Краткие теоретические сведения. Электромагнитные свойства любой среды, в том числе и поверхности Земли, характеризуются относительной диэлектрической проницаемостью

Электромагнитные свойства любой среды, в том числе и поверхности Земли, характеризуются относительной диэлектрической проницаемостью , удельной проводимостью и относительной магнитной проницаемостью . За редким исключением, все виды земной поверхности являются немагнитными материалами, для которых . Экспериментально установлено, что электрические параметры почв определяются в основном их влагонасыщенностью. Она меняется в течение года, а в зимний период при отрицательных температурах вода превращается в лед.

Среды разделяют на диэлектрики и проводники по отношению плотностей тока смещения и тока проводимости . Это отношение равно

(4.1)

где - длина волны, f – частота, м/с – скорость света.

Если отношение , то влияние тока проводимости мало и почва является диэлектриком. При , почва рассматривается как проводник. Для частот менее 1,5 МГц поверхность Земли – везде проводник. В сантиметровом и дециметровом диапазонах она диэлектрик.

Влияние земной поверхности проявляется в появлении отраженной электромагнитной волны. Направление движения падающей волны указывает ее вектор Пойтинга . При ее падении под углом скольжения к земной поверхности образуется отраженная волна.

Отношение комплексных амплитуд напряженностей электрических полей отраженной и падающей волн называется коэффициентом отражения

(4.2)

Коэффициент отражения зависит от вида поляризации падающей волны. Для горизонтальной поляризации

(4.3)

Для вертикальной поляризации:

(4.4)

Анализ показывает, что зависимость модуля является монотонной, а зависимость - немонотонная. Она имеет минимум при некотором угле, называемом углом Брюстера.

Рассмотрим распределение радиоволны вблизи земной поверхности. Пусть на высоте h₁ в точке А расположена передающая антенна, которая излучает мощность Р. Передающая антенна имеет диаграмму направленности , где - угол места в вертикальной плоскости, - азимутальный угол в горизонтальной плоскости. Ширина диаграммы направленности в вертикальной плоскости , в горизонтальной плоскости - . Если обе эти величины выражены в градусах, то коэффициент направленного действия антенны D в направлении максимума диаграммы направленности:

(4.5)

Передающую антенну далее будем полагать ненаправленной в горизонтальной плоскости, что характерно для всех радиовещательных антенн. Ширина диаграммы направленности в горизонтальной плоскости . Диаграмма направленности передающей антенны в вертикальной плоскости .

На расстоянии r(r=CD) на высоте h₂ в точке В расположена приемная антенна (рис. 4.1).

Из точки А в точку В радиоволна может приходить двумя путями: прямым и отраженным. Напряженность электрического поля образуется суммированием векторов напряженностей прямой и отраженной волны.

Рис. 4.1. Пути прямой и отраженной волны в точку приема

(2.6)

Прямая волна распространяется под углом к горизонту по пути АВ=r₁

(4.7)

(4.8)

Напряженность поля прямой волны в точке приема

(4.9)

Отраженная волна приходит из А в В по пути АОВ=r₂. при падении на поверхность Земли под углом скольжения в точке О волна отражается:

(4.10)

(4.11)

Коэффициент отражения от земной поверхности в значительной степени определяет напряженность поля отраженной волны в точке приема В:

(4.12)

Предполагается, что радиосвязь осуществляется на большое расстояние (r>>h₁ и r>>h₂). Поэтому как для горизонтальной, так и для вертикальной поляризации волны в точке приема векторы и можно считать параллельными. Это же условие позволяет при вычислении амплитуд полагать r₁=r₂=r. Тогда амплитуда напряженности суммарного электрического поля в точке приема:

(4.13)

Радикал в выражении (2.13) описывает отличие поля при учете влияния Земли от поля в свободном пространстве. Он называется множителем ослабления, или интерференционным множителем. При перемещении вдоль трассы, когда меняется r при сохранении высот h₁ и h₂, изменяется разница фаз прямой и отраженной волны из за фазового набега на . зависимость множителя ослабления от расстояния немонотонная (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Зависимость множителя ослабления от расстояния

При подъеме приемной антенны вверх, когда меняется h₂ при сохранении высоты h₁ и расстояния r, также изменяется разница фаз прямой и отраженной волны из – за фазового набега на . Зависимость множителя ослабления от высоты немонотонная.

Анализ множителя ослабления обычно проводят при условиях r²>>(h₁+h₂)² и .

При этих условиях . Максимумы поля будут при выполнении условия

(4.14)

где т=1,2,3… - номера лепестков, начиная с дальнего по расстоянию или нижнего по высоте подъема приемной антенны.

Выражение (4.13) является более общим, поэтому моделирование распространения радиоволны у плоской земной поверхности будем осуществлять на его основе.

Поиск по сайту: