Короткі теоретичні відомості. Розподіл напруженості електричного поля радіохвилі в освітленій зоні простору залежить не тільки від конструктивних особливостей передавальних антен

Розподіл напруженості електричного поля радіохвилі в освітленій зоні простору залежить не тільки від конструктивних особливостей передавальних антен, що впливають на їхні характеристики (діаграми) спрямованості , а також від властивостей підстилаючої поверхні, над якою поширюється хвиля. Якщо ця поверхня за своїми електромагнітними характеристиками наближується до провідника, то під впливом існуючого електромагнітного поля в ній збуджуються струми провідності, які, в свою чергу, збуджують у просторі ще одне електромагнітне поле, яке є вторинним полем і зветься відбитою радіохвилею. Дію індукованих струмів можна замінити дією еквівалентного ізотропного джерела відбитої хвилі, який відносно площини відбиття є дзеркальним відображенням первинного джерела електромагнітного поля. Точка розташування цього дзеркального джерела відбитої хвилі та точка спостереження є фокусами еліпсоїдів обертання, що характерізують об’єм вільного простору, в якому поширюється відбита хвиля. Еліптичні області поверхні відбиття, які перетинають ці еліпсоїди обертання, є еліптичними зонами Френеля, що беруть участь у формуванні відбитої радіохвилі. Величини малої та великої осей еліпса першої зони Френеля на відбиваючій поверхні можна розрахувати за формулами:

, (11. 1)

, (11. 2)

де та – відстані у горизонтальному напрямку від кінців траси (фазових центрів антен) протяжністю до точки геометричного відбиття хвилі; – кут падіння хвилі на відбиваючу поверхню; ctg ; і – висоти підвісу передавальної та приймальної антен.

Таким чином, в точку спостереження одночасно можуть надійти пряма та відбита когерентні хвилі. Тому значення напруженості електричного поля в ній будуть суттєво відрізнятися від тієї напруженості , що визначалась би тільки прямою хвилею. При цьому результуюче поле буде мати інтерференційний характер. Це означає, що в точках простору, де хвилі з’являються у фазі, утворюються максимуми напруженості поля, а в тих точках, де вони будуть у протифазі – мінімуми напруженості.

У загальном випадку напруженість електричного поля визначається співвідношенням:

,

де – модуль інтерференційного множника ослаблення електричного поля. Значення цього модуля для високорозташованих антен (висоти підвісу антен > ) можна розрахувати за формулою :

,

де і – модуль та аргумент комплексного коефіціента відбиття підстилаючої поверхні; = 2 / – коефіцієнт фази радіохвилі; – різниця між відстанями, які пройшли пряма та відбита хвилі до точки спостереження.

Ця різниця залежить від висоти підвісу збуджуючої антени , висоти точки спостереження та кута падіння хвилі на відбиваючу поверхню:

,

де

.

Загальні формули, що використовують для розрахунків і , відносно складні. Вони є різними для полів, у яких вектори напруженості електричного поля паралельні площині падіння (паралельно полярізована хвиля) або перпендікулярні до неї (нормально поляризована хвиля). Нагадуємо, що площина падіння хвилі –- це така площина, яка проходить через вектор Умова–Пойнтінга падаючої хвилі та нормаль до поверхні розподілу двох середовищ. Якщо ця поверхня є гарним провідником, то = 1, а = 0 – для нормально поляризованої хвилі та = 180° – для паралельно поляризованої хвилі. У цьому випадку співвідношення для модуля інтерференційного множника ослаблення спрощується і має ви­гляд:

.

Верхній знак перед другим доданком відповідає нормально поляризованої хвилі, а нижній – паралельно поляризованої хвилі. Очевидно, що просторовий розподіл масимумів та мінімумів залежить від , зокрема від та . З формули легко виявити точки простору, в яких модуль інтерференційного множника ослаблення радіохвилі буде дорівнювати нулю або двом, і побудувати графіки залежностей від відношення , відстані або від сферичних координат.

Ізотропні антени практично реалізувати не можливо. Тому електрорушійна сила (е.р.с.), що індукується у приймальній антені під впливом електричного поля, пропорційна добутку значень нормованих характеристик спрямованості передавальної та приймальної антен вздовж прямої, що з’єднує їх фазові центри. Кути відлічують від додатних нормалей до відбиваючої поверхні, що проходить через фазові центри антен. Якщо ця пряма співпадає з повздовжніми осями обох антен , то = 180°, а = 0.

У лабораторній установці використовуються пірамідні рупорні антени, в яких горизонтальний розмір розкриву дорівнює , а вертикальний – . Ширину головної пелюстки нормованої на рівні 0,707 максимуму напруженості електричного поля можна оцінити в градусах по приблизними формулами:

– у вертикальній площині (Е - площина)

2 = 51⁰ / , (11. 3)

– у горізонтальній площині (Н - площина)

2 = 68⁰ / .