Среда распространения – приземный слой атмосферы

При наземной радиосвязи с подвижными объектами транспорта средой распространения радиоволн является пространство между двумя антеннами с высотами Н и h и границей раздела сред «воздух – земля», как показано на рис. 3.1.

В зависимости от используемого диапазона радиочастот высоты установки стационарной Н и локомотивной h антенн бывают сравнимы с длиной вол-

ны λ или даже меньше ее (h < λ). Такие антенны называются неподнятыми.

В случае же выполнения условия h > λ антенны называют поднятыми.

В гектометровом диапазоне частот для некоторых систем радиосвязи (f_p = = 2,13 МГц) антенны относятся к разряду неподнятых. Неподнятые антенны характеризуются невысокой эффективностью при преобразовании напряженности электромагнитного поля радиоволны Е в наведенную в антенне ЭДС, поэтому на практике не обеспечивают нужной дальности радиосвязи.

Каналы радиосвязи в метровом (f_p = 151,7 ÷ 156 МГц) и дециметровом (f_p = 457,4 ÷ 468,4 МГц) диапазонах характеризуются применением поднятых антенн (H > λ).

Рис. 3.1. Схема наземного распро-

странения радиоволн.

При высокоподнятой стационарной антенне от передающей (А) к приемной (В) антенне распространяются две раздельные волны − прямая и отраженная от земли. Прямая волна распространяется по кратчайшему пути r₁ практически как в свободном пространстве и может быть рассчитана по формуле (2.33).

Влияние поверхности земли проявляется в формировании отраженной волны, распространяющейся по пути АСВ длиной r₂. Результирующее поле в точке В образуется за счет сложения (интерференции) двух радиоволн − прямой и отраженной от земли:

(3.1)

где множитель земли;

− коэффициент отражения радиоволны от земли;

β − фаза отраженной волны.

Сдвиг по фазе между прямой и отраженной волнами представляет собой сумму слагаемых:

(3.2)

где Ф − скачок фазы радиоволны при ее отражении от земли в точке С;

кΔr = k(r₂ – r₁) – набег фазы за счет разности хода прямого и отраженного лучей.

Модуль множителя земли можно представить в тригонометрической форме:

(3.3)

Длина лучей r₁ и r₂ может быть выражена через геометрическое построение (см. рис. 3.1), как гипотенуза через суммы квадратов катетов:

(3.4)

(3.5)

тогда разность хода лучей при малых углах скольжения Δ

(3.6)

В этом случае

(3.7)

При достаточно больших расстояниях r >>λ углы скольжения радиолучей

(3.8)

При этом модуль коэффициента отражения будет стремиться к единице, а скачок фазы Ф − к 180^о. Тогда

(3.9)

а выражение для модуля множителя земли запишется в виде:

(3.10)

Окончательно выражение для вычисления напряженности поля радиоволны предстанет в виде формулы:

(3.11)

это интерференционная формула Б.А. Введенского.

В соответствии с формулой (3.11) поле радиоволны на близких расстояниях от стационарной антенны будет характеризоваться наличием максимумов и минимумов в соответствии с синусоидальной функцией множителя земли. Аргумент синуса уменьшается с ростом расстояния r и при

(3.12)

можно синус такого аргумента заменить самим аргументом. Таким образом, начиная с расстояния

(3.13)

интерференция прекратится, а формула (3.11) преобразуется в выражение

(3.14)

известное в литературе с 1928 г. как квадратичная формула Б.А. Введенского, поскольку в ней поле наземной радиоволны уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния r.