Влияние атмосферы

Три слоя, которые в электрическом соотношении представляют собой неоднородную среду, т.к. с высотой изменяется плотность, температура и влажность воздуха.

При этом неоднородность атмосферы бывает двух типов:

· Плавные;

· Дискретные.

Плавные – непрерывное изменение коэффицинта преломления с высотой.

Дискретные –местные турбулентные неоднородности. Это области с несколько отличным от окружающей среды коэффициентом преломления.

Влияние атмосферы проявляется:

1) В рефракции – является положительным эффектом, т.к. увеличивает дальность прямой видимости.

2) В затухании– из-за поглощения и рассеивания их энергии в газах и гидрометеорах.

Становится существенным на очень коротких волнах и приводит к значительному снижению дальности действия радиолинии.

Рассеивание радиоволн местными неоднородностями тропосферы:

· рассеянные радиоволны могут распространяться на расстояние до 1000 км от передатчика

· рассивание проявляются только на волнах короче 10 м.Они очень слабо дифрагируют вокруг земного шара.Такую связь называют тропосферной.

3) Отражение волн от ионосферы.

В верхних частях атмосферы от ее ионизированных слоев происходит отражение радиоволн.

Эффективное отражение от ионосферы испытывают радиоволны с длиной волны λ >10 м.

Кроме регулярной ионизации существуют мелкие, локальные концентрации электронов.

Возникают ионизированные “столбы газов”. Такие нерегулярные однородности отражают волны с λ < 10 м.

Связь при помощи отражений от метеорных следов возможна на расстоянии 2000-3000 км. Эти радиолинии называются “ионосферными” или “пространственными”.

4) Рассеивание радиоволн нерегулярными неоднородностями в ионосфере.

Кроме того в ионосфере происходит поглощение, дисперсия, поляризационное отражение.

Таким образом, существует 4 основных способа распространения радиоволн:

I. Поверхностным (земным) лучем;

II. Пространственным (ионосферным) лучем;

III. Тропосферным лучем;

IV. Все волны <10 м распространяются как прямые волны (линейным лучем).

Соответственно различают следующие типы радиоволн:

- свободные (прямые) радиоволны, распространяющиеся в однородной или слабо неоднородной среде (космос, ортогонально Земле) ;

- земные радиоволны, распространяющиеся в непосредственной близости от поверхности земли и частично огибающие выпуклость земного шара.

- тропосферные радиоволны, распространяющиеся на значительные расстояния за счет рассеивания на неоднородностях и направляющего действия тропосферы. Как тропосферные могут распространяться волны с длиной волны λ

- Ионосферные радиоволны, распространяющиеся на большие расстояния и огибающие земной шар в результате однократного или многократного отражения от ионосферы.

На близких расстояниях от передатчика все волны распространяются как земные.

Формула Радиосвязи

При распростространении РВ в свободном пространстве изменение плотности мощности определяется только сферической расходимостью фронта волны. Так как переход ЭМЭ в другие формы отсутствует.

Плотность мощности (модуль вектора П) на расстоянии R от ненаправленого излучателя равна:

Где Р – мощность излучения антенны [Вт]

На достаточно больших растояниях от излучателя, излучаемою им волну в пределах небольшой площади занимаемой антенны можно считать плоской.

Для плоской волны:

Где - эффективное значение напряжонности электрического поля,

= 120 .

При прохождении волной растояния R, фаза - получит прирощение, где λ – длина волны, ω – угловая частота, с – скорость распространенния ЭМВ в свободном пространстве.

Для антенн, обладающих направлением излучения:

, ,

Пространственное распространенние поля и плотность мощности выражаются формулами:

,

Обозначим мощность передатчика , коэфициент полезного действия .

Плотность мощности в направлении максимального излучения на растоянии r от передающей антенны будет определяться как:

Что бы получить мощность сигнала на выход приемной антенны необходимо умножить модуль на эфективнуюю площадь приемной антенны:

Мощность на входе приемной антенны выражается следующим соотношением:

Так как действующая площадь приемной и передающей антенны связано с геометрическими размерами, иногда удобно выражать не через коэфициент усиления антенны, а через их действующие площади:

Зная Р на входе приемной антенны можно определить напряженние сигнала на входе при согласовании его входного сопротивления с волновым сопротивлениям передачи энергии.

Область пространства существенная для РРВ

При распространении РВ между антенной можно выделить область пространства в которой происходит трение основной части ЭМЭ. При отражении РВ от земной поверхности, можно найти участок существенный при отражении. Для определения размеров области пространства для РРВ обратимся к принципу Гюйгенса. Согласно ему результирующее поле, создаваемое в т.А первичным излучателем определяется суммированием полей вторичных элементарных источников:

Где

k – коэфициент пропорциональности,

β – коэфициент фазы,

r – расстояние от точки наблюдения А,

- мгновенное значение напряж. Эл. поля на волноввой поверхности в месте расположения элементов вторичного источника.

Где

– постоянная величина, определяемая параметрами первичного излучателя,

l – растояние от первого излучателя до поверхности S.

Если S заменить плоскостю перпендикулярно линии между излучателем и точкой наблюдения, то коэфициент k:

Где Θ – угол между внешней нормалью плоскости

Для обьяснения дифракционных явлений этого принципа недостаточно. Френель расмотрел возможность даного способа, столь возможны определения амплитуды и фазы полей. Френель выделил на волновой поверхности зоны (Френеля). Поверхность делится на зоны Френеля так, что растояние от источника излучения до соответствующей точки зоны. И от этой точки до точки наблюдения, взятой для внутрешеней и внешней границ зоны, отличаются на половину длинны волны.

……………………..

Область пространства, в которой отличие максимальной длины пути от минимальной между двумя точками не превышает .

По мере удаления элементарных источников l и r увеличивается, а cosθ –уменьшается.

Следовательно, амплитуда поля тоже уменьшается, фаза поля вторичных источников определяется выражением. При изменении ( l + r ) на фаза измен на 180˚.

Радиус зоны Френеля:

Результирующую амплитуду поля в точке наблюдения можно представить в виде знакопеременного ряда:

Общие свойства зоны Френеля:

1. Зоны Френеля имеют форму элипсоидов вращения с фокусами в точках вращения (А) и наблюдения (В), продольные сечения которых – элипсы, а поперечное для 1-й зоны – Круг, для остальных – Кольца.

2. Найбольшее влияние на результирующее поле в точке (В) оказывают несколько 1-х зон Френеля (6-10).

3. Четные зоны Френеля создают в точках наблюдения напряженности, отличающейся друг от друга на π от полей нечетных зон. Поля соседних зон взаимно компенсируются тем больше, чем больше их номера.

4. Напряженность поля создаваемая в 1-й зоной Френеля в 2 раза больше напр-ти поля, создаваемыми всеми зонами вместе.

5. Площади каждой зоны Френеля одинакова и равна:

6. Чем больше номер зоны, тем меньше ее вклад в результирующем поле в точках наблюдения.

7. Неоднородности вне области для РРВ практически не влияют на напряженность поля в точках наблюдения. При выборе радиотрас связи высоту подьема передающей и приемной антенны выбирают, что бы существенная область не экранировалась препядствиями. На практике часто ограничивают выполение этого требования для 1-й зоны Френеля.

8. Max значение радиуса 1-й зоны Френеля находится посередине трассы при , при этом где ; L – расстояние между точками А и В.

Влияние Земли на распространение радиоволн

Интерференция прямой и отраж. волн приводит к изменению поля антенны в вертикальной плоскости. Результирующее поле зависит от представляет собой суму двох полей.

, где Q – угол места.

В зависимости от Q поле сумируется в фазе или противофазе.

Решение задачи нахождения векторной комплексной сумы грамоздко. Для упращения решения даной задачи в р. Локации принимают следующие допущения:

Поверхность Земли в районе отражения считают плоской, её сферичность учитывается путем уточнения первоначального результата.

Расстояние от передатчика до точки наблюдения как правило больше высоты подьема антенны, лучи прямой и отраж. волны.