Влияние электромагнитного поля на подземную проволочную антенну
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
ние падающей волны составляет угол j с нормалью к поверхности, направление отраженной волны - угол j и направление преломленной волны - угол y (рис. 2.13.).
Рис. 2.13. Отражение и преломление падающей волны
Из электродинамической теории известна связь между этими углами:
откуда сразу имеем условие отражения j = j. Из определения волнового числа , полагая для воздуха = 1 и для земли =, запишем условие преломления
В зависимости от длины волны земная поверхность может иметь свойства диэлектрика (если e >> 60sl, т. е. e), полупроводника (если e 60sl) или проводника (когда 60sl>>e и i60sl). Сведения об электрических свойствах некоторых почв приведены в Табл. 1.
Таблица 1. Зависимость свойств почв от длины волны
почвадиэлектрикполупроводникпроводниксухая земля, s = 10-3 См / м, e = 4l 3 м
Параметры s и e почвы зависят и от частоты распространяющейся волны, однако эта зависимость проявляется лишь для дециметровых и более коротких волн (т. е. при f >300 МГц). С ростом f, вплоть до частоты резонанса молекул воды (1,5 6)104 МГц, e - уменьшается, а s возрастает.
2.6 Коэффициент отражения вертикально поляризованной волны
Пусть на поверхность раздела падает гармоническая волна Eпад= Emпадcoswt (или Eпад = =Emпадeiwt). На границе раздела сред должны выполняться условия равенства тангенциальных составляющих векторов E и H E1t = E2t и (при отсутствии поверхностных токов) H1t = H2t, на основании чего для вертикально поляризованной волны можно составить систему двух уравнений:
mпадcosj-Emотрcosj = Emпрcosy(2.22)mпад + Hmотр = Hmпр
Коэффициент отражения волны R определяется как отношение амплитуд . Пусть свойства земли близки к идеальному диэлектрику. Тогда . Подставим это выражение в (2.22), поделим всё на Emпад. Перейдя к углу скольжения , исключим угол y: и получим
(2.23)
Если проводимость почвы s 0, то ek является комплексной величиной, комплексно и выражение (2.23), поэтому RB можно представить в виде
т. е. при взаимодействии радиоволны с проводящей поверхностью появляется сдвиг фаз между падающей и отраженной волнами на угол bВ.
Проанализируем выражение (2.23) для различных свойств земной поверхности:
а) 60sl<<e , eke, т. е. почва близка к идеальному диэлектрику. Тогда коэффициент отражения
(2.24)
является вещественной величиной. При малых q e sinq 0 и RВ-1 (отрицательность RВ интерпретируется как изменение фазы R на p). При возрастании q достигаем угла , называемого углом Брюстера, при котором числитель (2.24), а следовательно, и RВ, равен 0. При падении волны под таким углом отражение отсутствует, и вся энергия падающей волны переходит в энергию преломленной волны (рис. 2.14.).
Рис. 2.14. Падение волны под углом Брюстера
При прохождении волны в земной поверхности находящиеся в ней заряды колеблются в направлении вектора волны E, становясь по сути, дипольными излучателями. При q = q0 ориентация таких диполей совпадает с направлением отражения падающей волны. Но диполи не излучают вдоль своей оси, следовательно, не будет и отражённой волны.
В интервале углов q0qp / 2 коэффициент RВ растёт от 0 до значения
> 0, это означает, что для указанных углов скольжения фаза при отражении не меняется.
б) 60sl>>e , т. е. ek i60sl, и почву можно рассматривать как проводник. В этом случае |RВ| = 1, поскольку по законам электродинамики Emпр= 0, следовательно, должно происходить полное отражение. Тогда из (2.6) следует, что Emпад = Emотр, т. е. фаза волны при отражении не меняется.
в) 60sle - случай полупроводящей поверхности. В целом, RВиbВ меняются как и для случая а), только RВ в нуль не обращается, а имеет минимум при некотором угле q0.
2.7 Коэффициент отражения горизонтально поляризованной волны
Исходя из равенств тангенциальных составляющих полей, получаем следующую исходную систему уравнений:
mпад+ Emотр= Emпр(2.25)mпадcosj-Hmотрcosj = Hmпрcosy
откуда, выполняя преобразования аналогично предыдущему разделу, определяем коэффициент отражения RГ
Случаи различных свойств отражающей поверхности:
а) почва - диэлектрик. Тогда коэффициент отражения
вещественен, для всех углов q RГ < 0, следовательно, при любых q сдвиг фаз bГ равен p. При q = 0 RГ = -1, с ростом qRГ плавно убывает, и при RГ= , что равно величине RВдля того же угла.
б) почва - проводник. В этом случае для любых углов q RГ-1, т. е. вся падающая энергия отражается, фаза меняется на p, что следует из (2.25): если Emпр = 0, то должно быть Emпад= -Emотр.
в) почва - полупроводник. В этом случае RГ - комплексный.
Из полученных выше результатов следует, что |RГ| = |RВ| при q = 0 и . Для всех других углов скольжения |RГ| > |RВ|, что является, в частности, причиной преимущественного применения в радиолокации, телевидении, ультракоротких волн с горизонтальной поляризацией.
2.8 Электрические параметры антенн
На рис.2.14.а показана вертикальная заземленная антенна, подобная первым антеннам, использованным А. С. Поповым. На рис. 2.14.в показан горизонтальный симметричный вибратор, часто называемый диполем.
Рис.2.14. Вертикальная заземленная антенна (а) и ее электрическая схема (б); симметричный горизонтальный вибратор - диполь (в) и его электрическая схема (г); условное обозначение проволо