Распространение радиоволн в свободном пространстве

Рассмотрим распространение радиоволн в свободном пространстве, т. е. в однородной изотропной среде, не вносящей затухания. Естественно, что эти условия распространения — чисто теоретически, но к ним достаточно близки условия распространения радиоволн в космическом пространстве и приземной пространственной волны.

Напряженность поля в точке приема при распространении в свободном пространстве была определена в § 2.1, а именно для антенны изотропной — формулой (2.27), а для антенны с коэффициентом направленного действия D — формулой (2.30).

На практике для определения амплитуды напряженности поля Е чаще (пользуются следующим выражением: $$\begin{equation}E=245\frac{\sqrt{P_1G_И}}{r}=245\frac{\sqrt{P_Д}}{r}\end{equation}\tag{4.1а}$$ где Е — напряженность электрического поля, мВ/м; r — расстояние, км; P₁ — мощность, излучаемая антенной, кВт; G_И — коэффициент усиления антенны (по сравнению с изотропным излучателем).

Произведение P₁G_И = P_Д принято называть эффективной мощностью излучения (рис. 4.2).

Обозначим через P₂ мощность, принятую приемной антенной. Если эффективную площадь раскрыва приемной антенны обозначить (как и раньше) через А_эфф, то мощность $$\begin{equation}P_2=\frac{G_1P_1A_{эфф}}{4\pi{r^2}}=\frac{G_1G_2\lambda^2{P_1}}{\left(4\pi{r}\right)^2}\end{equation}\tag{4.2а}$$

Реально из-за потерь в окружающей среде мощность, принятая приемной антенной, меньше значения Р₂, рассчитанного по формуле (4.2а). Мерой дополнительного ослабления является коэффициент затухания W = αr, где α — удельные потери, r — расстояние. С учетом этого фактора амплитуда напряженности поля $$\begin{equation}E=\frac{245\sqrt{P_1G_1}}{r}W=\frac{245\sqrt{P_Д}}{r}W\end{equation}\tag{4.1б}$$ а мощность, принимаемая приемной антенной, $$\begin{equation}P_2=\frac{G_1G_2\lambda^2{P_1}}{\left(4\pi{r}\right)^2}W^2\end{equation}\tag{4.2б}$$

Очень удобно (и на практике обычно гак и поступают) рассчитывать уровень мощности, принятой приемной антенной, используя децибельную меру. В этом случае формула (4.2б) принимает вид $$\begin{equation}P_{2\;дБ}=P_1+20\lg\left(\frac{\lambda}{4\pi{r}}\right)+G_{1\;дБ}+G_{2\;дБ}+W_{дБ}\end{equation}\tag{4.3}$$

Коэффициент ослабления γ при распространении волны в свободном пространстве определяется как отношение мощности P₁, излученной передающей антенной, к мощности Р₂, принятой приемной антенной (при изотропных передающей и приемной антеннах): $$\begin{equation}\gamma=\frac{P_1}{P_2}=\left(\frac{4\pi{r}}{\lambda}\right)^2\end{equation}\tag{4.4}$$ или в децибелах

(4.5)

где r — расстояние между антеннами, км; f — частота излучения,

МГц.

На рис. 4.3 приведены номограммы, облегчающие расчет коэффициента ослабления γ. Например, для f = 144 МГц и r = 100 км находим на номограмме, что γ = 115 дБ.

Знание коэффициента ослабления необходимо для расчета трасс радиолиний связи (см. § 4.4).