Распространение радиоволн в лесной среде. Теория боковой волны
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
?олученные результаты представлены на рис 15.
Рис 15. Дистанционная зависимость уровня поля на открытой местностью.
На рис.16 приведено - усредненные результаты измерений, представленных на рис 12-14, характеризующее наиболее вероятное поведение поля в исследуемом лесу.
Рис 16. Дистанционная зависимость уровня поля усредненного по всем 3 рассмотренным участкам
Для определения уровня относительного ослабления поля в лесу и открытой местности мы воспользовались следующей формулой
, (27)
где В1 и В2 - уровень поля в лесу и на открытой местности. По полученной формуле получили дистанционную зависимость уровня поля (рис 16.)
Рис 17. Зависимость уровня поля от расстояния
Из анализа графика видно, что ослабление поля существенно только на небольших дистанциях между антеннами. Уже на расстоянии порядка 200 метров различие в поведении поля в лесу и на открытой местности практически исчезает. Это объясняется, во-первых, тем, что лес, в котором производились измерения является редким, т.е. плотность древостоя составляет всего 0,07м-2. Во-вторых, ослабление исчезает, поскольку на этой дистанции распространение сигнала происходит за счет боковой волны.
3.1.3 Результаты исследований электродинамических свойств леса с учетом его видового состава и внутренней структуры
Рассмотрено влияние видовых и структурных свойств лесной растительности на особенности распространения в ней электромагнитных волн УКВ диапазона. Для сравнения воспользовались данными работы [31]. В ней рассматривался участок леса, состоящий из лиственных (75%) и хвойных пород деревьев. Основные параметры исследуемых лесов представлены в таблице 1.
Таблица 1
Параметры лесаСоснаСмешанный лес (береза, ольха, кедр.) Плотность, м-20,070,24Высота древостоя, м1511Средний диаметр стволов, см3025
Структурный составы лесов отличный друг от друга. Для хвойного (сосна) леса основную биомассу составляют стволы деревьев, а для смешанного - кустарники и низко расположенные ветви. На рисунке 16 представлена дистанционная зависимость уровня поля от расстояния для различных по виду и составу лесных покровов.
Рис 18. Дистанционная зависимость уровня поля от расстояния для различных по виду и составу лесных покровов.
Анализ графика, представленного на рисунке 18, показывает, во-первых, что расстояния между антеннами, на которых проявляются перечисленные выше механизмы распространения, зависят от плотности леса. В частности, из сравнения полученных данных с работой [31] видно, что формирование боковой волны в более густом лесу начинало происходить на отметке 70-80 м, а в более редком - на дистанциях уже 100-120 м, как это и следует из общей теории распространения волн в слоистых средах. Во-вторых, видно, что поле интенсивно убывает в более плотной среде (смешанном лесу), отсюда можно предположить, что основной вклад в ослабление поля вносят ветви деревьев, и минимальный вклад приходится на долю стволов.
3.2 Экспериментальное исследование диэлектрических свойств лесного покрова
3.2.1 Метод определения диэлектрических свойств лесного покрова на основе анализа условия формирования боковых волн
Известно, что в низкочастотной части УКВ диапазона целесообразно рассмотрение процессов распространения волн в лесной среде как в слабопоглощающем слое с некоторой эффективной относительной диэлектрической проницаемостью ?еff [3]. Для определения эффективной диэлектрической проницаемости растительности используются различные теоретические подходы, которые обеспечивают хорошие результаты последующего моделирования распространения волн в лесной среде только в определенной полосе частот и для конкретного типа растительности. Прямые измерения электрофизических параметров лесного покрова весьма немногочисленны [32].
В данной работе используется метод определения комплексной эффективной диэлектрической проницаемости, разработанный в Бурятском научном центре. Этот метод базируется на проведении непосредственных измерений уровня ослабления поля в лесу.
Лесную среду будем считать в интересующем нас частотном диапазоне изотропной в соответствии с [31,33]. Тогда определение ее диэлектрической проницаемости можно свести к независимым измерениям действительной и мнимой частей скалярной величины. Основанием для этого служит тот факт, что по существующим в настоящее время оценкам в УКВ - СВЧ диапазонах мнимая часть ?еff, описывающая ослабляющие свойства растительности, на один - два порядка меньше величины Rе (?еff) - 1, характеризующей отличие диэлектрических свойств лесного слоя и воздуха. Т.е. по своим электрофизическим характеристикам лесная среда аналогична несовершенному диэлектрику, а, следовательно, процессы отражения и преломления волн на верхней кромке леса будут зависеть, в основном, от действительной части его диэлектрической постоянной.
Таким образом, определение ?еff может быть выполнено на основе анализа дистанционных зависимостей уровня поля в лесной среде. Экспериментально полученную кривую аппроксимируем функцией
,
где R - расстояние, пройденное волной в лесу, k" - определяемая таким образом мнимая часть волнового числа, характеризующая ослабляющие свойства лесной среды.
Далее определим вещественную часть эффективной диэлектрической про