Тема 6. “Исследование пространственных зон Френеля при распространении радиоволн в однородной среде“.

При рассмотрении многих практических задач радиотехники, связанных с исследованием особенностей распространения радиоволн, в первом приближении, можно считать, что радиоволны распространяются в однородной среде.

Как показывают исследования, не все области однородной среды, оказывают одинаковое влияние на радиоволны, распространяющиеся из точки излучения (где находится передающая антенна) в точку наблюдения (где находится приёмная антенна). Влияние различных областей однородной среды на распространение радиоволн удобно учитывать с помощью пространственных зон Френеля, позволяющих установить размеры области однородной среды, оказывающей существенное влияние на распространение радиоволн. Следует иметь в виду, что пространственные зоны Френеля это, конечно, условные, реально не существующие области в однородной среде, понятия о которых вводят для удобства физико-математического описания и анализа процесса распространения радиоволн в однородной среде.

Можно показать, что пространственные зоны Френеля имеют вид вытянутых вдоль их больших осей эллипсоидов вращения, фокусы которых расположены в точках излучения и наблюдения , а длины большой и малых и полуосей эллипсоидов вращения равны:

, (19)

, (20)

где - расстояние между точками излучения и наблюдения ; - длина радиоволны, распространяющейся из точки в точку ; .

Из соотношений (19) и (20) следует, что, например, при =1км и =1м длины полуосей первого (при =1) эллипсоида вращения будут равны: и .

Практическое значение разделения однородной среды на пространственные зоны Френеля состоит в следующем: если сконструировать такое техническое устройство, которое позволит регулировать размеры однородной среды, в пределах которых радиоволна сможет распространяться из точки излучения в точку наблюдения , то с помощью такого устройства можно будет ограничивать размеры однородной среды только одной первой пространственной зоной Френеля (либо какой-то частью первой зоны), двумя первыми зонами (либо какой-то частью двух первых зон) и т.д. При этом, например, величина вектора напряжённости электромагнитного поля в точке наблюдения будет изменяться так, как представлено на рис.5.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 n

Рис.5.

Величина на рис.5 равна либо нулю, либо любому положительному действительному числу и показывает, сколько зон Френеля участвует в процессе распространения радиоволн из точки в точку . Например, если и при этом , то это значит, что в процессе распространения радиоволн из точки в точку не участвует ни одна зона Френеля, т.е. между точками и невозможен процесс распространения радиоволн; если , то в процессе распространения радиоволн из точки в точку участвует половина объёма первой зоны Френеля; если , то в процессе распространения радиоволн из точки в точку участвует полторы зоны Френеля и т.д.

Из рис.5 следует, что если, с помощью сконструированного технического устройства, обеспечить распространение радиоволн из точки в точку только в пределах одной первой пространственной зоны Френеля при , то величина вектора напряжённости электромагнитного поля в точке наблюдения будет максимальной. Если, с помощью сконструированного технического устройства, обеспечить распространение радиоволн из точки в точку в пределах двух первых пространственных зон Френеля при , то величина вектора напряжённости электромагнитного поля в точке наблюдения будет минимальной. Амплитуды осцилляций величины вектора напряжённости электромагнитного поля в точке наблюдения будут уменьшаться при включении в процесс распространения радиоволн всё большего числа зон Френеля. Наконец, когда количество пространственных зон Френеля, обеспечивающих распространение радиоволн из точки в точку , составит , величина вектора напряжённости электромагнитного поля в точке наблюдения достигнет значения , причём это значение будет равно тому значению величины вектора напряжённости , которое наблюдалось бы в точке , если бы распространение радиоволн происходило в однородной среде.

Область однородной среды, ограниченную примерно десятью ( ) первыми пространственными зонами Френеля, называют максимальной областью существенной для распространения радиоволн в однородной среде.

Можно показать, что величина вектора напряжённости электромагнитного поля в точке наблюдения также достигает значения (рис.5), если величина малой полуоси пространственного эллипсоида вращения будет равна , а величина его большой полуоси определяется соотношением (19). При этом объём эллипсоида вращения с величиной малой полуоси равной и величиной его большой полуоси равной , составит половину объёма первой пространственной зоны Френеля. Область пространства, занимаемую эллипсоидом вращения с величиной малой полуоси равной и величиной большой полуоси равной , называют минимальной областью существенной для распространения радиоволн в однородной среде.