Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 27
АКАДЕМИЯ Кафедра физики на тему:
Тонкая структура электромагнитного поля в свободном пространстве и при наличии экранирующих препятствий
Содержание
Введение………………………………………………………………….…3 Принцип Гюйгенса - Френеля, зоны Френеля…………………………..4 Дифракция радиоволн на полуплоскости……………………………….8 Заключение……………………………………………………………….12 Литература………………………………………………………………..13 Введение
Необходимо отметить, что при распространении радиоволн в свободном пространстве различные его области не одинаково влияют на формирование электромагнитного поля в удаленной от излучателя точке приема. При этом всегда можно выделить некоторую область пространства, в которой распространяется основная часть передаваемой в заданном направлении энергии электромагнитных волн. Ее размеры и конфигурацию определяют исходя из известного из курса физики принципа Гюйгенса-Френеля. Принцип Гюйгенса - Френеля, зоны Френеля.
Согласно принципу Гюйгенса, каждая точка фронта распространяющейся волны является источником новой сферической волны. При этом, если известно положение фронта волны S(t) в некоторый момент времени " t " (см. рис.1) и скорость волны " Рис. 1 Использование данного принципа позволяет достаточно просто определить размеры и форму области пространства распространения прямой электромагнитной волны. Из теории электромагнитного поля известно, что каждый элемент фронта волны (элемент Гюйгенса), созданный каким-либо первичным источником, является вторичным источником сферической волны с характеристикой направленности в виде кардиоиды. Математически характеристика направленности указанного элемента описывается функцией Если источник электромагнитного поля находится в некоторой точке А (рис. 2а), то полное поле в точке приема В можно определить, опираясь на вышеизложенное, воспользовавшись формулой Кирхгофа: где r’’
- расстояние от элемента Гюйгенса до точки приема; а) б) Рис. 2 С учетом того, что: Поскольку форма поверхности не имеет значения, возьмем в качестве этой поверхности плоскость, расположенную на расстояниях r1
и r2
(r1
+ r2
=r) от точек А и В перпендикулярно траектории прямой волны (см. рис. 2б). При этом фазы элементарных волн будут определяться соотношением Для упрощения анализа характера и степени вторичных элементарных источников электромагнитных волн, расположенных на поверхности S, на результирующее поле в точке В, разделим всю поверхность S на зоны Френеля. Зона Френеля - это часть поверхности фронта электромагнитной волны, охватывающая вторичные источники, элементарные волны которых в точке В расходятся по фазе не более чем на 1800
, при этом соседние зоны Френеля создают в точке В противофазные поля. Математически размер зоны определяется выражением: Если перемещать воображаемую поверхность S вдоль линии АВ, то окружности радиуса Области пространства между двумя соседними эллипсоидами вращения являются пространственными зонами Френеля (см. рисунок 3). Несмотря на то, что площади зон Френеля на плоскости S одинаковы, амплитуды, создаваемых ими полей в точке В убывают с ростом n, так как при этом ( Как показывают расчеты и эксперимент, вследствие взаимной компенсации противофазных полей соседних зон Френеля результирующее поле в точке В определяется действием лишь вторичных излучателей, расположенных в пределах 1/3 первой зоны Френеля (n = 1/3) с радиусом Величина Рис. 3 Результаты эксперимента (зависимость |Е/Есв
| в очке В от относительной величины отверстия S/S1
) показаны на рисунке 4. Рис. 4 Из рисунка 4 следует, что напряженность поля при отсутствии экрана Есв
равняется напряженности поля Е при наличии экрана с отверстием, имеющим площадь, равную S1
/3, радиус которой - Дифракция радиоволн на полуплоскости. Область, существенная для распространения радиоволн Дифракция - огибание электромагнитной волной встречных препятствий. Волновую теорию (принципы Гюйгенса-Френеля) можно использовать на практике для определения множителя ослабления электромагнитной волны на радиотрассе с препятствием. Данную задачу можно решить достаточно просто, если препятствие в виде горы, холма и т.п. аппроксимировать плоскостью (рисунок 5). Рис. 5 Опираясь на рисунок 5, определим напряженность поля в точке приема В, используя формулу (2). При этом интегрирование в данном выражении будет производиться лишь по полуплоскости, дополняющей экран (т.е. при Z Путем ввода некоторых допусков и новых переменных, выражение (2) приводится к виду Тогда множитель ослабления на трассе с препятствием в виде полуплоскости определяется выражением Здесь параметр U0
равен отношению Н к радиусу где Н - величина просвета (расстояние между прямой, соединяющей точки приема и передачи и кромкой экрана (препятствия)). График функции |F(U0
)| изображен на рисунке 6. По данному графику легко определить область, существенную для распространения радиоволны. Анализ функции |F(U0
)|, представленной на рисунке 6, показывает, что при Н = 0, т.е. когда траектория волны касается кромки экрана и все зоны Френеля оказываются наполовину прикрытыми, поле в точке приема составляет 0,5Есв
. При увеличении просвета (Н > 0) между прямым лучом и кромкой экрана поле в точке приема быстро растет до величины, примерно равной полю в свободном пространстве. Это имеет место при Н = Поэтому величину Областью, существенной для РРВ, называют область пространства между передатчиком и приемником ЭМВ в виде параболоида вращения с радиусом в плоскости поперечного сечения, равным В зависимости от величины Н различают следующие виды радиорелейных трасс: - закрытую, если Н < 0 (кромка экрана выше траектории волны); - полуоткрытую, если 0 - открытую, если Н Поперечные размеры области существенной для распространения уменьшаются с уменьшением Заключение
Современный этап развития общества характеризуется использованием огромного количества радиоэлектронных средств, связанных с генерированием, передачей, приемом и преобразованием электромагнитных колебаний. Функционирование одних РЭС сопровождается созданием непреднамеренных помех электромагнитных помех для других РЭС. При этом возникает проблема обеспечения электромагнитной совместимости РЭС, так как в силу объективных свойств радиочастотного спектра, большой мощности радиопередатчиков и высокой восприимчивости современных радиоприемников ухудшаются возможности одновременного функционирования РЭС без существенного снижения качества и скорости передачи сообщений. Литература
· "Электродинамика и распространение радиоволн" С.Сергеев, Орел, ВИПС · «Основные закономерности распространения прямых радиоволн и работы радиолиний». Лазоренко, Орел, ВИПС · «Радиопередающие устройства», Шагельдян В.В., Москва
|