3.1.Энергетические соотношения в условиях свободного пространства

1. 3.1.Энергетические соотношения в условиях свободного
пространства
3.1.1. Ослабление поля
Свободное пространство – отсутствие атомов, молекул, зарядов, т.е.
вакуум: εro=1, μro=1, σo=0.
В реальных природных условиях такой среды не существует. Однако
исследование условий распространения в свободном пространстве
оказывается необходимым, поскольку позволяет выявить закономерности
изменения напряженности поля, связанные с его пространственной
структурой.
Структура поля задается условиями излучения, т.е. источником
излучения.
Все антенны излучают сферические волны. Наблюдается сферическая
расходимость – это приводит к падению плотности потока мощности по мере
удаления от источника.
На практике очень часто это явление определяет требования к
энергетическим показателям аппаратуры.
Возьмем антенну А – изотропный
излучатель. Вокруг источника А
проведем воображаемую сферу
радиусом r. К источнику подведена
мощность P'1 и она равномерно
распределена по поверхности сферы
площадью 4πr2. Тогда средняя за
период плотность потока мощности
(мощность, приходящаяся на единицу
Рис. 3.1. площади):
(3.1)
, где Ео д и Но д – действующие значения.
Учитывая, что в условиях свободного пространства
находим связь между мощностью и напряженностью ЭМП:
(3.2.)
(3.3.)
Амплитудное значение:
(3.3’)

2. На практике ненаправленных излучателей нет. Поэтому необходимо
ввести коэффициент усиления G антенны, который характеризует степень
концентрации ЭМ энергии в данном направлении:
, при условии, что подводимые мощности к обеим антеннам
одинаковы.
(3.4)
.
где Р'1 - мощность, подведенная к направленной антенне;
P1Э - эквивалентная мощность излучения (она подведена к
ненаправленному излучателю).
Подставив (3.4.) в (3.3.) и (3.3.'), получим:
(3.5.)
Мгновенное значение:
Где – коэффициент фазы (волновое число).
Сравнивая (3.3.) и (3.5), можно сказать, что замена ненаправленного
излучателя на направленный позволяет в точке приема увеличить
G1
напряженность поля в раз без увеличения подводимой мощности.
КУ = f(D и λ) – функция длины волны и размеров антенны.
В сантиметровом диапазоне коэффициент усиления может достигать
тысяч или десятков тысяч, а в длинноволновой части радиодиапазона не
превышать единиц.
3.1.2. Мощность на входе приемника
Существуют радиолинии двух типов, для которых при одинаковых
параметрах ПРМ и ПРД, оборудование – мощность на входе приемника
оказывается разной.

3. Радиолиния 1 типа (пассивная радиолокация)
Рис. 3.2.
(3.6.)
Радиолиния 2 типа (пассивная ретрансляция)
Рис.3.3.
Мощность на выходе приемника (3.7.)
где η2 – КПД фидера приемной антенны,
– действующая площадь приемной антенны.
а) для симметричного λ/r вибратора , где – длина
плеча.
б) для поверхности антенн , S – геометрический
размер.
На радиолинии 1-го типа плотность потока мощности в месте приема:
(3.8.)
где P1η1G1 – указан на рисунке,
Подставив (5) в (4), получим:
(3.9.)
I
где P 02 – мощность на входе приемника в условиях свободного
пространства.
На радиолинии 2-го типа значение П02 зависит от тех же параметров,
что и на линии 1-го типа, и, кроме того, от переизлучающих свойств
ретранслятора.
Способность переизлучать оценивается эффективной площадью
рассеяния σэфф (ЭПР).

4. Величина ЭПР зависит от:
а) формы;
б) ЭМ параметров вещества;
в) ориентации относительно направления распространения
первичного поля и направлении на прием.
Если около переизлучающего тела плотность потока мощности
первичного поля
(3.10.)
то переизлученная мощность:
(3.11.)
а плотность потока мощности поля вблизи приемной антенны:
(3.12.)
;
Мощность на входе приемника для радиолинии II типа:
(3.13.)
Если r1=r2, тело расположено в середине трассы, то:
(3.14.)
(3.14.) – уравнение радиолокации.
Анализируя (3.9.) и (3.14.), можно сделать вывод: для радиолиний I-го
типа мощность на входе приемника уменьшается обратно пропорционально
квадрату расстояния; для радиолиний II-го типа – обратно пропорционально
четвертой степени.
При проектировании систем удобно иметь сведения о потерях при
передаче ЭМЭ.
Потерями передачи L называют отношение мощности, подводимой к
передающей антенне Р’1, к мощности на выходе приемной антенны Р’2:
(3.15.)
Р1 – мощность на выходе передатчика, Р2 – на входе приемника.
Мощность на входе приемника для радиолинии II типа:
(3.16.)
Если r1=r2, тело расположено в середине трассы, то:

5. (3.17.)
(3.17.) – уравнение радиолокации.
Анализируя (3.9.) и (3.17.), можно сделать вывод: для радиолиний I-го
типа мощность на входе приемника уменьшается обратно пропорционально
квадрату расстояния; для радиолиний II-го типа – обратно пропорционально
четвертой степени.
При проектировании систем удобно иметь сведения о потерях при
передаче ЭМЭ.
Потерями передачи L называют отношение мощности, подводимой к
передающей антенне Р’1, к мощности на выходе приемной антенны Р’2:
(3.18.)
Р1 – мощность на выходе передатчика, Р2 – на входе приемника.
Радиолиния 1-го типа в условиях свободного пространства:
(3.19)
Выделим составляющую L0, которая характеризует потери,
обусловленные сферической расходимостью фронта волны при G1=G2=1.
L0 – называется «основными потерями передачи» в условиях
свободного пространства:
(3.20)
– полные потери передачи. (3.21.)
Для радиолиний 2 типа в свободном пространстве:

6. (3.20)
Выразим L02 через L0 ,для этого умножим и поделим (3.22.) на 4π/λ2
В случае реальных сред потери выраженной через множитель
ослабления V, характеризует потери, обусловленные свойствами данной
среды:
или в дБ L1 = L0 – 10LgG1 – 10LgG2 – 20LgV,
где Lдоп - 20LgV – дополнительные потери, обусловленные потерями в
среде
Для радиолиний 2 типа: