Материал: 751

8.Какой характер имеет зависимость напряженности поля от расстояния в зоне освещенности и зоне тени при поднятых антеннах? Объясните разный характер этих зависимостей.

9.Как зависит напряженность поля по формуле Введенского от высоты приемной антенны? Какова эта зависимость в действительности?

3. Распространение земных радиоволн при низко расположенных антеннах

В диапазонах длинных, средних и отчасти коротких волн в качестве антенн используют различного типа вибраторы, расположенные непосредственно на поверхности Земли. Это объясняется, во-первых, большой длиной волны, при которой поднять антенну на несколько длин волн не представляется возможным. Во-вторых, как увидим ниже, такое расположение имеет свои определенные преимущества. В предыдущем разделе распространение радиоволн при поднятых антеннах рассматривалось на основе отражательной трактовки. При низко расположенных антеннах она в общем случае неприменима, хотя бы потому, что невозможно выделить по отдельности падающую и отраженную волны. Однако, как было показано в п. 2.3.3, для идеально проводящей Земли отражательная трактовка справедлива для любых высот расположения антенн. Поэтому, используя отражательную трактовку, вначале определим поле, создаваемое низко расположенным вибратором над идеально проводящей Землей. Затем рассмотрим особенности распространения радиоволн над реальной почвой в сравнении со случаем идеально проводящей Земли.

3.1. Формула идеальной радиопередачи

Рассмотрим вопрос об оптимальной ориентации вибратора относительно поверхности идеально проводящей Земли. Для этого рассмотрим два случая расположения симметричного вибратора над поверхностью Земли (рис. 3.1,à,á). Согласно методу зеркальных изображений действие Земли можно учесть введением зеркального изображения реальных зарядов с противоположными знаками.

Èç ðèñ. 3.1,à следует, что для вертикального вибратора ток

âзеркальном изображении имеет то же направление, что и

âреальном вибраторе. Это приводит к увеличению поля в точ- ке наблюдения в два раза по сравнению с полем в отсутствии Земли при условии сохранения величины входного тока. В случае горизонтального вибратора (рис. 3.1,á) ток в зеркальном изображении имеет противоположное направление по

Эта формула называется формулой идеальной радиопереда- чи. Этим подчеркивается двоякая идеализация: во-первых, не принимается во внимание кривизна Земли, во-вторых, ее поверхности приписываются свойства идеального проводника. Отметим, что зависимость E(r) 1r осталась такой же, как в свободном пространстве. Это вполне естественно, так как идеальные проводники не поглощают энергию электромагнитных волн.

Если Земля будет иметь конечную проводимость, то волна будет проникать в Землю и это приведет к следующему:

а) изменится структура поля в точках на поверхности Земли;

б) энергия волны будет поглощаться в Земле, и это приведет к дополнительному ослаблению поля. Это ослабление учитывается введением в формулу идеальной радиопередачи (3.1) множителя ослабления W, зависящего от расстояния и электрических параметров почвы:

ãäå r2 — комплексная относительная диэлектрическая проницаемость почвы (2.1).

Рассмотрим следствия «а» и «б» по отдельности. В каче- стве передающей антенны будем предполагать для определенности несимметричный вибратор (рис. 3.1,â), хотя все выводы будут справедливы для любых низко расположенных антенн с вертикальной поляризацией поля излучения.

3.2. Структура поля над поглощающей поверхностью Земли

Определение структуры поля означает нахождение соотношений между составляющими векторов E è H в какойлибо точке. Предположим, что точка наблюдения находится на поверхности Земли на достаточном удалении от передающей антенны (в ее дальней зоне). Изменения, происходящие в структуре поля при замене идеально проводящей Земли на поглощающую, показаны на рис. 3.2. Передающая антенна

6 4 3. Распространение радиоволн при низко расположенных антеннах

расположена слева (на рисунке не показана) так, что распространение волны происходит слева направо.

Рис. 3.2. Структура поля над идеально проводящей (à) и поглощающей (á) Землей

Над идеально проводящей Землей вектор Пойнтинга П направлен вдоль Земли, вектор E перпендикулярен, а вектор H параллелен поверхности Земли, так что выполняются гранич- ные условия для идеальных проводников (Et Hn 0), где индекс t означает тангенциальную (касательная к поверхности Земли) составляющую какого-либо вектора, а индекс n — соответственно нормальную (перпендикулярную) составляющую.

Над реальной (с конечной проводимостью) поверхностью Земли происходит наклон вектора Пойнтинга в сторону Земли, поскольку энергия волны из воздуха частично проникает в Землю и поглощается в ней в виде тепла. Поскольку вектора E è H перпендикулярны вектору П , то происходит наклон вектора E в направлении движения волны. Таким образом, на поверхности появляется составляющая E1t. Задача о структуре поля в основном сводится к определению этой составляющей. Конечно, на поверхности почвы выполняются точные граничные условия электродинамики [7, 10, 11]:

Эти условия не позволяют ответить на вопрос о структуре поля, поскольку число неизвестных больше числа уравнений. Задача имела бы точное решение, если уравнения (3.3) рассмотреть вместе с уравнениями Максвелла для воздуха и Земли и найти поля из этих уравнений с учетом граничных усло-