ВДОЛЬ ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ

При распространении радиоволн в свободном пространстве влияние его различных областей на процесс передачи электромагнитной энергии различно. На распространение радиоволн между пунктами передачи и приема основное влияние оказывает область пространства, примыкающая к линии кратчайшего расстояния между ними.

Рис. 1. Образование зон Френеля

С помощью принципа Гюйгенса—Френеля определена область, существен­ная для распространения радиоволн. Наглядно представить ее можно, восполь­зовавшись понятием зон Френеля. На рис.1 показана схематично трасса дли­ной rмежду передающей А и приемной Б антеннами. Если линию АБ пере­сечь плоской поверхностью S. перпендикулярной АБ, то на этой поверхности можно выделить кольцевые участки 1, 2, 3 ит. д., на кото­рых фаза поля будет отличать­ся не более чем на 180°. Эти участки и есть зоны Френеля. В точке приема Б соседние зо­ны Френеля создают противо­фазные поля. Если перемещать плоскость S вдоль линии АБ, то зоны Френеля опишут по­верхности эллипсоидов враще­ния, образуя пространственные зоны Френеля.

Вследствие взаимной компенсации противофазных полей соседних зон Фре­неля, в точке Б остается действие, эквивалентное лишь действию волн, прохо­дящих ,в пределах 1/3 первой зоны Френеля, на участке с радиусом

р_с = . (20)

Эта величина имеет важное значение, так как она определяет размеры области, существенной для распространения радиоволн при наличии на трассе препятствий, например в виде полуплоскости.

Как видно, р_с, а с ним и площадь существенной для распространения радиоволн области зависят от длины волны и от того места на трассе, которое она занимает. Максимальный радиус получается на середине трассы

р_{с max} = . (21)

Для небольших расстояний r_км £ 20 поверхность земли можно считать плоской. Когда высоты расположения антенн оказываются небольшими (поряд­ка длины волны) излучаемые передающей антенной волны поглощаются на всем пути. Потери энергии частично восполняются ее притоком из верхних уча­стков фронта волны.

Аналитическое выражение для множителя ослабления поля земной волны включает в себя параметры радиолиний: длину трассы r, длину волны излу­чения l, а также параметры почвы: относительную диэлектрическую проницае­мость e и проводимость s.

Модули множителя ослабления |F| земной волны для двух поляризаций вертикальной и (для сопоставления) горизонтальной и ряда значений пара­метра Q = e/60ls приведены на рис. 2 в логарифмическом масштабе. Здесь по оси абсцисс отложен удвоенный модуль так называемого численного расстояния:

2x = — для вертикальной поляризации

2x = — для горизонтальной поляризации.

Как видно из графика, при малых значениях 2х кривые приближаются к значению |F|=1, т. е. поле земной волны убывает примерно по закону обрат­ной пропорциональности от расстояния.

Для 2x > 50 множитель ослабления принимает вид: |F| —1/2x. Это выражение было впервые получено академиком Шулейниным М.В. Тем самым для больших численных расстояний напряженность поля земной волны убывает значительно сильнее — обратно пропорционально квадрату расстояния.

Большое значение для рассматриваемой темы имеет тот факт, что для вертикальной поляризации при увеличении проводимости земли или длины вол­ны излучения величина х уменьшается (при прочих равных условиях), а мно­житель ослабления, как следствие этого, растет. Это происходит потому, что уменьшается глубина (в долях l) проникновения высокочастотной энергии в землю и снижаются потери в ней. Что касается горизонтальной поляризации волны, то здесь величина х для тех же параметров земли и расстояний значи­тельно больше, а множитель ослабления значительно меньше, чем в случае вертикальной поляризации. В пределе (при идеальной проводимости земли s = ¥) для антенн с вертикальной поляризацией напряженность поля удваи­вается по сравнению с напряженностью поля свободного пространства.

Электрические параметры земли зависят от ее состава, влажности и темпе­ратуры. Значения относительной диэлектрической проницаемости e и прово­димости s основных видов почв (грунтов) и воды приведены в табл. 1. Ими можно воспользоваться для оценок численного расстояния 2х и значений множителя ослабления |F|по рис. 2, учитывая местные условия. Это тем более правомерно, что наиболее определяющими являются концевые участки трассы, на которых расположены антенны.

Рассмотренные закономерности свидетельствуют в пользу применения полей и соответственно антенн вертикальной поляризации для передачи сигналов зем­ной волной.

Табл.1