Влияние слоистых неоднородностей тропосферы на дифракционное поле УКВ
Автор: Дагуров Павел Николаевич
Журнал: Вестник Бурятского государственного университета. Философия @vestnik-bsu
Рубрика: Математика и информатика
Статья в выпуске: SB, 2012 года.
Бесплатный доступ
Рассматривается задача совместного учета дифракционного и тропосферного механизмов распространения радиоволн на трассе с клиновидным препятствием. Приведены численные результаты. Показано, что совместное действие обоих механизмов может приводить к значительным колебаниям уровня сигнала.
Дифракция, тропосфера, распространение радиоволн
Короткий адрес: https://sciup.org/148181345
IDR: 148181345
Текст научной статьи Влияние слоистых неоднородностей тропосферы на дифракционное поле УКВ
Введение. На закрытых приземных трассах основными механизмами распространения УКВ являются дифракция вокруг земной поверхности [1-5] и переизлучение волн неоднородностями диэлектрической проницаемости тропосферы [1,2]. Для частотно-территориального планирования радиосетей различного назначения необходимы модели, учитывающие эти механизмы. Как правило, влияние земной поверхности и тропосферных неоднородностей, при расчете загоризонтного распространения, учитывается раздельно. Между тем очевидно, что наиболее адекватным реальной ситуации должен являться совместный учет влияния обоих механизмов распространения. Это особенно относится к промежуточной зоне теневой области, где дифракционная и тропосферная компоненты соизмеримы по амплитуде и их интерференция может приводить к аномально высоким уровням поля, вызывающим ухудшение условий электромагнитной совместимости радиосредств, и к глубоким замираниям сигнала.
В качестве простой модели совместного учета дифракционного и тропосферного механизма в данной работе рассматривается задача о распространении радиоволн на трассе с клиновидным препятствием, когда над ним находится отражающий тропосферный слой.
Теория. Пусть между источником А сферической волны и точкой наблюдения Р находится клиновидное непрозрачное препятствие, над которым расположен отражающий тропосферный слой (рис. 1)/ Будем полагать, что удаления источника, края препятствия и приемника от границы раздела много больше длины волны. Тогда для решения задачи можно воспользоваться методами геометрической оптики (ГО) и геометрической теории дифракции (ГТД) [7, 8].
На рис. 1 показаны геометрооптические и дифракционные лучи, возникающие в данной задаче. Результирующее поле в точке, согласно ГТД и ГО, имеет вид:

Рис. 1. Геометрия задачи
U№=Ms-«yU^-ax\^ +U561 + Г489 + Г5689 , (1)
где л v 7 - единичная функция Хевисайда, индексы показывают последовательный путь лучей.
Выражения для полей, входящих в формулу (1), получены с помощью методов ГО и ГТД. Например, поле U561 имеет вид ехр[^(г5+г6+г7)] Г тг 2к(г5+г6)Г1
>1Цг5 +r6 +r7) ( 4 r5+r6+r7 2 J ^ r5+r6 + r7 2 J где Д] - коэффициент отражения луча 5 от границы слоя.
Численные результаты. Для оценки влияния тропосферного слоя были проведены расчеты множителя ослабления поля V=U(P)/Ui для случая, когда слой представляет собой полупространство, т.е. отражающей поверхностью является граница раздела двух полупространств с диэлектрическими проницаемостями е = 1 + v, e=l+v + Jec |Je| < v « 1, где Л с - скачок диэлектрической проницаемости на границе раздела, который может иметь как положительный, так и отрицательный знак. В этом случае коэффициент отражения от слоя независимо от поляризации волны описывается формулой sin а - Vas + sin2 а sin а + Vas + sin2 а где а - угол скольжения волны.
Расчеты проведены для различных длин трасс, высот препятствия, их расположений на трассе и различных значений скачков диэлектрической проницаемости. Для примера на рисунке 2 приведены результаты расчета для трассы длиной 50 км и клиновидным препятствием, расположенным посередине трассы. Результаты получены при различных значениях высоты препятствия Н над линией АР в зависимости от расстояния между границей раздела и краем препятствия Н, на длине волны 2=10 см.

а) б)
Рис. 2. Зависимости множителя ослабления от высоты слоя над краем препятствия а) Н = 50 м, Ле = 10"5, б) Н = 100 м., Ле = - 10"5
Приведенные зависимости показывают, что интерференция дифракционного поля и поля, отраженного от тропосферного слоя, при определенных соотношениях между геометрией трассы, длиной волны, параметрах слоя могут приводить к значительным изменениям уровня результирующего сигнала.