2) |
Именно эта формула использована при построении кривой напряженности поля рис.4 (основной текст) для свободного пространства (Н → ∞).
Общей особенностью для метровых и дециметровых волн является то, что они распространяются, в основном, в пределах прямой видимости. Напряженность поля убывает с увеличением расстояния от передающей антенны. У границы зоны прямой видимости возникают колебания уровня напряженности поля из-за огибания поверхности земли (явление дифракции) и искривленные траектории за счет преломления в атмосфере (явление рефракции). Ввиду отражения от поверхности земли и преломления, обусловленного неоднородным строением атмосферы, в точку приема приходят две или более волн со случайными фазами и амплитудами. На распространение волн также влияют метеорологические условия (температура, влажность, давление и т.д.), рельеф местности и многое другое. Оптическая дальность TV станции определяется радиусом Земли (рис.1):
(3) |
где Hиh– высоты передающей и приемной антенн соответственно, м.
Радиовидимость несколько больше оптической из-за частичной дифракции и слабой рефракции в нижних слоях атмосферы увеличивается примерно на 15%. С учетом этого, радиовидимость:
(4) |
На рис.2 представлены обе зависимости дальности от высоты подъема передающей антенны.
44
2.2. Зоны Френеля
Область пространства, существенно участвующая в формировании поля в точке приема. В теории распространения радиоволн, особенно при оценке влияния земли, важное значение имеет понятие "область, существенная для распространения радиоволн". Пусть в свободном пространстве расположена передающая изотропная (ненаправленная) антенна в точке А. В точке В расположена приемная антенна. Рассмотрим способ передачи энергии из точки А в точку В. Можно предположить, что энергия передается по тоненькой ниточке - лучу АВ или в каком-то объеме пространства. Вопрос о форме пространства, эффективно - участвующего в передаче энергии решается на основе принципа Гюйгенса - что каждый элемент поверхности фронта волны является источником вторичной сферической волны.
Зафиксируем в какой-то момент времени фронт волны на расстоянии r1. Необходимо определить поле в точке В. На поверхности сферы фазы одинаковы. Выберем точку М (рис. 2.3) из условия М1В = r2 + λ / 2. Все точки сферы на участке ММ1 создают в точке В поля не отличающиеся более, чем на 180° от поля создаваемого кратчайшим лучом АВ. Далее расположим точки М2, ..., Мn так чтобы: М2В = r2 + 2λ / 2; ...; МnВ = r2 + nλ / 2.
Рис.2.3. К построению зон Френеля
Если посмотреть из точки В в направлении сферы мы увидим ряд концентрических окружностей. Участки, заключенные между двумя соседними окружностями получили название зон Френеля. Можно сказать, что колебания создаваемые второй зоной Френеля отличаются по фазе на 180°, от колебаний создаваемых первой зоной Френеля и т.д. Эти зоны маркируются знаками "+" и "-". В курсах оптики показано, что действие смежных высших порядков взаимно компенсируется, причем чем больше порядковый номер зоны, тем полнее осуществляется эта компенсация. В результате такой попарной нейтрализации смежных зон, совокупное действие всех зон эквивалентно действию примерно половины первой зоны Френеля. Таким образом, первая зона Френеля ограничивает область пространства существенно участвующего в процессе распространения радиоволн и должна быть свободной от препятствий.
Emax = E1max - E2max + E3max - E4max +…
Для выявления количественных соотношений удобно записать ряд в виде
Еmах = E1max / 2 + (E1max / 2 - E2max + E3max / 2) + (E3max / 2 -E4max + +E5max / 2) +…
Поскольку соседние члены ряда мало отличаются друг от друга, то значение поля в каждой из скобок близко к нулю и в первом приближении результирующее поле Еmах ≈ Е1mах / 2.
Радиусы зон Френеля можно рассчитать по формуле
ρn= ,
где n- номер зоны Френеля.
Результат последовательного от зоны к зоне алгебраического суммирования полей можно проследить по кривой, приведенной на рис.2.4. При суммировании полей от источников только первой зоны напряженность поля возрастает до Е = 2Е0, где Е0 - поле в свободном пространстве. При дальнейшем сложении проявляется действие противофазных полей от источников второй зоны, и результирующая напряженность поля уменьшается. Компенсирующее действие полей от источников четных зон Френеля обусловливает немонотонный закон приближения величины Е к Е0 при n→∞. Поле в точке приема определяется суммарным действием вторичных источников, распределенных по воображаемой поверхности, замкнутой вокруг источника А или точки приема В.
Таким образом, существенная область как пространственная фигура является эллипсоидом вращения с фокусами в точках передачи и приема.
Для увеличения напряженности поля в точке приема рядом с передающей антенной устанавливают кольца из металлической сетки, которые закрывают вторую, а иногда вторую и четвертую зоны Френеля.
Рис.2.4. Суммирование полей от источников различных зон при открытии диафрагмы на трассе |
Чем короче длина волны, тем меньше поперечные размеры существенного эллипсоида. Например, при длине трассы 10 км размеры первой зоны Френеля посередине трассы при различных длинах волн будут равны:
Таблица 2.1
Размеры радиуса первой зоны Френеля посередине трассы длиной 10км
λ, м
|
100
|
10
|
1
|
0,1
|
0,01
|
0,001
|
ρ1,м
|
500
|
160
|
50
|
16
|
5
|
1,6
|
При этом большая ось существенного эллипсоида, соизмеримая с длиной радиолинии, в сотни и тысячи раз больше его малой оси, т.е. эллипс сильно вытянут вдоль трассы.
Заметим, что существенная область имеет форму эллипсоида вращения только при использовании ненаправленных антенн в точках передачи и приема. Реально ее форма более сложная и зависит от диаграмм направленности (ДН) антенн.
45