Атмосферу делят на 3 зоны:
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.