Файл: Красюк Н.П. Электродинамика и распространение радиоволн учеб. пособие.pdf

Здесь ßi и Ü2 — размеры плоской части вершины препятствия (см.

рис. 15.19).

Для расчета напряженности поля на клиновидном препятствии используют результаты теории дифракции радиоволн на полуплос­ кости, согласно которой множитель ослабления

Здесь Н — высота препятствия, которая считается положительной, когда препятствие пересекает путь распространения радиоволн от точки А до точки В (см. рис. 15.19). В практических расчетах важ­ но знать только модуль множителя ослабления | V |, зависимость которого от параметра U приведена на рис. 15.20.

В зоне тени для значений U < —1 кривую можно аппроксимиро­ вать следующей приближенной формулой:

Из этой формулы видно, что в зоне тени множитель ослабления обратно пропорционален значениям Н и прямо пропорционален кор­ ню квадратному из длины волны L

Следовательно, неравенство (15.46) удовлетворяется’и препятствие можно счи­ тать клиновидным. Найдем параметр

Так как U < —1, то множитель ослабления определяется по формуле (15.49):

0,225 0,225

0,074

U 3

452

или

20 lg I У , I = —22,6 дб.

Для сравнения найдем величину множителя ослабления в предположений, что распространение радиоволн происходит над ровной сферической поверхностью Земли. По методу, изложенному в § 12.5, множитель ослабления при дифракци­ онном распространении УКВ определяется по формуле

V = £/(*) Ѵг(Уі) Уг 0/2).

где U(x), У2(г/і2) находят по графикам рис. 12.15, а, б соответственно. Парамет­ ры X , у 1, у 2 вычисляют по формулам

расчеты в приведенной выше задаче показывают, что наличие остро­ конечных препятствий в виде горных хребтов приводит к возникно­ вению в точке приема напряженности поля, превышающей иногда на. несколько порядков напряженность поля при дифракционном распространении УКВ над ровной сферической поверхностью Земли. Это явление подтверждается экспериментально и называется явле­ нием усиления поля при огибании радиоволнами горных хребтов.

Вокруг остроконечной горной вершины испытывают дифракцию не только волны, излучаемые передающей антенной, но также вол­ ны, отраженные от поверхности Земли. В результате в точку приема будет приходить четыре луча: 1—3, 1—4, 2—3, 2—4 (рис. 15.21).

При благоприятных фазовых соотношениях, которые могут быть реализованы подбором высот передающей и приемной антенн, ре­ зультирующее поле может быть в четыре раза больше одиночного луча, вычисленного по формуле (15.49).

При невыполнении условия (15.46) горный хребет следует рас­ сматривать как препятствие выпуклой формы и аппроксимировать его сферой или параболическим цилиндром. Для расчета напряжен­ ности поля могут быть использованы результаты теории дифракции радиоволн на сфере и параболическом цилиндре.

§ 15.8. Д А Л Ь Н ЕЕ ТРОП О СФ ЕРН О Е РАСП РО СТРА Н ЕН И Е УКВ

При дальнем тропосферном распространении УКВ (ДТР) на­ пряженность поля на расстояниях далеко за линией горизонта мо­ жет намного превышать значения, предсказываемые дифракционной теорией с учетом атмосферной рефракции. Это происходит в резуль­ тате рассеяния радиоволн из-за монотонного убывания диэлектри-

ческих свойств тропосферы с высотой (когерентное рассеяние), а также в результате рассеяния радиоволн на случайных слоистых неоднородностях тропосферы и неоднородностях турбулентного происхождения (некогерентное рассеяние). Эти неоднородности существуют одновременно, имеют разнообразную форму и непре­ рывно изменяются во времени по случайному закону.

Определим напряженность поля, создаваемую в результате рассеяния радио­ волн на неоднородностях тропосферы. В этом случае диэлектрическую проницае­ мость тропосферы 8 можно представить в виде суммы ее среднего значения е0 и значения Де, изменяющегося в пространстве и во времени по случайному закону

(см. § 13.2):

£ = £ q - | - Д е ,

В пункт приема рассеянные волны приходят только от объема V. Для остро­ направленных антенн, которые обычно используются на линиях дальнего тропо­ сферного распространения, объем V определяется пересечением пространственных диаграмм направленности передающей и приемной антенн. Объем V всегда лежит выше касательных плоскостей, проведенных из мест расположения передающей А н приемной В антенн (рис. 15.22).

о о

Так как Де<Се0 и £<с£о (Е0— напряженность поля падающей волны), то в уравнениях Максвелла можно оставить только те члены, у которых Де и £ вхо­ дят в первой степени. Тогда для переизлученного поля можно получить следую­ щее выражение [62]:

454

В другом крайнем случае, когда размер U неоднородности значительно превы­ шает зону Френеля 6(/і->-°°), будет наблюдаться зеркальное отражение радиоволн от неоднородности и выражение (15.54) примет вид

,Лг/;"

ГУ Ж/

\ f /

Из формул (16.55) и (15.56) видно, что случаи рассеяния и зеркального от­ ражения сильно отличаются друг от друга в зависимости от длины волны, разме­ ров неоднородностей и угла ф. При зеркальном отражении зависимость величи­ ны К от угла ф более резкая, а от длины волны более слабая, чем при рас­ сеянии.

Приведенные выводы были получены для функции корреляции вида гауссовой функции. Реальные тропосферные неоднородности имеют более сложную струк­ туру. В тропосфере всегда имеется большое число как слоистых неоднородностей, так и неоднородностей изотропной структуры, формы и размеры которых весьма разнообразны. Поэтому вычисление множителя ослабления при дальнем тропо­ сферном распространении УКВ является довольно сложной задачей. Следует, однако, отметить, что основные закономерности в поведении поля удовлетвори­ тельно отображаются приведенными выражениями.

В настоящее время главным образом экспериментально опреде­ лены основные особенности дальнего тропосферного распростране­ ния УКВ: замирания сигнала; уменьшение средних значений при­ нимаемого сигнала с увеличением протяженности линий ДТР; огра­ ниченность полосы пропускания и искажения сигналов на линии ДТР из-за интерференции большого числа волн, рассеянных неод­

456