Краткие теоретические сведения
Электромагнитные свойства любой среды, в том числе и поверхности Земли, характеризуются относительной диэлектрической проницаемостью ε, удельной проводимостью σ и относительной магнитной проницаемостью µ. За редким ис- ключением, все виды земной поверхности являются немагнитными материалами, для которых µ ≈ 1. Экспериментально установлено, что электрические параметры почв определяются в основном их влагонасыщенностью. Она меняется в течение года, а в зимний период при отрицательных температурах вода превращается в лед. В табл.3 приведены ориентировочные значения относительной диэлект- рической проницаемости и удельной проводимости для типичных видов земной поверхности. Эти параметры определены при различных температурах и для раз- личных частотных диапазонов.
Среды разделяют на диэлектрики и проводники по отношению плотностей тока смещения δсм и тока проводимости δ. Это отношение равно
, (22)
где λ = c / f – длина волны, f – частота, c = 3 · 108 м/с – скорость света.
Таблица 3. Электрические параметры типичных видов земной поверхности
Если отношение 
, то влияние тока проводимости мало и почва являет- ся диэлектриком. При 
почва рассматривается как проводник. Для частот менее 1.5 МГц поверхность Земли – везде проводник. В сантиметровом и дециметровом диапазонах она диэлектрик.
Влияние земной поверхности проявляется в появлении отраженной электромагнитной волны. Направление движения падающей волны указывает ее вектор Пойнтинга Ппад. При ее падении под углом скольжения θ к земной поверхности образуется отраженная волна. Ее направление движения показывает вектор Пойнтинга Потр (рис. 41).
|
|
|
Отношение комплексных амплитуд напряженностей электрических полей отраженной и падающей волн называется коэффициентом отражения
. (6.23)
Рис. 41. Отражение волны от поверхности Земли
Коэффициент отражения зависит от вида поляризации падающей волны. Для горизонтальной поляризации
. (24)
Для вертикальной поляризации
. (25)
Анализ показывает, что зависимость модуля 
является монотонной, а зависимость 
– немонотонная. Она имеет минимум при некотором угле, называемом углом Брюстера.
Рассмотрим распространение радиоволны вблизи земной поверхности. Пусть на высоте h1 в точке A расположена передающая антенна, которая излучает мощность P. Передающая антенна имеет диаграмму направленности F(θ,ϕ), где θ – угол места в вертикальной плоскости, ϕ – азимутальный угол в горизонтальной плоскости. Ширина диаграммы направленности в вертикальной плоскости 2∆θ, в горизонтальной плоскости – 2∆ϕ. Если обе эти величины выражены в градусах, то коэффициент направленного действия антенны D в направлении максимума диаграммы направленности:
|
|
|
. (26)
Передающую антенну далее будем полагать ненаправленной в горизонталь-
ной плоскости, что характерно для всех радиовещательных антенн. Ширина диаграммы направленности в горизонтальной плоскости 2∆ϕ = 360°. Диаграмма направленности передающей антенны в вертикальной плоскости F(θ).
На расстоянии r (r = CD) на высоте h2 в точке B расположена приемная антенна (рис. 42).
Из точки A в точку B радиоволна может приходить двумя путями: прямым и отраженным. Напряженность электрического поля образуется суммированием векторов напряженностей прямой и отраженной волн
Рис. 42. Пути прямой и отраженной волн в точку приема.
. 
(27)
Прямая волна распространяется под углом θ1 к горизонту по пути AB = r1
θ1 – arctg 
, (28)
. (29)
Напряженность поля прямой волны в точке приема
|
|
|
. (30)
Отраженная волна приходит из A в B по пути AOB = r2. При падении на поверхность Земли под углом скольжения θ2 в точке O волна отражается:
, (31)
. (32)
Коэффициент отражения от земной поверхности в значительной степени определяет напряженность поля отраженной волны в точке приема B:
(33)
Предполагается, что радиосвязь осуществляется на большое расстояние (r >>
h1 и r >> h2). Поэтому как для горизонтальной, так и для вертикальной поляризаций волны в точке приема, векторы можно считать параллельными. Это же условие позволяет при вычислении амплитуд полагать r1 = r2 = r. Тогда ампли- туда напряженности суммарного электрического поля в точке приема:
(34)
Радикал в выражении (34) описывает отличие поля при учете влияния Земли от поля в свободном пространстве. Он называется множителем ослабления, или интерференционным множителем. При перемещении вдоль трассы, когда меняется r при сохранении высот h1 и h2, изменяется разница фаз прямой и отраженной волн из-за фазового набега на ∆r = r2 – r1. Зависимость множителя ослабления от расстояния немонотонная (рис. 43).
|
|
|
При подъеме приемной антенны вверх, когда меняется h2 при сохранении вы соты h1 и расстояния r, также изменяется разница фаз прямой и отраженной волн
Рис. 43. Зависимость множиеля ослабления от расстояния
из-за фазового набега на ∆r = r2 – r1. Зависимость множителя ослабления от высоты немонотонная (рис. 44).
Рис. 44. Зависимость множителя ослабления от высоты
Анализ множителя ослабления обычно проводят при условиях r2 >> (h1 + h2)2 и θ1 ≈ θ2 ≈ θ << 1.
При этих условиях 
. Максимумы поля будут при выполнении условия
, (35)
где m = 1,2,3… – номера лепестков, начиная с дальнего по расстоянию или нижнего по высоте подъема приемной антенны (рис. 43 и 44). Выражение (34) является более общим, поэтому моделирование распространения радиоволны у плоской земной поверхности будем осуществлять на его основе.
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 483; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!