Материал: 751

На характер распространения радиоволн над поверхностью Земли влияет и сферичность Земли (рис. 1.10). Вопрос о том, как велико поле в области тени, создаваемой выпуклостью Земли, в какой степени радиоволны способны за счет дифракции преодолеть эту выпуклость, зависит от длины волны. Как известно, явление дифракции заметно проявляется, когда размер препятствия сравним с длиной волны, поэтому наиболее ярко дифракция проявляется на длинных волнах.

На распространение радиоволн значительное влияние оказывает и рельеф земной поверхности. Причем чем короче длина волны, тем это влияние сильнее. Радиоволны, распространяющиеся в непосредственной близости от поверхности Земли и частично огибающие е¸ выпуклость вследствие явления дифракции, получили название земных радиоволн.

Тропосфера представляет собой неоднородную среду. Свойства е¸ под действием метеоусловий меняются во времени. Тропосфера характеризуется постепенным уменьшением показателя преломления воздуха с высотой и обладает локальными неоднородностями показателя преломления.

Плавное изменение показателя преломления с высотой приводит к искривлению траектории радиоволн (рефракции) и способствует, как правило, повышению дальности распространения радиоволн из-за огибания ими земного шара.

Локальные неоднородности тропосферы вызывают рассеяние радиоволн (рис. 1.11). Влияние рассеяния проявляется только на волнах короче 1 метра. При более длинных волнах поле в области тени обусловлено дифракцией. Рассеянные радиоволны могут достигать точек на поверхности Земли, отстоящих от передатчика на расстояние до тысячи километров.

Радиоволны, распространяющиеся на значительные расстояния за счет рассеяния в тропосфере и волноводного действия тропосферы (рефракции), получили название тропосферных радиоволн.

Ионизированная часть атмосферы — ионосфера — содержит значительное количество положительно заряженных ионов и свободных электронов. Радиоволны с длиной волны более 10 метров отражаются от ионосферы и не могут покинуть пределы земной атмосферы. Для более коротких волн (в том числе оптических) ионосфера является прозрачной.

Отраженные ионосферой радиоволны, падая на полупроводящую поверхность Земли и также отражаясь от не¸, могут вновь отразиться от ионосферы. В результате подобного многократного отражения радиоволны могут попасть в сколь угодно удаленные точки земной поверхности и даже несколько раз обогнуть земной шар (рис. 1.12).

Радиоволны, распространяющиеся на большие расстояния в результате однократного или многократного отражения от ионосферы, а также радиоволны, рассеивающиеся на неоднородностях ионосферы, называются ионосферными радиоволнами.

1.5.Понятие о функции ослабления

Âпредыдущих разделах мы отметили существенное влияние близости Земли и окружающей е¸ атмосферы на процессы распространения радиоволн. Наличие этих факторов приводит

к тому, что поле на при¸мном конце радиолинии, находящейся в земных условиях, будет отлично от поля в свободном пространстве. Для учета этих факторов вводится функция или коэффициент ослабления

ãäå Å0m — амплитуда напряженности электрического поля в свободном пространстве; D — коэффициент направленного действия; Ð — мощность, излучаемая антенной.

Из последней формулы следует выражение для функции ослабления:

V(r) Em , E0m

или в децибелах

Представление функции ослабления в децибелах удобно тем, что общие потери на линии связи теперь могут быть определены как

ãäå L0 — основные потери в радиолинии, определяются по формуле (1.11); D1 è D2 — коэффициенты направленного действия передающей и приемной антенн, выраженные в децибелах; V(r) — функция ослабления в децибелах.

Плотность потока мощности, излучаемого передающей антенной, с учетом функции ослабления имеет вид

Эти формулы показывают, что с точки зрения распространения радиоволн основной задачей расчета линии связи является определение функции ослабления в различных условиях распространения земных, тропосферных, ионосферных волн. К определению функции ослабления V(r) при различных встре- чающихся на практике случаях распространения радиоволн и сводится, по существу, основное содержание дальнейших разделов пособия.

Контрольные вопросы

1.Объясните физическую причину ослабления напряженности поля в свободном пространстве.

2.Как зависит амплитуда напряженности поля и величина вектора Пойнтинга от расстояния в свободном пространстве?

3.Получите формулу идеальной радиосвязи в свободном пространстве.

4.Поясните физический смысл коэффициента направленного действия антенны. Как зависит напряженность поля в точке приема от КНД передающей антенны?

5.В чем состоит принцип Гюйгенса?

6.Как строятся зоны Френеля?

7.Как определяется область пространства, существенная для распространения радиоволн? Как изменяться эта область при увеличении частоты радиоволны?

8.Опишите влияние Земли, тропосферы и ионосферы на распространение радиоволн.

9.Между тропосферой и ионосферой на высоте от 10 до 80 километров находится область атмосферы — стратосфера. По- чему существование стратосферы не учитывается при распространении радиоволн?

2. Распространение земных радиоволн при поднятых антеннах

Строгое решение задачи о распространении земных радиоволн над реальной поверхностью Земли в общем случае весьма сложно. Поэтому при теоретическом изучении и расчете земных радиотрасс пользуются некоторыми упрощенными моделями. Во-первых, полагают, что атмосфера — однородная, не поглощающая среда; во-вторых, полагают, что поверхность Земли гладкая и однородная на протяжении всей трассы, в-третьих, все случаи распространения земных радиоволн условно делят на три категории:

а) распространение при поднятых антеннах в зоне освещенности;

б) распространение при низко расположенных антеннах над плоской поверхностью Земли;

в) распространение в области тени и полутени.

Во всех этих случаях важную роль играют электрические параметры земной поверхности: r — относительная диэлектрическая проницаемость и — удельная проводимость. Относительную магнитную проницаемость r для практически всех типов земной поверхности можно считать равной единице.

2.1. Электрические параметры различных типов земной поверхности

Параметры реальной поверхности Земли отличаются большим разнообразием даже в пределах одной местности. Кроме того, эти параметры зависят от частоты (или длины волны), на которой они определяются. В табл. 2.1 приведены некоторые усредненные значения электрических параметров реальных почв или диапазон изменения этих значений с указанием использованной при измерениях длины волны [2].

Известно, что в любой немагнитной среде такие параметры электромагнитной волны, как фазовая скорость, длина волны в среде, коэффициент затухания определяются через r и [7, 10, 11]. Нас в дальнейшем будут интересовать коэффициенты отражения плоских волн с различной поляризацией от