Понятие о зонах радиосвязи (видимости) РЭТ

На больших расстояниях (600км-700км). Волна идет по касательной. Нужно учитывать сферичность Земли.

Рис. 7

Чтобы просматривать пространство с углом 360 градусов нужно антенну вращать вокруг своей оси. В таком случае получится зона (радиосвязи) видимости локатора.

Если посмотреть сверху, то можно выделить участок с максимальной дальностью обнаружения или с максимальной дальностью радиосвязи и ближний участок, который определяет невидимую для локатора зону.

Рис. 8

Для диапазона УКВ, в частности для см. диапазона антенны делаются с КПД примерно равном 1.

Возникает вопрос. Излучаем в заданном пространстве. Наверняка в заданном пространстве будет существовать область, существенная для распространения радиоволн.

Точка О – передатчик, точка А – приемник. Если эти 2 антенны смотрят друг на друга максимальными значениями диаграмм направленности, то, наверное, это будет максимум излучения. Посчитаем плотность потока мощности, которая создается у передатчика:

Рис. 9

Посчитаем плотность потока мощности, которая создается у передатчика:

, P – мощность передатчика. 4pi*r – потому что рассматриваем вибратор, который излучает вкруговую

, т.к. не полностью поверхность антенны учавствует в излучении и приеме Э.М. волн

Мощность приемной антенны равна:

со штрихом – характеристики приемной антенны

Одну и ту же антенну можно использовать и на прием и на передачу.

Нужно учесть, то, чтобы волновод был включен в одно и то же сечение антенны, что на прием, что на передачу. Иначе сопротивления будут различные и ничего хорошего из этого не получится.

Нас интересует самая минимальная мощность, которую можно выразить в чувствительность радиоустройства. Т.е. та минимальная мощность, которую приемник может принять и обработать.

- Уравнение идеальной радиопередачи. Rm-максимальное расстояние.

Решим это уравнение относительно максимальной дальности:

- Произведение диаграмм направленности равны 1, потому что мы предполагаем, что диаграммы направленности приемной и передающей антенны смотрят друг на друга своими максимумами.

Выражение 11 называют уравнением радиосвязи.

Его можно записать, как уравнение 12.

В локации используется наклонная дальность:

Если распишем, то все получается практически также, только вместо корня квадратного корень в четвертой степени, потому что мы учитываем путь туда и обратно.

Найдем максимальную наклонную дальность:

, -эффективная отражающая поверхность

Выражение 14 – уравнение радиолокации.

Здесь мы используем мощность импульсную. Импульсный режим используется, потому что его проще обработать, например, измерить координаты. Например, по времени запаздывания определяется дальность до объекта.

В непрерывном режиме обработка будет сложнее.

Принцип Гюйгенса-Френеля. Область пространства, существенная для

РРВ. Зоны Френеля

Речь идет об области, существенной для распространения радиоволн. Наверняка, максимум Э.М. энергии будет передан по линии О-А(Рис.9).

А если отойти вверх и вниз на какое-то расстояние в пределах нашей диаграммы направленности. (Рис.3). Как там будет распространяться? Будет ли там максимум? На какое расстояние можем отойти?

Точечный источник О формирует сферическую волну в момент времени t1. Можно разбить сферическую волну на точечные вторичные излучатели, которые формируют свою сферическую волну. Если мы в момент t2 аппроксимируем их максимумы, то получим следующую волну.

То есть любую волну можно представить в виде вторичных источников => свет распространяется прямолинейно. А свет имеет электромагнитную природу. Это доказал Гюйгенс.

В это дело включился Френель и обогатил принцип Гюйгенса количественными характеристиками.

Рис. 1

Буквой П обозначен вектор Герца.

Данная задача обосновывается уравнением Герца:

Если мы возьмем какую-то область или объем, ограниченный поверхностью S. Считаем, что токи там отсутствуют. Есть точка А – точка наблюдения. В данном случае, если проведем поверхность S’, которая находится за этой точкой, то, фактически, получаем какую-то волновую поверхность.

Речь идет о том, что может быть плотность потока мощности посчитана как непосредственно сумма всех источников (т.к. уравнения электродинамики линейны и принцип суперпозиции применим и любой излучатель мы можем разбить на элементарные излучатели, характеристики которых известны).

Рис. 2

Математическое обоснование принципа Гюйгенса-Френеля:

Можно посчитать вектор Герца через источники (нижнее уравнение в системе). Или можно посчитать как сумма вторичных источников (верхнее уравнение в системе). Верхняя – формула Кирхгоффа, которая является обоснование принципа Гюйгенса-Френеля с точки зрения математики.

Остается вопрос. Какова область пространства, существенная для распространения радиоволн?

Рис. 3

Область, существенную для распространения радиоволн обосновал Френель.

Точка А и B. Одна передающая, другая приемная. Френель поставил между ними поверхность S и поделил ее на зоны. Фактически, получаются прямоугольные прямоугольники.

Рис. 4

Одно расстояние p до поверхности S, другое расстояние r после поверхности S.

Вдоль прямой AB – это у нас будут p0 и r0.

Выбираются расстояния по поверхности S таким образом, чтобы фаза отличалась на pi.

Разделение на зоны Френеля:

(1) « - смотрим относительно центрального направления»

На сколько меняется фаза при переходе от одной зоны к другой:

. (2)

Область, существенная для распространения радиоволн будет определяться первой зоной Френеля, которая обозначена на Рис.4.

Если мы разобьем первую зону (или всю поверхность S) на n элементарных отрезков, то мы будем иметь знакопеременный ряд (3):

.(3)

Или расписав это, как:

(4)

Величина B(A) будет стремится к середине первой зоны Френеля, что демонстрируется на Рис.5.

Есть зона B1. Разбили ее на ряд мелких участков, посчитали фазу. А фаза меняется порядка 14 градусов. Разбили 2 зону. Видим движение участков с изменяющимися фазами по спирали к центру первой зоны B1/2.

По графику мы видим, что основное влияние в распространение радиоволн вносят первая и ближайшие зоны Френеля.

Например, если открыта первая зона Френеля, то получается пик Амплитуды.

Если открыты 1 и 2 – 1 идет пик, а вторая на 180 градусов. Вычитаются.

Если все зоны открыть, то сходящийся ряд будет стремиться к B1/2.

Таким образом, область существенная для распространения радиоволн содержит в себе 1 зону и некоторые ближайшие участки.

1 зона представляет собой круг, а остальные зоны концентрические кольца.

Последующие зоны, поскольку амплитуда там не велика и фаза меняется на 180 градусов, они большого участия не принимают, не влияют на распространение радиоволн.

Рис. 5

Это можно записать и с точки зрения математики и определить, каковы же размеры зон Френеля.

т.к. рассматриваем поле в дальней зоне

Рассматриваем треугольник АСО рис.4:

Отсюда найдем размер первой зоны и произвольной зоны Френеля:

Площадь первой зоны Френеля:

Таким образом областью, существенной для распространения радиоволн, является первая зона Френеля. Первая зона Френеля имеет форму круга. Остальные – форму концентрических колец.

Если передвинуть поверхность S ближе к приемному концу. Речь идет о пространственных зонах Френеля.

Рис. 6

Пространственные зоны Френеля, исходя из этого построения, можно записать:

8 – уравнение эллипса.

Таким образом, пространственная зона Френеля представляет собой эллипс с фокусами в точке А и в точке В.

Соответственно, размеры определяются выражением 9.

Рис. 7

На рис.8 видно, что пространственные зоны Френеля представляют собой эллипс.

Либо приемник находится в точке А1, либо в точке А. И если, например, распространяется по пути от О до А1 и мы будем потихоньку перекрывать эту зону поверхностью.