Распространение радиоволн в лесной среде. Теория боковой волны
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
ффективной диэлектрической проницаемости лесных сред на основе анализа условия формирования боковых волн. И на основании этого метода получены экспериментальные значения эффективной диэлектрической проницаемости различных типов лесных сред.
Изучены особенности распространения радиоволн УКВ диапазоне в условиях сложного рельефа местности и неоднородности лесного покрова.
боковая радиоволна лесной покров
Глава 1. Обзор теоретических и экспериментальных исследований распространения радиоволн в лесных средах
Данная глава посвящена обзору опубликованных в отечественной и иностранной литературе источников по вопросам распространения радиоволн в условиях, когда на характер распространения и отражения радиоволн сказывается наличие подстилающей поверхности с различного рода растительными покровами.
Проведенные различными авторами экспериментальные исследования показывают, что при распространении УКВ радиоволн вблизи лесных массивов наблюдается явление рассеяния радиоволн при отражении от леса, явления преломления и поглощения при распространении в лесной среде и вблизи нее. Кроме того, наблюдается эффект деполяризации сигнала и флуктуация его амплитуды и фазы.
Исследования ослабления радиоволн лесными покровами является предметом интенсивного изучения специалистами из различных стран. Эти исследования помогут проанализировать влияние леса на качество радиосвязи в целом.
1.1 Распространение радиоволн в лесной среде
В первом параграфе приводится описание ранее проведенных исследований по ослаблению радиоволн лесной средой и отдельных деревьев. Эти работы были проведены для установления характера удельного поглощения радиоволн при наличии на трассе лесных препятствий. Первые сведения о влиянии леса на распространение радиоволн, относятся еще к 1938 году, когда Л.К. Пейсиков было установлено, что дальность радиопередачи в лесу значительно меньше, чем в открытой местности. При этом было установлено, что поле в лесу носит ярко выраженный интерференционный характер.
В 60-х годах появилась серия работ [4-8], в которых представлены результаты исследований по распространению радиоволн в условиях джунглей. Особое внимание уделялось эффективной дальности связи, когда обе антенны (приёмная и передающая) расположены у поверхности земли. Было выявлено, что условия приёма сильно зависят как от рельефа местности, так и от увеличения высоты одного из конечных пунктов линии связи. Теперь рассмотрим те модели, которые были разработаны в этих работах.
Применение теории распространении радиоволн в поглощающих средах к расчету ослабления коротких и метровых волн в густом лиственном лесу и джунглях рассматривается в работе [4]. Расчет уровня принимаемого сигнала производится по формуле:
, (1)
где d - длина трассы , - глубина проникновения в среду, ? - проводимость среды. Модель, предложенная в данной работе, была удобна для практического применения, они, во-первых, дают приближенные оценки, во-вторых, приводят к физическому пониманию механизма распространения радиоволн в лесу.
Первые попытки непосредственно объяснить влияние растительности на распространении радиоволн были сделаны в работе [8]. Авторы данных работы предполагают, что плотный растительный покров можно рассматривать, как поглощающий диэлектрический слой. Далее рассматривается задача о поле вертикальной антенны, расположенного внутри этого слоя. Также в работе впервые вводится к рассмотрению боковая волна, которая распространяется в воздухе вдоль поверхности леса. Применение этой модели оказалось чрезвычайно плодотворным. Оказалось, что многие экспериментальные данные хорошо согласуются с теорией, учитывающие особенности распространения этой волны. Подробно механизм распространения боковой волны вдоль лесного массива рассмотрен в работе [3], где предлагается теория распространения радиоволн в диапазоне частот 1 - 100 МГц на расстоянии до 100км. При этом предполагается, что обе антенны - приёмная и передающая - находятся ниже средней высоты леса. Предполагаемые размеры леса таковы, что он считается диэлектрическим слоем, ограниченный снизу землей, а сверху - воздухом. Таким образом, полная модель включает в себя три границы: "земля - лес", "лес - воздух" и "воздух - ионосфера". Лес характеризуется комплексным коэффициентом преломления:
, (2)
где ?i - средняя диэлектрическая относительная проницаемость, i - средняя проводимость лесной среды. Эквивалентными параметрами полупроводящей среды являются 1,01???1.5; 10-3??10-5см/м. Рассматривается влияние различных волн на общее поле, и приводятся расчетные формулы. Как показано в работе, прямая волна, распространяющаяся по кратчайшему пути, вследствие поглощения и рассеяния в деревьях испытывает сильное ослабление и с ней можно не считаться. Волна, проходящая внутри леса, меньше боковой волны для расстояний больше одного километра и частоты больше одного мегагерца. Таким образом, основное поле в месте приёма при распространении радиоволн вблизи лесного массива создается боковой волной, распространяющейся в воздухе над лесом и проникающей вниз к месту расположения приёмной антенны. Работа [3] явилась основой для теоретического анализа распространения радиоволн в лесистой местности.
В работах [9-13] рассмотрено распространение радиоволн через вершины крон деревьев,