Естественно, что в процессе передачи прямой волны между источником и приемником, удаленными друг от друга па расстояние (см. рис. 29.1), участвует ограниченная область пространства, а именно эл.пинсоид вращения, максимальное соченис которого определяется зонами Френеля ]>адиуса

4- Фг

(29. 9)

( -=1, 2, 3,. . .). Фокусы этих ЭЛ.ЛИНСОИДОВ

расположены на концах прямой г.

Строгий анализ показывает, что с точностью до нескольких процентов для расчетов НОЛЯ достаточно ограничиться лишь двумя-тремя, а часто и одной зоной Френеля. Эллипсоид тем больше ш.ггянут, чем лучше выполняется соотношение

Рис. 29.1. К формулам (29. 1)-(29. )

271Г

Рис. 29.2. Геометрическая интерпретация коэффициента расходимости волны

(29.10)

Для очень малых длин волн эллипсоид становится очетть тонким и осуществляется чисто лучевое распространение, рассматриваемое в оптике. Однако нри распространении ультракоротких волн, например когда высоты и Zg недостаточно велики, эффективный эллипсоид

пространства может даже задевать поверхность Земли. В этом случае передача прямой волны происходит сложнее [6441. Отражение волны от поверхности Земли также осуществ.ляется через эффективную площадку, представляющую собой эллипс, размеры которого определяются в основном первой или двумя-тремя зоиадги Фрсне.11я.

Этот процесс распространения радиоволн в приблилеении геометрической оптики осуществляется, однако, лишь па ультракоротких и микрорадио-волнах. Детальные расчеты поля этих волн с помощью (29.1) приводят к хорошо известным так называемым интерференционным (отражательным) фор-Л1улам, которые используются для практических расчетов. Многочисленные опыты показали, что они часто хорошо согласуются с результатами измерений в различных условиях, вплоть до волн длиной в несколько сантиметров или даже в песколько миллиметров. Мы но излагаем соответствующие теоретические м экспериментальные результаты, поскольку они выходят за рамки настоящего издания.

§ 30. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Используемые д.пя расчетов значения диэлектрической проницаемости е и проводимости а, рекомендуемые для различных типов земной поверхности, сведены в табл. 30.1. Их счсдует рассматривать как некие средние значения, которые в реальных условиях могут изменяться в песколько раз.

Вплоть до длин волн, примыкающих к ультракоротковолновому диапазону частот, сколько-нибудь заметной диснсрсии величин s и о пет, они мало изменяются с частотой. Некоторые результаты измерений в микроволновом диапазоне частот величин е и 47io/a)=2o в зависимости от частоты приведены на рис. 30.1.

В теоретических расчетах электрические свойства земной поверхности характеризуются комплексной диэлектрической проницаемостью

Таблица 30.1

Значения диэлектрической проницаемости е и проводимости а земной

поверхности (в CGSK)

U-i (47i:o/o>)l, т. е. не величинами ей о, а е и 47иа/о). Б зависимости от относительных значений этих величин, при рассмотрении распространения электромагнитных волн целесообразно различать два случая.

Первый предельный случай соответствует условиям

(30.1)

и земную поверхность можпо считать диэлектрической . Второй предельный случай соответствует условиям

(30. 2) ->оо),

и земная поверхность рассматривается как идеальный проводник (о а в расчетах пренебрегают величиной е.

В первом случае коэффициент отражения веществен, его фаза В - постоянна и но зависит от угла ф.

Во втором случае как модуль р, так и фаза Ь не зависят от угла и частоты; р= -1, т. е. происходит полпое отражение волпы с фазой 8= тт.

Иногда удобно характеризовать электрические свойства поверхности Земли тол1цкгной скин-слоя 2, т. с. глубиной проникновения волпы в перпендикулярном к среде направлении, где ее амплитуда убывает в е раз.

Толщина скин-слоя равна

<4тшу

Xsin(4-ar<,tg5)] , (30.3) ИЛИ в предельном случае 4ti: а/ ш е

а щж 47о/ ы < г

с V7

* - 2i а *

(30. 5)

W , го ги

Чистота х 70. Мгц

Рис. 30.1. Зависимость е и 2 о морской воды от частоты

Рис. 30.2. Зависимость глубины проникновения (толщины скин-слоя) электромагнитных волн от длины волны для различных типов поверхности Земли [644]

?. цк8]01 ЧббЮг и 6810* Длина волны, м

На рис. 30.2 даны зависимости глубины нроиикновения от частоты для различных типов земной поверхности.

Свойства земной поверхности характеризуются также фазовой скоростью в соответствующих средах. Она равна

Vei Н- (4то/со)2 cos 1/2 [arc tg (4тт:о/ы)]

(30. 6)

§ 31. СТРОГИЕ РАСЧЕТЫ АМПЛИТУДЫ ПОЛЯ

Б ряде случаев процесс передачи радиоволн происходит непосредственно с помощью прямой волны, направляемой земной поверхностью. Так происходит, например, на средних волнах днем до расстояний порядка 500- 1000 км, когда они слабо отражаются от ионосферы, а ночью лишь до расстояний в несколько десятков километров, т. е. в зоне, где прямая волна интенсивнее отраженных волн. На длинных волнах прямая волна в чистом виде проявляется как днем, так и ночью лишь на очень малых расстояниях. В передаче ультракоротких волн прямая волна также играет заметную роль. Кроме того, на средних и коротких волнах часто необходимо учитывать влияние прямой волны, даже если они хорошо отражаются от ионосферы, так как поле формируется в точке приема в результате суперпозиции прямой и отраженных волн, что усложняет его структуру.

1. Высоты источника и точки наблюдения равны нулю

Расчет электромагнитного поля прямой волпы требует учета дифракции около Земли. На малых расстояниях, которые в зависимости от частоты и проводимости земной поверхности могут достигать сотен километров, высокой точности, однако, можно достичь, ограничиваясь решением соответствующей задачи для плоской SoMvIh.

Плоская поверхность Земли. Напряженность электрического поля Е в этом случае равна

Е =---f{p) мке/м, (31.1)

где W -- мощность излучения (в кет), г - расстояние меиеду источником и точкой наблюдения (в км)\ / (р) и -=Sr - так называемые функции ослабления и численное расстояние [141].