Распространение радиоволн в лесной среде. Теория боковой волны
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
ние представлена на рис.3. Рядом с расчетными кривыми приведены экспериментальные значения, полученные вертикальной и горизонтальной поляризацией. Для более высоких частот усиление поля зависит от более точных оценок ? и ?, а также от большей высоты деревьев в лесу и малых высот антенн.
Рис 3. Значения коэффициента боковой волны при различных частотах.
Полный теоретический анализ изменения величины принимаемого сигнала с изменением высоты приемной антенны проведен в работе [3]. Геометрическая модель представлена на рис.4. отражение от границы "лес - воздух" не учитывается. Передающая антенна находится на высоте h, приёмная - в точке R.
Рис.4 Пути преломленной и боковой волны над вершинами деревьев
В этом случае уравнение первого порядка для больших расстояний r>>h приводит к
, (12)
где r (?) показана на рис 2 и
(13)
p=1 для горизонтальной поляризации, (14а)
p=sin2? - вертикальной поляризации. (14б)
Поле Е2 представляет преломленную волну, как это показано на рис 4 лучом ТAR. Геометрооптичеcкий характер этого поля становится очевидным из зависимости r-1 и экспоненты в уравнении (12), представляющей оптическую длину луча
. (15)
Угол ? показанный на рис.4, связан с углом ? законом Снелиуcа () Однако, поле E2 является только частичной компонентой полного поля. В частности заметим, что E2 пропорционально cos? и, следовательно, исчезает на границе "лес-воздух" (h=h, ?=900). Поэтому для точек ?=90 берется второе приближение
. (16)
Сравнивая (6) и (17) можно отметить, что E2 в точности равно боковой волне E1 во всех точках вдоль поверхности воздух-лес. Следовательно, поле E2 определяется как продолжение боковой волны над вершинами деревьев, как это изображено пунктирным лучом ВR. Поскольку поле E1 боковой волны изменяется пропорционально r-2, в то время как E2 изменяется пропорционально r-1, поэтому оно доминирует при углах ?, близких к 90; в этом случае вводим приближение
, (17)
где H=r-h, находим, что E2 и E2 становятся равны по величине на высоте Нс над вершинами деревьев
(18)
Высота Нс определяет горизонтальную плоскость над вершинами деревьев; боковая волна преобладает при высотах Н0). Однако этот эффект наблюдаемся только до некоторой высоты Нm, поскольку затухание волн с расстоянием становится очень сильным и преобладает над другими факторами. Следует отметить, что Нm меньше и поле убывает быстрее для вертикальной поляризации из-за параметра , который уменьшается с расстоянием.
Экспериментальные результаты по исследованию зависимости ослабления сигнала при изменении высот антенн приведены в работе [20]. Обе антенны - были расположены внутри соснового тропического леса. В ходе измерений в указанных лесах было обнаружено, что потери передачи уменьшаются с увеличением высот антенн. И исследование привело авторов к следующим выводам, что усиление поля по высоте не зависит от влажности леса;
В работе [19] приведены результаты сезонных (лето - осень) измерения величины сигнала для различных высот антенн при прохождении сигнала в лиственном лесу умеренной зоны. Как и следовало ожидать, увеличение высот антенн не приводит к сильным флуктуациям сигнала, а вызывает довольно постоянное усиление. Такое усиление сигнала для деревьев в полной листве меньше, чем для деревьев без листвы.
1.5 Влияние поляризации на ослабление радиоволн, распространяющихся в лесу, и эффект деполяризации
Распространяющаяся над лесом волна поглощается главным образом за счет токов, наводимых ею в стволах и ветвях деревьев, которые можно рассматривать как своеобразные заземление антенн из полупроводящего материала [24,25]. Исходя из этих предположений, можно считать, что при распространении в лесистой местности, вертикально поляризованные волны будут испытывать большое ослабление, обусловленное стволами деревьев. Данное предположение подтверждается авторами работ [26,27]
При прохождении радиоволн через растительный слой отмечается явление деполяризации. Это эффект ярко выражен на низких частотах при вертикальной поляризации. В отчете МККР 339-1 и рек. МСЭ - R P.833-5 приводятся значение коэффициента деполяризации на частоте 600 МГц и 40ГГц для различных видов растительности. Более детально вопрос о деполяризации метровых и дециметровых радиоволн рассмотрен в работе [27]. Радиоволны испытывают частичное рассеяние и деполяризацию при распространении вдоль неровной поверхности или через неоднородную среду. При этом часть энергии теряется в одном (первоначальном), плоскости поляризации появляется в другой. При распространении через лес электромагнитные волны индуцируют в элементах лесной растительности произвольно ориентированными токами. Вызванное этими токами рассеяние волн и обуславливает деполяризацию падающей волны. Можно отметить, что эффект деполяризации предсказывается также и в модели боковой волны [3]. Однако следует зам?/p>