Особенности распространения электромагнитных волн в атмосфере. Дифракция электромагнитных волн

Дифракция электромагнитных волн

Дифракцией называется огибание волнами препятствия, встречающихся на пути распространения, если размеры препятствия соизмеримы с длиной волны. В ряде случаев такие радиоволны могут проникать за область «тени». Это явления обусловлено волновыми свойствами распространения радиоволн. Каждая точка фронта волны является точечным излучателем. Волны от которой распространяются сферически. Поэтому за препятствием от нескольких точек фронта волны идут несколько лучей, которые заходят и в область «тени». Взаимное наложение нескольких лучей друг на друга приводит к интерференции и усилению волны в точке приема.

Схема трассы с «усиливающим препятствием»

Расчёты и эксперименты показывают, что величина усиления может достигать 60-80 дБ.

Выпуклость сферической земной поверхности также является препятствием.

Пусть в точке А расположена передающая антенна, в точке В расположена приемная антенна. При распространении радиоволн на расстояние r, при котором h>> λ следует учитывать явление дифракции.

Для значительных расстояний в области тени, когда выпуклость Земли экранирует точку приема, напряженность поля рассчитывается по формуле:

,

Где F-множитель ослабления.

или

Здесь U(x) –функция, зависящая от расстояния и свойств почвы.

V(y₁), V(y₂)-функции, зависящие от высоты подъема передающей и приемной антенн.

График для определения функции ослабления U(x)

График для определения функции высоты подъема антенны

Параметры x, y₁, y₂ определяются из следующего соотношения

Где R₀-cреднее значение радиуса Земли 6,37*10⁶м.

D-коэффициент направленного действия антенн (КНД).

Рефракция электромагнитных волн

Искривление траектории электромагнитных волн при прохождении ее в неоднородной слоистой среде и в частности в тропосфере носит название рефракции. Физически это объясняется тем, что вследствие зависимости коэффициента преломления n от высоты h соответственно изменяется угол преломления, как показано на рисунке 1.

R₀-радиус Земли

Пусть из точки А излучается волна, падающая под углом θ на первую границу раздела слоев тропосферы в точке В. При переходе во второй слой происходит преломление волны, причем, если коэффициент преломления убывает с высотой, угол преломления оказывается больше угла падения.φ>θ

На границе раздела второго и третьего и всех последующих слоев также происходит преломление радиоволн. В результате этого волна движется по траектории, имеющей вид ломаной линии А,В,С.D в пределе будет стремиться к некоторой кривой. При рассмотрении тропосферы как слоистой среды траекторию волны можно определить из треугольника ВОС в котором

При явлении рефракции происходит «увеличение» расстояния прямой видимости, поскольку при этом волны уходят за горизонт. Предел прямой видимости в обычных условиях определяется в соответствие с рис.2. и определяется кривизной поверхности Земли и высотами передающей и приемной антенн.

Если коэффициент преломления меняется с высотой линейно-это нормальная рефракция:

При этом в условиях нормальной рефракции эквивалентное расстояние прямой видимости будет

Где

R₀=6370 км