Ослабление напряженности поля радиоволн в атмосфере. Основные энергетические соотношения для радиотрасс в свободном пространстве, страница 2

Откуда окончательное выражение для определения мощности на входе приемника определяется выражением

.                                                                                                                                        (2.1.12)

Напряжение на входе приемника при согласованном подключении с АФУ можно определить выражением

                           ,                                                                                                                            (2.1.13)

где w_вх – входное сопротивление приемника, равное волновому сопротивлению АФУ.

2.2. Ослабление поля в свободном пространстве. Множитель  ослабления

Реальные условия распространения радиоволн существенно отличаются от распространения в свободном пространстве из-за наличия границы раздела атмосфера-Земля, неоднородностей строения атмосферы и земной поверхности. В этих условиях амплитуда электромагнитной волны уменьшается не только за счет сферической расходимости фронта, но и за счет поглощения энергии волны в атмосфере (гидрометеорах, в Земле и т. д.), а также пространственного распределения энергии при интерференции волн. При этом фаза волны будет определяться не только расстоянием от излучателя, но и изменением скорости распространения из-за электрической неоднородности атмосферы, появления отражений от границ раздела и т. д.

Для учета влияния поверхности Земли и атмосферы на распространение радиоволн вводят понятие множителя ослабления поля свободного пространства V, который  ниже для краткости будем называть просто множителем ослабления. Величина этого множителя определяется отношением напряженности поля на расстоянии  r от передающей антенны при распространении в реальных условиях к напряженности поля  на том же расстоянии в свободном пространстве:

,                                                                                                                                          (2.2.1)

где - модуль множителя ослабления,  - фаза множителя ослабления. То есть, -определяет изменение амплитуды напряженности поля сигнала, а - дополнительное изменение ее фазы.

В общем случае множитель ослабления определяется многими факторами: длиной радиотрассы, высотами поднятия антенн, длиной волны, видом поляризации радиоволн, характером подстилающей поверхности, а также неоднородностями атмосферы, подверженного весьма значительным случайным пространственным и временным изменениям.

Сложный случайный характер неоднородного строения атмосферы делает возможным лишь статистическое описание изменений множителя ослабления. В рассматриваемом курсе ограничимся приближенными выражениями, позволяющими вести инженерный расчет радиотрасс в зоне прямой видимости, статистические изменения в которой будут учитываться на наихудший случай.

Таким образом, напряженность поля  при распространении в реальных условиях всегда можно определить в виде произведения:

                                                                                                                                  (2.2.2)

где                                                                                                                                                                                   (2.2.3)

- эффективное значение напряженности поля в свободном пространстве; -фаза волны при ее распространении в свободном пространстве.

Мощность сигнала на входе приемника в реальных условиях будет определяться выражением

,                                                                                                                                          (2.2.4)

а напряжение сигнала на входе приемника

                              .                                                                                                                                      (2.2.5)

Из данных выражений нетрудно определить значение множителя ослабления, что необходимо, в некоторых случаях, для решения обратных задач при заданных параметрах аппаратуры связи:

,                                                                                                                                                (2.2.6)

или

                                  .                                                                                                                                           (2.2.7)

Следует заметить, что данные выражения верны для случая применения слабонаправленных антенн. В некоторых случаях, когда высоты антенн соизмеримы с размерами неоднородностей радиотрассы, необходимо точнее учитывать диаграммы направленности антенн во всех углах отражения волн при распространении.

В дальнейших расчетах значение P₂ принято выражать в децибелах относительно ватта (такой вариант широко используется во всей технической литературе). Ее значение записывается – [дБВт]. В этом случае выражение (2.2.4) примет вид:

,                                                                                                        (2.2.14)         

где Р₁ – выражена в дБВт, а остальные величины в децибелах , .  Величина L₀= есть ослабление при передаче электромагнитной энергии между направленными антеннами, расположенными в свободном пространстве.