Часть V. Распространение радиоволн в природных условиях.

Условия распространения радиоволн от передатчика к приемнику в линии связи или от радиолокатора к обнаруживаемому объекту и обратно в радиолокационной линии существенно влияют на работу РТС в целом. Это сказывается на таких важных характеристиках РТС, как дальность действия и точность определения координат цели.

При работе РТС в реальных условиях необходимо учитывать конкретные природные явления, влияющие на распространение радиоволн вблизи земли:

- отражение радиоволн от земной поверхности;

- дифракция радиоволн вокруг земли;

- рефракция, обусловленная неоднородностью атмосферы по высоте;

- поглощение радиоволн газами, образующими атмосферу, и метеоосадками;

- рассеяние радиоволн неоднородностями тропосферы (тропосферное рассеяние);

- отражение радиоволн определенного диапазона () от ионосферы.

§5.1. Влияние “плоской” земли на распространение радиоволн.

Влияние земли на распространение радиоволн, излучаемых каким-либо источником электромагнитной энергии (например, антенной), можно проиллюстрировать на идеализированном примере - “плоской” земле (рис. 5.1), где , - высота расположения передатчика и приемника радиоволн; 1, 2, 3 – прямой, отраженный и преломленный лучи, соответственно; – угол скольжения луча.

Величина амплитуды поля в точке B определяется:

1. разностью хода лучей АВ и АОВ, которая обуславливает при фиксированной λ разность фаз сигналов, пришедшим по путям 1 и 2;

2. фазой коэффициента отражения от поверхности земли;

3. амплитудой волны, пришедшей в точку В по пути 2.

Амплитуда отраженной волны определяется значением диэлектрической постоянной почвы, углом падения и зависит от плоскости поляризации падающей волны.

Рис. 5.1. Отражение волн от плоской Земли.

Коэффициенты отражения находятся по известным формулам Френеля: для горизонтальной поляризации:

при (5.1)

при ; (5.2)

при , (5.3)

для вертикальной поляризации

; (5.4)

при ; (5.5)

при . (5.7)

при (угол Брюстера)

, , (5.8)

где – относительная комплексная диэлектрическая проницаемость среды, λ измеряется в метрах.

Значения ε и σ для различных сред приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1. Значения ε и σ для различных сред.

Среда	ε	σ См/м
Вода морская Вода пресная Земля влажная Земля сухая	80 80 5 – 20 2 – 6	0,66 – 6,6 – – –

Формулы Френеля выведены в предположении гладкости земли, по крайней мере, в пределах так называемого “существенного” для отражений участка (см.Ф.Б. Черный “Распространение радиоволн”). Такая идеализация справедлива не всегда. Участки земли, имеющие шероховатости, сравнимые с λ, дают диффузное отражение.

При диффузном отражении поток отраженной энергии I зависит от угла θ и в соответствии с законом Ламберта определяется соотношением . Вид диаграммы отражения не зависит от угла падения (рис. 5.2,а). Однако, строго говоря, отражение от земли в большей или меньшей степени является полудиффузным (рис. 5.2,б) и чем меньше длина волны, тем вероятнее выполнение условий, при которых отражение близко к диффузному.

Характер отражения от поверхности земли зависит не только от соотношения между λ и высотой шероховатости , но и от . В соответствии с критерием шероховатости Релея поверхность дает зеркальное отражение, если высота шероховатостей отвечает соотношению .

Рис. 5.2. Типы диаграмм отражения.

Диаграмму направленности антенны с учетом отражений от земли можно приближенно найти как результирующую диаграмму от двух излучателей, разнесенных на расстояние . Для них в дальней зоне разность фаз определяется выражением:

, (5.9)

при имеем

, (5.10)

где – изменение фазы сигнала при отражении от земли.

Результирующая амплитуда двух сигналов единичной амплитуды с разностью фаз равна

. (5.11)

Отношение мощности в точке В при наличии земли и мощности в случае свободного распространения будет , причем .

Если , то диаграмма направленности слабо направленной антенны с учетом земли приобретает многолепестковый характер. Напряженность поля для горизонтальной поляризации максимальна при и минимальна при , Число полных лепестков в диаграмме направленности такой антенны будет определяться выражением .

Таким образом, диаграмма направленности антенны, частично облучающей землю, может существенно искажаться за счет интерференции прямого и отраженного от земли лучей. Искажения диаграммы направленности могут приводить к существенной ошибке в определении угловых координат целей, к образованию мертвых зон и т.д. В ряде случаев отражения от земли играют положительную роль, увеличивая напряженность поля в некоторых направлениях (это используется, например, при проектировании РЛС дальнего обнаружения).