Решение

Определим расстояние прямой видимости:

41 км. (4.1)

Передающую и приемную антенны располагаем на расстоянии:

r = 0,8 r₀ = 0.8 ^. 41 = 33 км. (4.2)

Рассчитаем напряженность электрического поля в пункте приема по формуле:

. (4.3)

В формуле (4.3) неизвестна длина волны, которую определим из соотношения:

м (4.4)

Вычислим по формуле (4.3) в пункте приема напряженность поля:

= 0,566 мВ / м .

Определим напряженность электрического поля в пункте приема, если передающая и приемная антенны находятся в свободном пространстве:

= 3,73 мВ/м . (4.5)

Определим отношение напряженностей поля при распространении волны в свободном пространстве и над земной поверхностью:

6,5. (4.6)

Следовательно, напряженность поля при распространении в свободном пространстве больше напряженности поля при распространении над землей в 6,5 раза. Это происходит потому, что при распространении над землей имеются два луча. Сигнал вдоль первого луча распространяется по прямой линии между передатчиком и приемником, а вдоль второго – после отражения от земной поверхности (рис. 4.1). При этом после отражения волны от земли фаза сигнала меняется на 180⁰. Сложение в пункте приема сигналов первого и второго лучей дает результирующую напряженность поля. Чем дальше находится пункт приема, тем ближе разность фаз двух лучей к 180⁰. Поэтому напряженность поля при распространении над землей в нашем случае получилась в 6,5 раза ниже, чем в свободном пространстве.

Рис. 4.1. Распространение УКВ вдоль поверхности земли

Рассчитаем для наземной трассы напряженность поля, если частоту излучения увеличим в 2 раза. Из формулы (4.3) следует, что напряженность поля в пункте приема обратно пропорциональна длине волны. Поскольку длина волны обратно пропорциональна частоте (формула 4.4), то при увеличении частоты в 2 раза напряженность поля также возрастет в 2 раза и составит:

E₁ = E₀^.2 = 0,566^.2 = 1,15 мВ/м. (4.7)

При уменьшении частоты в 2 раза напряженность поля в пункте приема:

E₂ = E₀/2 = 0,566/2 = 0,287 мВ/м. (4.8)

Таким образом, при распространении радиоволны в УКВ диапазоне над земной поверхностью выгодно применять более высокие частоты, поскольку напряженность поля растет с увеличением частоты.

Таблица 4.1

Варианты исходных данных

Вариант	исходный		1		2		3		4		5	6		7
h1, м	30		50		40		20		20		15	20		30
h2 , м	20		50		30		40		50		30	20		25
P, Вт	10		100		75		50		40		30	20		10
D	50		25		30		35		40		45	50		60
f , МГц	200		50		100		150		200		250	300		350
Вариант	8	9		10		11		12		13			14		15
h1, м	20	40		50		30		20		25			10		15
h2 , м	40	15		25		35		10		20			20		30
P, Вт	10	10		5		5		10		10			5		5
D	55	60		80		100		120		150			200		75
f , МГц	400	450		500		550		600		650			700		750
Вариант	16	17		18		19		20		21			22		23
h1, м	20	30		40		15		25		35			10		20
h2 , м	30	50		40		20		20		15			20		30
P, Вт	4	4		3		3		2		2			1		1
D	50	100		150		300		400		200			500		100
f , МГц	800	850		900		950		1000		1200			1500		2000

Заключение

В ходе выполнения расчетно-графических работ студенты и курсанты, пользуясь методическими указаниями и заданиями к расчетно-графическим работам, учатся применять основные методы, используемые при расчетах электромагнитного поля в различных системах передачи электромагнитной энергии.

Характерные особенности распределения электромагнитного поля показаны на примере расчета двухпроводной линии. Из расчета видно, что напряженность электрического поля в промежутке между проводниками в несколько тысяч раз больше напряженности электрического поля в самом проводнике. Используя данные расчета проводимости проводников, можно определить и материал, из которого этот проводник выполнен. Показывается, что магнитное поле сосредоточено в основном в промежутке между проводниками, а напряженность магнитного поля за пределами проводников резко убывает с увеличением расстояния. Из теории следует, что в любой точке пространства векторы электрического и магнитного поля взаимно перпендикулярны. Это положение отображается на приведенных рисунках.

При расчете напряженности электромагнитного поля для воздушной и морской среды проведено сравнение электрических полей над поверхностью моря (в воздухе) и на глубине, в морской воде. Показано, что напряженность поля в морской воде в тысячи раз меньше напряженности поля в воздухе. Длина волны в море также много меньше длины волны в воздухе. Расчеты показывают, что для связи с подводными объектами предпочтительно применять крайне низкие частоты.

Приводятся расчеты основных характеристик сигнала для коротковолновой трассы. Определяется максимально применимая частота, оптимальная рабочая частота и радиус зоны молчания. Показывается, что применение частот выше и ниже оптимальной рабочей частоты нежелательно, поскольку радиосвязь на более высоких частотах может отсутствовать из-за недостаточности электронной концентрации в ионосфере, а на более низких – из-за большого затухания в D и E областях ионосферы.

Расчет характеристик сигнала для УКВ трассы проводится с учетом двух лучей. Один луч проходит по прямой, соединяющий передатчик и приемник. Сигнал вдоль другого луча приходит в пункт приема после отражения от земной поверхности. Показывается, что в УКВ диапазоне выгодно применять более высокие частоты, поскольку напряженность поля растет с увеличением частоты.