Ослабление напряженности поля радиоволн в атмосфере. Основные энергетические соотношения для радиотрасс в свободном пространстве

2 часа

Лекция 2: ОСЛАБЛЕНИЕ НАПРЯЖЕННОСТИ ПОЛЯ                 

               РАДИОВОЛН В АТМОСФЕРЕ

План занятия:

Время	№п/п	Содержание раскрываемого вопроса:
45 мин.	1	Основные энергетические соотношения для радиотрасс  в свободном пространстве
45 мин.	2	Ослабление поля в свободном пространстве. Множитель  ослабления

2.1. Основные энергетические соотношения для радиотрасс  в     свободном пространстве

Для оценки возможности обеспечения связи РРЛ и телерадиовещания используются энергетические характеристики.  С целью раскрытия сущности этих характеристик необходимо поэтапно рассмотреть особенности распространения УКВ радиоволн.

Рассмотрим вариант распространения радиоволн в свободном пространстве. При распространении радиоволн в свободном пространстве (где отсутствуют молекулы, атомы и свободные заряды) изменение плотности потока мощности  определяется только сферической расходимостью фронта волны (рис. 2.1). Относительная диэлектрическая проницаемость  и относительная магнитная проницаемость  свободного пространства равны единице.

 

Рис. 2.1. Сферическое распространение радиоволн

В данном случае плотность потока мощности (модуль вектора Пойтинга , Вт/м²) на расстоянии  от ненаправленного излучателя определяется равенством

,                                                                                                                                                        (2.1.1)

где Р – мощность, подводимая к излучателю, Вт.

На больших расстояниях от излучателя в пределах небольшой площади, которую занимает приемная антенна, волну можно с достаточно большим допущением считать плоской, для которой справедливо соотношение

,                                                                                                                                                     (2.1.2)

где - эффективное значение напряженности электрического поля, В/м;

- волновое сопротивление свободного пространства (в системе единиц СИ  ;  ),

Сравнивая выражения (1) и (2) получим

.                                                                                                                                                           (2.1.3)

В случае применения направленных антенн, в направлении максимума излучения энергии значения  и можно получить из следующих выражений:

;                                                                                                                                                           (2.1.4)

,                                                                                                                                                       (2.1.6)

где G - коэффициент направленного действия передающей антенны, т.е. отношение мощности, подводимой к ненаправленному излучателю к той мощности, которую необходимо  подвести к реальной антенне, ориентированной максимумом излучения на точку приема, чтобы создать в ней одну и ту же напряженность поля или плотность потока мощности (пологается, что к.п.д. антенны достаточно высокий, h_а=1). В общем случае напряженность поля и плотность потока мощности во всех направлениях будут определяться выражениями:

;                                                                                                                                              (2.1.7)

,                                                                                                                                           (2.1.8)

где    – нормированная характеристика направленности передающей антенны по напряженности поля;  и  - углы в вертикальной и горизонтальной плоскостях, отсчитываемые от направления максимального излучения антенны ().

Для расчета радиосистем необходимо знать мощность сигнала Р₂ или напряжение сигнала  u₂ на входе приемника (рис. 2.2).

                                            Рис. 2.2. Структурная схема радиоканала

Обозначим мощность передатчика через  Р₁, коэффициент полезного действия системы передачи энергии от передатчика к передающей антенне через , коэффициенты усиления передающей и приемной антенн через G₁, G₂, коэффициент полезного действия передачи энергии от приемной антенны на вход приемника через . С учетом принятых обозначений плотность потока мощности в направлении максимального излучения будет определяться формулой

.                                                                                                                                                     (2.1.9)

Для определения мощности сигнала на входе приемника необходимо умножить значение модуля вектора Пойтинга  на действующую площадь приемной антенны   и к.п.д приемного фидера :

,                                                                                                                                                   (2.1.10)

Значение действующей площади равно 

.                                                                                                                                                 (2.1.11)