ГЛАВА 23. РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН

23.1. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ВДОЛЬ ЗЕМЛИ

23.1.1. Область интерференции

Распространение радиоволн явилось предметом многочисленных исследований [43, 44, 46, 158, 272] вследствие важности этого вопроса для связи и радиолокации. При условии, что распространяется лишь одна волна, мощность, излучаемая передающей антенной, рассеивается обычно за счет дифракции в относительно большом телесном угле, в результате чего на приемную антенну попадает лишь небольшая часть мощности. Это приводит к понятию [226, 229] потерь при передаче, которые определяются выражением [51]

где расстояние между антеннами.

Уравнение (23.1) можно записать в другом виде [109]

Выражение для потерь при передаче между изотропными антеннами в свободном пространстве в децибелах имеет вид

Если выражено в гигагерцах, в километрах, то уравнение (23.3) можно записать

Это соотношение графически представлено на рис. 23.1; потери для других антенн можно получить путем вычитания из логарифмических коэффициентов усиления.

Рис. 23.1. Потери прн передаче в свободном пространстве. Предполагается, что приемная и передающая антенны изотропны.

Можно считать, что мощность, излучаемая антенной, создает электрическое поле, напряженность которого равна

Поверхность Земли, которая предполагается плоской, влияет [46] на распространение обычно таким образом, что напряженность поля принимаемого сигнала уменьшается по сравнению с ее величиной в свободном пространстве. Как показано на рис. 23.2, а, напряженность поля в точке Р является результатом сложения прямой и отраженной волн; можно считать, что последняя создается

противофазным зеркальным изображением передающей антенны относительно Земли. В этом случае электрическое поле равно

где есть разность фаз прямой и отраженной волн, которая определяется выражением

На сверхвысоких частотах поверхность Земли ведет себя как частично проводящий диэлектрик.

Рис. 23.2. Диаграмма направленности антенны над проводящей поверхностью. Излучение предполагается горизонтально поляризованным. При вертикальной поляризации условия при всех углах падения, кроме скользящих, являются более сложными.

Для горизонтально поляризованных волн и для направлений падения, не сильно отличающихся от касательного, значение близко Если поляризация вертикальна, то зависит [230] от угла падения и наблюдается явление угла Брюстера; для скользящего падения, как и прежде, близко к —1.

Уравнение (23.6) в таком случае принимает вид

Влияние отраженной волны проявляется так, что основная диаграмма направленности излучающей антенны распадается на ряд лепесгков с перемежающимися нулями, как показано на рис. 23.2, б. Так как разность путей прямой и отраженной волн равна

то для всех нечетных целых значений будут существовать максимумы, а для всех четных значений — минимумы.

Соответствующие им значения углов можно определить из уравнения (23.9), которое для малых значений 0 сводится к

График на рис. 23.2, б построен для причем максимум каждого лепестка в два раза превосходит поле, которое существовало бы в отсутствие отражающей Земли. Если при приеме ограничиваются нижней частью первого лепестка, то потери при передаче будут равны

Для этого случая в работе [51] приведены номограммы.

На поверхности Земли обычно имеются неровности, которые приводят к снижению коэффициента отражения [245]. Зеркальное отражение имеет место [16] в том случае, когда высота нерегулярностей такова, что где угол между направлением распространения и поверхностью Земли. Если взять рад, то зеркальное отражение будет иметь место при высоте нерегулярностей вплоть до это было подтверждено экспериментально [108]. Строго говоря зеркальное отражение на сверхвысоких частотах наблюдается только от поверхности воды при падении почти по касательной, кроме случаев исключительно гладкой поверхности, когда зеркальное отражение происходит при любых углах падения. Проведены измерения влияния неровностей на коэффициент отражения для суши [99, 266, 281, 283, 324] и поверхности моря [30, 159].