8.6. Вплив землі на діаграму спрямованості.

ІНТЕРФЕРЕНЦІЙНИЙ МНОЖНИК ЗЕМЛІ

Метод дзеркальних зображень

Розглянемо наступну ситуацію (Рис. 8.16 )

Рис. 8.16

Коли посередині між зарядами та розташувати провідну пластину, то картина поля не зміниться, бо не буде порушення граничних умов (електричні силові лінії повинні підходити до провідної поверхні під прямим кутом).

Коли тепер забрати нижній заряд, то картина поля над провідною поверхнею не зміниться, бо нижній заряд замінить заряди, які будуть наведені на провідній поверхні.

Це наводить на думку, що при розрахунку поля над провідною поверхнею (наприклад над Землею) останню можна виключити із розглядання, замінивши її дію дзеркально розташованим зарядом.

Дзеркальне зображення позитивного заряду є негативний заряд, який розташований по другій бік провідної поверхні на такій же відстані « ».

Застосуємо цей метод до визначення поля від горизонтально розташованого елементарного вібратора над Землею (8.17).

Рис. 8.17	Рис. 8.18

Отже з рисунка видно, що систему «горизонтально розташований вібратор – Земля» можна замінити системою з двох горизонтально розташованих вібраторів на відстані , у яких течуть струми протилежного напрямку .

розглянемо поле вібратора, який розташований вертикально над Землею (рис. 8.18).

Отже, з рисунка бачимо, що систему «вертикально розташований вібратор – Земля» можна замінити системою з двох вертикально розташованих вібраторів на відстані , в яких течуть струми однакового напряму .

ЗАУВАЖЕННЯ.

1. При користуванні методом дзеркальних зображень для розрахунку поля випромінювача над Землею інтерференційний множник системи або називають інтерференційним множником Землі (ІМЗ) .

2. Якщо Земля провідник не ідеальний, то можна отримати:

,

(8.4)

де ;

– модуль коефіцієнта відбиття від Землі вертикально (горизонтально поляризованої хвилі);

– аргумент коефіцієнта відбиття.

Кут відраховується від напрямку, перпендикулярного до лінії, яка з’єднує вібратори.

ІМЗ – функція, яка описує інтерференційну картину поля над Землею у вертикальній площині. Вона залежить від модуля і фази коефіцієнта відбиття , , висоти антени над Землею , кута ковзання , довжини хвилі .

Характеристика ІМЗ:

може замінюватись в інтервалі ;

функція є багатопелюстковою, приклади зображення наведено на рис. 8.19, рис. 8.20;

	Земля – провідник, поляризація вертикальна, , , .
Рис. 8.19

кількість пелюсток приблизно дорівнює ;

максимуми будуть у напрямках

; ;

мінімуми будуть в напрямках

; ;

при малих кутах місця і відбиваючій поверхні формула (8.4) спрощується:

,

(8.5)

де – висоти точок випромінювання і спостереження;

– відстань між ними.

Земля – провідник, поляризація вертикальна,

, , .

	Земля – діелектрик, поляризація – горизонтальна, , , .
Рис. 8.20

Розглянемо приклад розрахунку інтерференційного множника Землі при , горизонтальної поляризації, (рис. 8.21). При цьому вираз ІМЗ має вид

Рис. 8.20

Визначимо максимуми інтерференційного множника Землі

при , що не підходить, бо будемо шукати розв’язок тільки для кутів .

Аналогічно не підходять значення

При

при

при це неможливо

Визначимо мінімуми інтерференційного множника Землі.

при

при

при .

Діаграма спрямованості ІМЗ показана на рис. 8.22.

Рис. 8.22

У діапазоні радіохвиль земна поверхня за своїми електричними властивостями близька до провідника. При цьому при вертикальній поляризації модуль і фаза коефіцієнта відбиття , . Поблизу поверхні Землі амплітуда поля збільшується порівняно з вільним простором. Аналогічно застосування вертикальної поляризації дає виграш в амплітуді поля над морською поверхнею. У діапазоні УКХ більшість видів ґрунтів за електричними властивостями близькі до діелектрика . Тому перший пелюсток ІМЗ піднімається над Землею. Амплітуда поля при малих кутах місця з урахуванням (8.4) визначається виразом

,

(8.6)

Аналіз виразу (8.6) показує, що поблизу поверхні Землі амплітуда поля обернено пропорційна квадрату відстані, тобто затухання набагато більше, ніж у вільному просторі. Для збільшення амплітуди поля необхідно збільшити висоту антени (найбільш ефективно), потужність випромінювання.

Вплив Землі можна значно зменшити, якщо використовувати спрямовані антени (рис. 8.23). Як видно з рисунка, антена у напрямку Землі випромінює значно меншу потужність, ніж у напрямку спостереження. Тому амплітуда відбитої хвилі буде значно меншою за амплітуду прямої хвилі. Відбита хвиля буде мало впливати на поле в точці В.

Рис. 8.23

Таким чином, земна поверхня може суттєво впливати на поле випромінювача, особливо за малих висот спостереження.