2.2 Некоторые рекомендации

Антенна ретранслятора, а при его отсутствии - антенна базовой станции (ПЦО) обычно устанавливается на такой высоте над поверхностью земли, чтобы для прохождения прямой волны не потребовалось бы дорогостоящее увеличение высоты всех или, по крайней мере, большинства объектовых антенн.

Перед установкой объектовой антенны необходимо по крупномасштабной топографической карте, а также при помощи полевого бинокля и путем обхода новой трассы определить расстояние между антеннами r и найти отражающую поверхность.

В городе с плотной застройкой отражающая поверхность - это, как правило, хотя и не всегда, поверхность крыш зданий вдоль трассы, и у разных радиотрасс отражающие поверхности разные.

Распространение УКВ в городе при прямой видимости между антеннами

Характер, особенности и в общем виде параметры отражения вертикально поляризованных волн от вертикальных поверхностей рассматриваются ниже.

Многолучёвость. Отражения от вертикальных поверхностей зданий и сооружений в городе

Реальная поверхность Земли отличается от идеализированной ровной поверхности шара, которую на сравнительно небольшом расстоянии между антеннами r_пл можно даже считать плоской, пренебрегая ее сферичностью. А на расстояниях, превышающих r_пл, когда не учитывать выпуклость сферы при расчетах уже нельзя (но по-прежнему в зоне прямой видимости), - вводя понятие о приведенных высотах антенн h₁´ и h₂´, вместо их реальных значений h₁ и h₂, можно по-прежнему считать , что волна отражается от участка плоскости вблизи одной определенной геометрической точки отражения.

Однако на реальных радиотрассах со сложным рельефом (например, при холмистой местности) могут существовать условия для отражения и интерференции в точке приема радиоволн не от одного, а от нескольких таких участков. И тогда говорят о многолучевом распространении радиоволн.

Пример многолучевого распространения радиоволн
(геометрическое построение)

На рисунке приводится простейший пример с отраженными волнами только от двух плоских участков поверхности: на склоне холма (1-1) и на горизонтальной поверхности (2-2), и показан один из нескольких возможных вариантов геометрического построения для нахождения точек отражения лучей (С и D) от этих двух участков.

По сравнению с ранее рассмотренным простым случаем интерференции прямой волны и волны, однократно отраженной от гладкой плоской поверхности, при многолучевом распространении радиоволн в реальных условиях результирующие напряженности поля в обеих точках приема могут изменяться в более широких пределах - от значений, очень близких к 0, до нескольких Е. В зависимости от высот и расстояний между антеннами, от наличия, пространственной ориентации, размеров и гладкости отражающих поверхностей, пригодных для формирования эллипсов первой зоны Френеля, и, конечно, от длины волны.

В частности, известны примеры, когда в условиях многолучевой интерференции у подножия гор, в радионаправлении диапазона 160 МГц, только путем перестройки в пределах 100 кГц удавалось получать прирост напряженности поля на 10 дБ либо уменьшать ее в пункте приема почти до нуля.

В населенных пунктах (особенно в городах и пригородах), где в основном и применяются рассматриваемые радиосистемы, обычно используемые ими вертикально поляризованные волны отражаются не только от горизонтальных поверхностей земли, парковых зон, водоемов, покрытий улиц и площадей, крыш зданий и сооружений.

В большей степени на распространение радиоволн в городах, как и в горных местностях, оказывают влияние отражения вертикально поляризованных радиоволн от различных вертикальных поверхностей (от стен зданий и сооружений).

Распространение УКВ в городе при наличии экранирующего препятствия

К тому же вертикальные отражающие поверхности в городе сравнительно однородны, а их электрические параметры (σ и ε) более стабильны при сезонных и погодных изменениях. Иначе говоря, отражения радиоволн от стен зданий более интенсивны и постоянны во времени, чем отражения от горизонтальных поверхностей. Очень часто такие радиоволны являются основными или даже единственными источниками, определяющими напряженность поля в точках приема.

«Усиление препятствием» или радиоприем за препятствием за счет дифракции радиоволн

Прием за препятствием, в области тени оказывается возможным, главным образом, за счет явления дифракции РВ.

Дифракционное ослабление (или, иначе, величина множителя ослабления препятствием поля свободного пространства) зависит от длины волны, от формы и размеров препятствия, от протяженности трассы и расположения препятствия относительно ее начала и конца, от электрических параметров поверхностей, угла дифракции и др. факторов.

Практически установлено, что наименьшее ослабление испытывают радиоволны, если на их пути находятся препятствия с остроконечными вершинами, которые по форме приближаются к клину и имеют эквивалентный радиус кривизны, меньший радиуса первой зоны Френеля в данной точке радиолинии.

Влияние отражающей поверхности на диаграмму направленности антенны

Понятие о направленных свойствах антенн и их диаграммы направленности рассматриваются в специальном разделе о технических характеристиках антенн.

Пока лишь следует отметить, что электромагнитное поле любого излучателя, поднятого над землей на некоторую высоту h, и даже поле некоторой гипотетической изотропной антенны, которая в свободном пространстве излучала бы равномерно во всех направлениях или (что то же самое) обладала бы строго круговой диаграммой направленности (ДН) в любой плоскости, из-за близости к земной поверхности приобретают пространственную интерференционную структуру.

При этом ДН любой антенны в вертикальной плоскости становится многолепестковой.

Многолепестковость диаграммы направленности любой антенны из-за интерференции при отражении не следует путать с многолепестковостью основной, собственной ДН сложной, многоэлементной реальной антенны (например, коллинеарной или направленной), которая определяется самой электродинамической схемой, самой конструкцией реальной антенны и не зависит от влияния отражающей поверхности. В справочниках по антеннам всегда приводятся конфигурации собственных ДН антенн при их работе в свободном пространстве, т.е. без учета влияния Земли.

Некоторые расчетные формулы теории распространения радиоволн приведены в Приложении 1.

Далее >>>