Влияние атмосферы на распространение радиоволн в зоне прямой видимости. Существенная область однородного пространства, влияющая на распространение радиоволн

4 часа

Лекция 3: ВЛИЯНИЕ АТМОСФЕРЫ НА РАСПРОСТРАНЕНИЕ

                РАДИОВОЛН В ЗОНЕ ПРЯМОЙ ВИДИМОСТИ

План занятия:

3.1.  Существенная область однородного пространства, влияющая на

распространение радиоволн

При распространении радиоволн в однородном безграничном пространстве различные ее области неодинаково влияют на процесс распространения радиоволн, т.е. имеется некоторая существенная область, которая оказывает определяющее влияние на данный процесс.

Согласно принципу Гюйгенса-Френеля формируемое поле в произвольной точке приема, есть результат векторного сложения от виртуальных источников, расположенных в некоторой замкнутой поверхности (рис. 3.1).

Рис. 3.1.  К пояснению принципа Гюйгенса-Френеля

По мере удаления от линии, соединяющей излучатель и точку приема, интенсивность излучения виртуальных источников умень,шается как из-за увеличения расстояния до излучателя, так и за счет диаграмм  направленности. В этой связи область пространства, оказывающая  существенное влияние на процесс распространения радиоволн в однородной безграничной среде, есть эллипсоид вращения с фокусами в точках передачи и приема (рис. 3.2).  Сечение этого эллипсоида плоскостью, перпендикулярной линии АВ, дает окружность (существенную зону), называемую в зависимости от размеров определенной зоной Френеля.

Рис. 3.2.  Существенная область пространства

Если между излучателем и точкой приема установить перпендикулярно оси АВ непрозрачный экран с отверстием в точке С      (рис. 3.3), то отношение напряженности поля в точке приема  к напряженности поля при отсутствии экрана  (при распространении в свободном пространстве) в зависимости от площади отверстия будет иметь вид (рис. 3.4).

Определим радиусы зон Френеля, каждый из которых соответствует разности хода волны по двум траекториям: АВ и АС_nВ, которая отличается половиной длины волны  . Данное условие можно записать как

,                                                                                                                                 (3.1.1)

которое можно выразить из прямоугольных треугольников через расстояния до зоны Френеля (см. рис. 3.2, 3.3):

.                                                                                                                               (3.1.2)

Подкоренные выражения можно разложить в ряд Бинома, используя только первые два члена, так как :

.

То есть можно записать  ,  откуда

,   следовательно

,    ().                                                                                                                      (3.1.3)  

Первая зона Френеля в плоскости экрана есть круг с радиусом, определяемым формулой (3.1.3) при n=1, а зоны Френеля с n=2 и более – кольца, внешний радиус которых определяется формулой (3.1.3) (рис. 3.5).  Площади каждой зоны Френеля одинаковы и равны

.                                                                                                                                  (3.1.4)

Рис. 3.5. Зоны Френеля в некотором сечении существенной области

Из формулы (3.1.3) видно, что максимальный радиус зоны Френеля достигается при  r₁=r₂=r/2  и уменьшается по мере приближения к точкам А и В (см. рис. 3.2).

Из рис. 3.4 видно, что для радиусов зон Френеля с нечетным номером соответствует максимумы отношения , а четным минимумы. Причина заключается в том, что происходит сложение и вычитание полей от всех виртуальных источников расположенных в пределах незатененных зон Френеля.

По мере увеличения радиусов с увеличением номера зоны Френеля напряженность поля изменяется незначительно, поэтому существенная область ограничена 8-10 зонами. Дальнейшее увеличение вызывает изменение лишь 20% напряженности поля.

Кроме понятия существенной области пространства, вводится понятие минимальной области, которая представляет собой эллипсоид вращения. Радиусу сечения минимальной зоны соответствует отношение , и это соответствует  . Радиус минимальной зоны в плоскости экрана равен

.                                                                                                                                 (3.1.5)