Ахияров В.В, Нефедов С.И., Николаев А.И. Радиолокационные системы (2-е издание, 2018) (1151780), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Влияние(3 .14)).подстилающей поверхностина дальность действия и зоны видимости РЛСОпределение напряженности поля над плоской поверхностью. Простейшей идеализацией процесса распространения радиоволн над реальной земной поверхностью является представление о распространении над идеально проводящей безграничнойплоскостью, которую для краткости будем называть землей. Такая763.5.Влияние подстилающей поверхности на дальность действия ...идеализация не всегда оправданна, поскольку реальная земная поверхность сферическая и характеризуется конечными значениямиудельной проводимостиницаемостиs.crи относительной диэлектрической проАтмосферу также не всегда можно считать свободным пространством, поскольку ее климатические характеристикине являются постоянными, и условия распространения радиоволнв реальных условиях зависят от времени года и суток, погоды ит.
д. Достаточно дополнить описанную картину рельефом, как станет ясно, что в реальных условиях представление границы разделаземли и атмосферы в виде идеально проводящей плоскости недопустимо. Однако полученные при решении данной идеализированной задачи результаты имеют большое значение для понимания физических процессов, происходящих при распространениирадиоволн в реальных условиях.Поместим в точку О вертикальный диполь Герца (электрический диполь размером, много меньшим длины электромагнитнойволны) и определим его поле излучения над землей.
Согласно методу зеркальных изображений возмущающее действие идеальнопроводящей плоскости таково, как если бы оно было вызвано воображаемым идентичным вибратором, помещенным в точку О~3.9, а).которая является зеркальным изображением точки О (рис.Поэтому поле над плоскостью будет равно сумме полей реальногои воображаемого вибратора. Аналогичным образом поле вибратора,расположенногогоризонтальнонадидеальнопроводящейплоской землей, равно сумме полей реального вибратора и егозеркального изображения (рис.Рассмотрим поле диполя3.9, 6).над плоской землей, имеющей произвольные электрические пара-/7/1А1,/11аРис.а-63.9. Метод зеркальных изображений:вертикальный диполь Герца (вертикальная поляризация); б - горизонтальный диполь Герца (горизонтальная поляризация)773. Влияние подстилающей поверхности и атмосферы ...метры.
На практике для вычисления напряженности поля используют приближенный метод расчета, сущность которого состоит втом, что влияние Земли заменяется полем воображаемого диполя,которое умножается на коэффициент отражения. При этом считается, что воображаемый диполь находится в точке зеркальногоизображения (см. рис.3.9),а в качестве коэффициента отраженияберется коэффициент отражения плоских волн от плоской земли.Дляопределенияследующие формулы•коэффициентовотраженияиспользуются[16]:горизонтальная поляризация:Гг = Sin\Jf- ✓f:-COS2\Jf = 1Гг le-i11r;(3.25)sin '1' + ✓1::- cos2'1'•вертикальная поляризация:г -- -i::sin"'- ✓f: - cos2"' - 1г 1-J11в '---====.lвгдеЕ-i::sin '1' + ,Ji:: -cos2 '1'относительнаямость, Е = Е1-(3.26).lв екомплексная диэлектрическая проницаеj •60л.сr (Е'иcr -относительная диэлектрическаяпроницаемость и удельная проводимость земной поверхности);угол падения (скольжения), который отсчитывается от гори'1' -зонтали; I Гг 1, I Гв 1, ТJг, ТJв -модули и фазы коэффициентов отражения при горизонтальной и вертикальной поляризации.Как следует из формул(3 .25)и(3 .26),электрофизическиесвойства земной поверхности, определяемые параметрами Е' иcr,оказывают существенное влияние на значения коэффициентов отражения Гг и Г в.
Также следует учитывать, что относительнаякомплекснаядиэлектрическаяпроницаемостьзависитотдлиныволны л., следовательно, одна и та же подстилающая поверхность вразличных диапазонах длин волн будет по разному влиять на коэффициент отражения.Значения электрических параметров наиболее типичных видовземной поверхности в широком диапазоне длин волн приведены втабл.3.1.Эти значения определялись экспериментально по поглощению и отражению радиоволн различными поверхностями. Характерно, что для земной поверхности, однородной по глубине,783.5.Влияние подстилающей поверхности на дальность действия ...во всем диапазоне радиоволн, длиннее метровых, параметры g' иcrне зависят от частоты, а на дециметровых и более коротких волнахg уменьшается, а1Таблица3.1.cr возрастает сповышением частоты.Электрические параметры различных видов подстилающей поверхностиВидподстилающейДлина волны л, мповерхностиБолееМорская вода1,00,10,03Более 1,00,10,03Более 1,00,10,03Более 1,00,10,03Более 1,00,10,03Более 1,00,10,03Более 100,1Пресная вода рек,озерВлажная почваСухая почва(t = - 10 °С)СнегУдельная электрическая проводи-проницаемость Еили покроваЛедОтносительнаядиэлектрическая(t = -10 °С)ЛесБольшая часть(~71 % )75706580756520-3020-3010- 203-63-63- 64-53-53- 21,21,21,21,0041,04-1,4мостьcr, Ом/м1- 61-610-2010-2- 3 .
10-21- 210-202- 10-2- 3 - 10- 15. 10- 1-11- 3510- - 2 - 10-310-2- 7- 10-210- 1-2. 10- 110-2- 10- 110-4- 10-310-4-10-310- 610- 510- 510-6- 10-510- 5-10-3земного шара представляет собой водную поверхность. Электрические свойства воды зависят от степениеесолености:проводимостьcr.с увеличением солености повышается удельнаяУсловно рассматривают морскую и пресную воду, хотя содержание солей в воде различных морей неодинаково.Вода пресных водоемов также содержит разные примеси.
Поэтомув табл.3 .1указаны пределы возможного изменения величиныcr.Оценим соотношение плотности токов проводимости и токовсмещения cr/ ( COGa) для различных видов земной поверхности. При793. Влияние подстилающей поверхности и атмосферы ...cr/ ( СОЕа) « 1 в среде преобладают токи смещения и среда по своимсвойствам приближается к диэлектрику; при cr/ ( СОЕа) » 1 преобладают токи проводимости и среда по своим свойствам приближается к проводнику.Для морской воды равенство плотности токов проводимости итоков смещения наступает при длине волны л ~влажной почвыпри л ~-17 м.0,33м, а дляПоэтому для радиоволн сантиметрового диапазона морскую воду можносчитать диэлектриком,авлажную почву рассматривать как диэлектрик для метровых и более коротких волн.Для расчета напряженности поля над землей с произвольнымиэлектрическими параметрами на практике применяют приближенные методы расчета напряженности поля, основанные на использовании коэффициентов отражения.
Смысл введения коэффициентов отражения состоит в том, что с их помощью можно достаточнопросто определить поле излучателей, поднятых над поверхностьюс произвольными электрическими свойствами, если известно полеэтих излучателей в свободном пространстве.Напряженность электрическогополя излучателя,поднятогонад землей, которую будем считать плоской, определяется суммойпрямой Е 1 и отраженнойER волн:(3.27)В свою очередь Е 1 поле прямой волны, создаваемой излучателем, находящимся в точке О (рис. 3.10),А-Е1 = Еlme- Jkri ,//,/ /о,,/h 1:Еа~~?i??~~~????.?w~ER -(3.28)поле отраженной волны, равно произведению поля Е2 = Е2 те- fkr2 воображаемого излучателя, расположенного в точке О', икоэффициента отражения Гв,г :Рис.3.10.ГеометрическоепредставлеIШезадачиопределенияразности хода лучейЕRгде Е 1 т и Е2т -= Е2m гв,г е - Jkr2 ,(3.29)амплитуды поля излучателейв свободном пространстве, которые изменяются обратно пропорционально расстояниям r 1 и r 2 •803.5.Влияние подстилающей поверхности на дальность действия ...Будем считать, что ri» h1, где h 1 -высота подъема излучателя над поверхностью Земли.
Тогда 1/ 1i ~ 1/ 12 ~ 1/ r, где r определяется в соответствии со схемой, изображенной на рис.скольку разность расстояний3.10.Поr 1 и r 2 , пройденных прямой и отраженной волнами, невелика, при вычислении Е 1 т и Е2т ею можнопренебречь, считая Е1т ~ Е2т ~ Еот. При определении фазы полятакое допущение делать нельзя, поскольку при измененииличину порядка длины волны множительe - jkrмениться. Однако при выполнении условия rirна веможет сильно из» h1 лучипрямой иотраженной волн можно приближенно считать параллельными,тогда1i= r - h1 sin Е; r2 = r + h1 sin Е,(3.30)и разность хода лучей~-11=2h1sinE,где Е -(3.31)угол возвышения или угол места ( см. рис.3 .1 О).Напряженность поля Е вычисляется подстановкой(3.28)и(3.29) в (3.27) с учетом (3.30)Е = Еот [ ejkhJ siщ;+ Гв,г е- j khJ siщ;Je-jkr == Еот ejkh} sin e [ 1+ 1 гв,г Iе - j(2kh} sin e+тtв,г )] е- j kr .Отсюдаамплитуданапряженностиопределяется модулем выражениярезультирующегоV(Е) -поля[·] формулы (3.32):Ет = Еот 11+ I Гв,г l e-J(2khi sine+тtв,г )1= ЕотV( Е ) ,где(3.32)(3.33)интерференционный множитель, характеризующийвлияние земли, определяет результат интерференции прямого иотраженного лучей.Вычислив модуль в формуле(3.33), получим:2V ( Е) = ✓1 + 1гв,гl + 21г в,rlcos(2kh1 sinE + flв,r ).Приплавномизменении разности(3.34)хода интерферирующихволн модуль интерференционного множителя изменяется немонотонно.
Интерференционные максимумы наблюдаются на расстояниях, где происходит синфазное сложение полей прямой и отра-813. Влияние подстилающей поверхности и атмосферы ...женной волн. В формуле(3.33)амплитуду напряженности поляЕот в свободном пространстве с учетом влияния направленныхсвойств антенны можно представить в следующем виде:Еот = ✓60PG F(E),(3.35)rгде Р- мощность передатчика; G - коэффициент усиления антенны; F ( 8) - нормированная характеристика направленности антен-ны, F ( 8) = Е ( 8) / Emax ::;; 1; угол Е (угол места) отсчитывается в вертикальной плоскости; Е ( 8)-амплитуда напряженности поля, создаваемая антенной в некотором направлении;амплитудаEmax -напряженности поля в направлении максимума излучения.Математические выкладки, аналогичные рассмотренным выше,приводят к следующему выражению для модуля интерференционного множителя при учете направленных свойств антенны[ 16]:2F ( Emax + Е)(·)V(s)= 1+ 1Гв,г 12 F 2 ( Emax + Е) +2 1Гв,г 1-~-~cos2khsше+11в, г ,F ( Emax - Е)F ( Emax - Е)(3.36)гдеEmax -угол места в направлении максимума излучения.Таким образом,характеристику направленности антенны сучетом влияния земли можно представить в следующем виде:(3.37)Если максимум излучения направлен горизонтальнои характеристика направленности симметричнато интерференционный множитель, как следует изне зависит от( Emax = О)= F(E)),формулы (3.36),(F(-E)F(8).Диаграмма направленности диполя с учетом влияния Земли.Рассмотрим поле горизонтального диполя в плоскости, перпендику-лярной его оси.
Результаты расчетов функции f ( 8) для проводящейи диэлектрической почвы приведены на рис.сматриваемом(F(E)= 1),случаеизлучение3.11.являетсяПоскольку в расненаправленнымдиаграмма направленности диполя, описываемая функци-ей/(Е), зависит только от интерференционного множителя82(3.34).3.5.Влияние подстилающей поверхности на дальность действия ...90°90°2,02,01,51,51,01, О0,50,5оообаРис.3.11.Диаграммынаправленностидиполя, поднятого на высотуа-Дляпроводящая почва; б -вертикальногоh = 2л.:диэлектрическая почвадиполяхарактеристика= cosf., а диаграмма направленностием/(Е) = cosf.V(f.).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
