На трассах УКВ-радиолиний протяженностью свыше 10 км необходимо при расчете учитывать сферичность земной поверхности, влияние которой проявляется прежде всего в ограничении дальности геометрической видимости между антеннами корреспондентов. При рассмотрении таких радиолиний в качестве весьма важного параметра выступает дальность прямой видимости , т.е. расстояние между передающей и приемной антеннами, при котором прямая, их соединяющая, касается Земли (рисунок 0).
Из представленной на рисунке 0 модели дальность прямой видимости в силу того, что , может быть приближенно представлена в виде , где , и следовательно,
.
При прямолинейном распространении, т.е. без учета искривления траектории прямой волны в тропосфере (рефракции), полагая радиус Земли км, получаем
, [км].
Отметим, что высота антенн выражена в метрах, а расстояние прямой видимости − в километрах.
Рисунок 12 − Трассы над сферической поверхностью
При обычных высотах поднятия антенн (порядка нескольких десятков метров) предельное расстояние прямой видимости составляет несколько десятков километров.
|
|
При рассмотрении распространения радиоволн над гладкой сферической поверхностью Земли, например в условиях равнинной местности, пространство, в котором происходит распространение, в зависимости от его механизма подразделяется на две области — интерференции и дифракции (рисунок 13).
Область интерференции, называемая также освещенной, или областью прямой видимости, лежит на удалении от излучателя до и характеризуется образованием поля в виде суперпозиции прямой и отраженной от земной поверхности волн.
Область дифракции, лежащая на расстояниях , характеризуется дифракционным распространением радиоволн и подразделяется, в свою очередь, на области (зоны) полутени и тени , различающиеся степенью ослабления и методом вычисления напряженности поля.
Рисунок 13 − Освещенная область (1), область полутени (2) и тени (3)
В области прямой видимости при высоте антенн (рисунок?) поле у приемной антенны, как и в случае распространения УКВ над плоской Землей, является результатом суперпозиции прямой и отраженной от земли волн. Напряженность поля и ее компоненты определяются выражениями, найденными выше для случая трасс над плоской поверхностью. В этих выражениях влияние сферичности земной поверхности учитывается заменой коэффициента отражения плоской волны от плоской поверхности раздела двух сред на эквивалентный коэффициент отражения, определяемый через коэффициент расходимости
.
При такой замене сохраняются и интерференционные формулы для определения множителя ослабления , . В силу большой протяженности области, существенной для отражения, вдоль трассы, при значительных (близких к прямой видимости) расстояниях между корреспондентами становится существенным влияние кривизны земной поверхности. Если при отражении от плоскости (рисунок?) телесные углы, заключающие в себе соответственно падающие и отраженные волны, равны, то при отражении от сферической поверхности телесный угол, охватывающий отраженные волны, больше телесного угла падающих волн. Поэтому плотность потока энергии отраженных волн, а значит, и коэффициент отражения меньше, чем при отражении от плоской Земли. На рисунке пунктиром обозначены лучи, отраженные от плоскости, сплошной линией – отраженные от сферической поверхности.
|
|
Рисунок 14 − Расходимость отраженных волн от сферической поверхности
Для учета этого уменьшения вводится коэффициент расходимости . Если обозначить через площадь сечения телесного угла пучка волн, отраженных в пределах плоской существенной области для отражения, а через − то же, для случая сферической поверхности, то изменение плотности потока будет пропорционально отношению площадей , а изменение напряженности поля − . Коэффициентом расхождения называют величину , которую определяют через под которым понимается взятое в некоторой фиксированной точке пространства отношение напряженностей полей волн, отраженных от идеально проводящих сферической и плоской поверхностей и определяемый через приведенные высоты и длину радиолинии:
.
Уменьшение напряженности поля отраженной волны за счет расхождения пучка лучей оценивают путем изменения модуля коэффициента отражения .
Разность хода прямой и отраженной волн , входящая в выражения для множителя ослабления, а также угол скольжения сохраняют свои значения, если вместо отражения от сферической земной поверхности рассматривать отражение от плоской, касательной к сфере в точке отражения, при одновременной замене истинных высот антенн на приведенные , отсчитываемые от плоскости (рисунок 15). Полученная в результате такой замены модель распространения радиоволн совпадает с распространением над плоской Землей, откуда следует, что расчетные формулы для определения разности хода и угла скольжения имеют тот же вид, что и при распространении над плоской Землей, если вместо истинных высот антенн пользоваться приведенными . Для определения этих высот необходимо провести плоскость , касательную к сферической земной поверхности в точке отражения . Тогда разность хода над сферической поверхностью будет равна разности хода над плоскостью , и может быть рассчитана через высоты , отсчитываемые от плоскости и приближенно определяемые выражениями
, .
Рисунок 15 − Определение приведенной высоты антенн
При указанной замене на , и на выражения для определения напряженности поля, ее составляющих и множителя ослабления, а также выводы о структуре поля у приемной антенны, полученные при рассмотрении распространения УКВ над плоской Землей, сохраняют силу и для случая распространения над гладкой сферической Землей в пределах области прямой видимости.
Таким образом, при расчете напряженности поля для радиолиний с гладкой сферической землей в зоне освещенности необходимо:
1. Проверить применимость формул для сферической земли в зоне освещенности по условию ;
2. Проверить применимость формул для гладкой земли по критерию Рэлея ;
3. Определить вид формулы, по которой будет производиться расчет множителя ослабления: если , то расчет производится по полной интерференционной формуле
,
где , , определяются по вышеприведенным формулам, а
,
км − эквивалентный радиус Земли;
|
|
если , то расчет производится по упрощенной интерференционной формуле где ;
если , то расчет производится по квадратичной формуле Введенского .
4. В соответствии с произведенным выбором рассчитать значение множителя ослабления.
5. Рассчитать напряженность поля в месте приема в соответствии с формулой .