Распространение радиоволн при наличии на пути экранирующих препятствий

На закрытых трассах, проходящих в горных районах, напряженность поля УКВ определяется особенностями горного рельефа, из которых основными являются большая изрезанность рельефа местности и наличие препятствий в виде отдельных гор или ряда горных хребтов.

Форма препятствий может быть самой разнообразной: от остроконечных гор большой высоты, до пологих холмов сравнительно малой высоты.

Для определения поля в точке приёма на таком виде трассы применяют хорошо разработанные в физической оптике методы расчёта дифракционного поля, главным образом принципом Гюйгенса-Френеля. Электрические параметры препятствия не учитываются, либо считают, что они «непрозрачны». При этом горный хребет аппроксимируется одиночным клиновидным препятствием.

Возможно два случая распространения радиоволн при наличии клиновидного препятствия (абсолютно поглощающий экран).

1) Экран не пересекает прямолинейного пути распространения и лишь в некоторой степени вклинивается в объём эффективно участвующий в переносе энергии. Условно считаем в этом случае высоту положительной (H > 0, это освещенная зона). Введем определения истинного просвета (H) – это кратчайшее расстояние между кромкой экрана и прямой АВ, соединяющей точку передачи и приема (рис.).

Рисунок - Распространение радиоволн при наличии на пути клиновидного экрана (H > 0)

2) Экран пересекает путь АВ. Высота Н в этом случае – отрицательный знак.

(H < 0, это область тени).

Рисунок - Распространение радиоволн при наличии на пути клиновидного экрана (H < 0)

Г.С. Ландсберг в книге «Оптика» [ ] показал, что множитель ослабления по отношению к свободному пространству можно вычислить по формуле

, (*)

где

; ,

и - интегралы Френеля:

- интегральный косинус ,

- интегральный синус .

- параметр дифракции, а - радиус первой зоны Френеля.

Графики функций и приведены на рис ().

Рисунок - графики функций и

Физические представления:

а) Н> R_ф1 б) H=0

Рисунок - Варианты перекрытия видимости антенн препятствием

Экран загораживает различные участки кольцеобразных зон Френеля, которые можно построить в плоскости перпендикулярной линии АВ, которая проходит через плоскость экрана, как это делалось, при изучении зон Френеля.

В зависимости от H, d₁ и d₂ меняется соотношение между площадью закрытых экраном и свободных участков зон Френеля, что вызывает изменение множителя ослабления.

От величины просвета Н зависит количество зон Френеля, участвующих в создании поля в точке приёма. Если просвет несколько велик, что уменьшается в 8-12 первых зон Френеля, то напряжённость поля в точке приёма не отличается от Е в свободном пространстве (рис.а,б).

Если препятствие пересекает первую зону Френеля, то множитель ослабления уже не будет равен единице, как в свободном пространстве.

Качественная картина влияния препятствия стоящего на пути распространения радиоволн приведена на рис. (зависимость модуля коэффициента от параметра дифракции) и на рис.(график распределения фазы множителя ослабления).

Рисунок - Зависимость модуля коэффициента от параметра дифракции

Рисунок - График распределения фазы множителя ослабления

Cправа от нуля располагается положительные значения V₀ (зоны освещённости), слева – отрицательные (зоны тени).

Принципиально можно выделить четыре участка:

1) V₀ > 1 (5> V₀ >1) – это область осцилляции, где Н< R_ф1;

–это область спада, где Н=0,Н= R_ф1, причем Н- положительная величина;

4) V₀ < -1 – это область спада, где –Н= R_ф1, -Н> R_ф1 при чем Н - отрицательная величина

Первая область:

В освещенную зону входят две области, где V₀ изменяется от 1 до 5 и от 0 до 1.Эта область соответствует истинным просветам +Н > 0.7R_ф1. Здесь имеют место осцилляции относительного уровня (|V|=1), что в децибелах соответствует 0 дБ которые асимптотически затухают по мере увеличения V₀.

С увеличением V₀ т.е. с увеличением Н () экранируются нижние участки зон Френеля с большими номерами (n > 2, чётные и нечётные). А так как поля от различных зон Френеля складываются векторно, то при экранировании нарушается амплитудные и фазовые соотношения между интерферирующими волнами, что приводит к осцилляциям рис.().

Рисунок - Первая область изменения множителя ослабления (5> V₀ >1)

Вторая область, третья область:

При значениях 0<V₀ < 1, просвет Н остается положительным но начинает уменьшатся по величине. | V| монотонно уменьшается и при V₀=0.5 достигает значения | V|_дБ = -1,94дБ.

При V₀ = 0, Н = 0 |V|_дБ = -6 дБ () – точка наблюдения находится на линии геометрической тени, когда экран перекрывает половину площади всех зон и половину первой зоны Френеля включительно (рис.2,3).

Рисунок - Вторая и третья область изменения множителя ослабления (0<V₀ < 1, V₀ =0)

Четвертая область:

При V₀ < -1. Здесь поле создаётся участками зон Френеля не закрытыми препятствием. |V| монотонно убывает от -6 дБ до -26 дБ при V₀ = -5. Существует особая точка, когда -Н = R_ф1, то есть полностью перекрывает первую зону Френеля V₀ = -1, |V|_дБ = -14 дБ. При V₀ = -2, |V|_дБ = -20 дБ рис.().

Рисунок - Четвертая область изменения множителя ослабления (V₀ < -1)

В пределах изменения V₀ от -1 до -2, |V| можно считать по асимптотическим формулам:

, ()

или в дБ:

()