Материал: 751

7 0 3. Распространение радиоволн при низко расположенных антеннах

суммирования полей вторичных излучений, расположенных на плоскости S0.

Рис. 3.5. К объяснению понятий «взлетной» и «посадочной» площадок

Сравним вклад в поле, создаваемый вторичными источниками с элементарных площадок dS1 è dS2. Вклад площадок в создание поля в точке À определяется суммарным расстоянием r. Очевидно, что чем больше это расстояние, тем меньше вклад в поле в точке À. Таким образом, вклад вышерасположенной площадки меньше по сравнению с вкладом нижерасположенной.

Пусть теперь Земля не является идеальным проводником. Тогда роль элементарных площадок изменится. Поле в точке À определяется теперь не только расстоянием r, но и ослабляющим действием Земли. В результате утечки электромагнитной энергии в Землю поле над реальной Землей оказывается ослабленным (по сравнению с полем над идеальной землей). Чем ближе к земле площадка, тем сильнее сказывается ослабляющее действие Земли. Следовательно, в случае реальной Земли более существенный вклад в поле в точке À вносят вторичные источники высокорасположенных элементарных площадок. То есть вклад площадки dS2 больше вклада площадки dS1 (ðèñ. 3.5).

Таким образом, при распространении радиоволны вдоль трассы она как бы «взлетает» над поверхностью Земли и «опускается» в точке приема (рис. 3.6). При этом очевидно, что параметры трассы не влияют существенно на величину поля в точке приема À. Исключение составляют участки поверхности вблизи антенн, поскольку они определяют общее ослабление

волны . Таким образом, концевые участки трассы, называемые «взлетной» и «посадочной» площадками, играют наиболее существенную роль в распространении земных радиоволн при низко расположенных антеннах. Следовательно, для обеспече- ния уверенной радиосвязи при низко расположенных антеннах важным является выбор места расположения передающей и приемной антенн.

A B

Рис. 3.6. Механизм распространения радиоволн при низко расположенных антеннах

Как уже отмечалось выше, функция ослабления является комплексной величиной. Представим ее в виде

W(r) W(r) ej (r).

Модуль ее определяет ослабление амплитуды поля. Выясним, что определяет фаза (r) функции ослабления. Для ответа на этот вопрос запишем напряженность поля волны с полным фазовым множителем:

Определим фазовую скорость волны, приравняв к нулю полный дифференциал фазы [3, 10]:

dt kdr d dr 0. dr

Отсюда получим

Как следует из формулы (3.16), фазовая скорость волны определяется изменением фазы с расстоянием. Анализ функции ослабления (3.12) показывает, что фаза изменяется в начале трассы, а затем остается практически постоянной [3]. Это означает, что фазовая скорость волны вблизи передающей антенны постепенно увеличивается и на некотором расстоянии от нее приближается к скорости света. Обратный процесс —

7 2 3. Распространение радиоволн при низко расположенных антеннах

замедление скорости волны — происходит вблизи приемной антенны. Волна как бы разгоняется вблизи передающей и замедляется вблизи приемной антенны, что подтверждает рассмотренный выше механизм распространения. Основную часть трассы волна проходит со скоростью света независимо от характера почвы, над которой распространяется. Этот вывод имеет решающее значение в таких применениях радио, как радионавигация и радиопеленгация.

3.4. Распространение радиоволн при низко расположенных антеннах над неоднородной трассой

Реальная поверхность Земли в редких случаях является однородной. Чаще всего она представляет собой электрически неоднородную поверхность сложной формы. Рассмотрим плоский участок земной поверхности с двумя почвами, отличающимися друг от друга диэлектрической проницаемостью и проводимостью (рис. 3.7).

1 1 2 2

Ðèñ. 3.17. 1Неоднородная радиотрасса2 2

Определим множитель ослабления в точке приема. Долгое время для вычисления множителя ослабления для неоднородной почвы пользовались приближенными методами [3]. Эти методы основывались на том, что поглощение радиоволн при их распространении над каким-либо участком пропорционально длине участка с данной почвой и не зависит от положения этого участка на трассе. Такой подход приводил к ошибкам в определении напряженности поля в точке приема, обусловленным тем, что в действительности радиоволны больше всего поглощаются концевыми участками трассы, прилегающими к

антеннам. Оценка множителя ослабления для неоднородной трассы была проведена в работах Е.Л. Фейнберга. Он полагал, что модуль комплексной диэлектрической проницаемости каждой из почв много больше 1, то есть применимы граничные условия Леонтовича. Для случая, когда электрические параметры почвы резко изменяются (например, суша-море), Фейнберг Е.Л. получил формулу для расчета множителя ослабления [1,3]:

21 2 r1 r2

r1 r2

Выражение (3.17) позволяет выявить своеобразный эффект, который является специфическим при распространении радиоволн над поверхностью Земли и заключается в следующем: при распространении радиоволн над однородной почвой множитель ослабления всегда убывает с увеличением расстояния, над неоднородной почвой возможны отступления от этого правила.

Например, пусть участок, примыкающий к передатчику, обладает меньшей проводимостью, чем участок, примыкающий к приемнику ( 1 < 2 ), а длины участков примерно одинаковы (r1 r2). В этом случае численное расстояние 1 будет больше численного расстояния 2. Если при этом численные расстояния велики, то

При больших 1 множитель ослабления на первом участке определяется формулой

1

W1 2 1 .

На втором участке множитель ослабления определяется формулой (3.17). В связи с этим при переходе на второй участок должен иметь место скачок напряженности поля вверх, поскольку множитель ослабления W1 оказывается значительно больше множителя ослабления W2 .