Распространение радиоволн. Общие вопросы распространения радиоволн, страница 2

9.2.  Распространение радиоволн в свободном

пространстве.  Множитель ослабления

Вводятся понятия свободного пространства, множителя ослабления и основных потерь

 

Под свободным пространством понимают среду, которая не оказывает заметного воздействия на радиоволны определенной длины, т. е. в свободном пространстве волны заметно не поглощаются, не рассеиваются и не отражаются, распространяясь прямолинейно со скоростью света.

Как было отмечено выше, среды на радиоволны различной длины оказывают различное воздействие. Поэтому понятие свободного пространства не имеет абсолютного значения. Например, для длинных и средних волн тропосфера является свободным пространством, а для волн сантиметрового диапазона эта среда является поглощающей, искривляющей траектории радиоволн. Определение напряженности поля волны, распространяющейся в свободном пространстве, производится на основе решения волновых уравнений для вакуума. Эти вопросы рассмотрены в первой части учебного пособия – “Основы электродинамики”. Используя понятие вектора Пойнтинга, нетрудно получить выражение для напряженности поля волны в свободном пространстве, которое широко применяется в инженерных методах расчета радиотрасс.      

Пусть в т. А (рис. 9.1.) расположен изотропный источник (ненаправленный), мощность излучения которого Р известна. В точке В, расположенной от точки А на расстоянии r, плотность потока мощности П (вектор Пойнтинга) будет равняться:

  ,  .                                      (9.1)                       

С другой стороны, по определению  , где: и – векторы напряженности электрического и магнитного  полей. Как извест-но,  величины и связаны величиной Z, на-зываемой волновым сопротивлением среды соотношением:

 ,

где               Z = ,   Ом.

Учитывая, что в рассматриваемом случае среда является свободным пространством, символ вектора над величинами П, Е, Н в дальнейшем можно опустить, так как все они взаимно ортогональны. В свободном пространстве диэлектрическая проницаемость среды имеет чисто вещественный характер, причем значения относительных диэлектрической и магнитной проницаемостей e = e₀ = 8,86 ^. 10^-12 Ф/м, m = m₀ = 4p ^. 10^-7 Гн/м.  Поэтому волновое сопротивление среды также принимает вещественное значение:

,  Ом.

В конечном счете, имеем систему уравнений:

                                                    ,                                                    (9.2)

                                                   ,                                       (9.3)

где  Е_д, Е_m – действующее и амплитудное значение напряженности электрического поля соответственно. Решая систему уравнений относительно Е_m, получим:

                                                   .                                              (9.4)

Как следует из (9.4), напряженность поля волны в свободном пространстве убывает обратно пропорционально расстоянию.

В случае использования в качестве излучателя направленной антенны, поток излучаемой мощности концентрируется в пределах определенного телесного угла, величина которого определяется размерами излучателя. По отношению к изотропному излучателю это означает выигрыш по излучаемой мощности при условии получения одинаковой напряженности поля в пункте приема. Дадим определение: отношение излучаемой мощности изотропным излучателем к мощности излучения реальной антенной при условии, что они в пункте приема создают одинаковую напряженность поля, называется коэффициентом направленности антенны (или коэффициентом направленного действия) и обозначается как D или КНД. Таким образом, с учетом направленности передающей антенны выражение для напряженности поля в пункте приема примет вид: