Влияние земли на ДН антенн

[Andrej]

Порекомендуйте, пожалуйста, литературу описывающую влияние земли на диаграмму направленности антенн. В частности, интересует влияние проводимости земли, и почему так. Какую литературу порекомендуете?

[RN1QA]

Из книги И.Гончаренко (3.4.4. Влияние реальной земли на усиление и ДН
Обратимся теперь к случаю несимметричного вибратора над реальной землёй. Причем вибратор находится не на земле, а на произвольной высоте над землёй. В отличие от идеальной реальная земля имеет конечную проводимость, то есть имеет активные потери. Для вертикального вибратора это приводит к трём механизмам воздействия (отличия от идеальной земли):
1. Как и в случае с горизонтальным вибратором - снижение тока в «зеркальной» антенне, т.е. ухудшение отражающих свойств и уменьшение амплитуды отраженной волны. Поэтому при сложении прямой и отраженной от земли волн суммарная амплитуда получается меньше – соответственно снижается Ga.
2. В отличие от случая с горизонтальным вибратором излучение направлено вдоль поверхности земли (так называемая поверхностная волна). И естественно распространясь вдоль среды с активными потерями (земли) поверхностная волна испытывает затухание. Причем тем более сильное, чем ниже зенитный угол (в частности, если угол равен 0 затухание бесконечно – точно вдоль земли излучения нет).
3. Для низко подвешенных штырей - активные потери реактивного ближнего поля в земле (этот эффект не учитывается MININECом). Однако на практике влияние этого механизма как правило не очень велико (исключение – штырь, стоящий прямо на земле) – система противовесов (если она грамотно выполнена) действует как экран, препятствуя проникновению ближнего поля штыря в почву (противовесы имеют длину l/4, а радиус ближней зоны l/2p, то есть меньше).
4. Для противовесов, лежащих на земле – дополнительные потери, но о них не в этом параграфе, а в 3.4.5.2. В этом же параграфе минимальная высота антенны не ноль, а 0,01l.
На рис. 3.4.6 и 3.4.7 показано к чему это приводит - даны семейства ДН для l/4 и 5/8l GP соответственно для разных высот подвеса и разных свойств земли.
Что имеется в виду под плохой и средней землёй мы уже определяли в параграфе 3.3.3. А под хорошей понимается земля со следующими параметрами: диэлектрическая проницаемость e =80, проводимость s = 1 мС/м (пресная вода). Везде в дальнейшем под хорошей будет пониматься земля именно с такими параметрами.
Что видно из рис 3.4.6 и3.4.7?
Во-первых, то, что для относительно высоких зенитных углов (выше примерно 30 градусов) ухудшение качества земли ведет к снижению уровня излучения там, где соответствующая ДН над идеальной землей имеет максимум («затупление» максимумов), и возрастание излучения, там где ДН над идеальной землей имеет минимум («заплывание» минимумов). Смотрите, на всех верхних лепестках ДН цифры 1,2,3,4 стоят строго по порядку – лучшая земля соответствует большему уровню излучения – в максимуме. И в обратном порядке 4, 3, 2, 1 – в минимумах – чем хуже земля, тем сильнее «заплывает» минимум и больше излучение в нём. Это работа первого механизма отличия реальной земли от идеальной – снижения тока в «зеркальном» вибраторе.
Во-вторых – для очень низких углов излучения (примерно ниже 10 градусов) ухудшение качества земли также ведет к снижению излучения вдоль земли. Это влияние второго механизма отличия реальной земли от идеальной – возрастание затухания поверхностной волны по мере ухудшения качества земли. Посмотрите – для углов ниже 10 градусов хорошая земля (ДН с цифрой 2) почти всегда выигрывает. Стоп, скажет внимательный читатель. Почему почти? И почему на нижних ДН обоих рисунков ДН для плохой земли (с номером 4) при угле в 10 градусов на несколько дБ лучше, чем ДН для хорошей земли (с номером 2)? Ну если посмотреть эти же ДН при угле в 2 градуса, то хорошая земля все же выиграет. А парадокс того, что для некоторых высот и углов плохая земля оказывается лучше, рассмотрен в следующем абзаце.
В-третьих – для углов 10…30 градусов наблюдается нечто странное – цифры потеряли порядок и перепутались. То и дело ДН с номерами 3 и 4 (средняя и плохая земля) оказываются по уровню выше ДН с цифрой 2 (хорошей земли). Что происходит? Обратимся к нижней ДН рис. 3.4.7. На большой высоте первый максимум ДН (над идеальной землей) направлен очень низко (ниже 10 градусов). При хорошей реальной земле первый лепесток пытается вырасти, но максимум настолько низко, что из-за сильного поглощения поверхностной волны этот лепесток получается «полусъеденным» этим поглощением. А выше этого «съеденного максимума» (при углах 10..20 градусов) лежит минимум. Который, при хорошей земле минимумом и остаётся. Поэтому излучение в секторе 10..20 градусов получается низким, несмотря на хорошую землю. А для плохой земли первый лепесток «съедается» поверхностным затуханием без остатка, но вот чуть выше по углу (где у хорошей земли идет минимум), из-за «заплывания» минимумов ДН имеется вполне приличное излучение. Поэтому получается парадоксальная ситуация - при чрезмерно прижатом к земле первом лепестке на низких углах (10…20 градусов) излучения плохая земля выиграет у хорошей! Это же механизм ответственен за то, что длинные 5/8l GР при средней земле в диапазоне углов 20…40 градусов ведут себя не так хорошо как при плохой. Сравните на рис 3.4.7 ДН 3 и 4.
В-четвертых, почему с ростом высоты подвеса штыря даже при плохой земле улучшается излучение под низкими углами? Дело в меньшем затухании поверхностной волны – чем выше основание штыря над реальной землёй, тем дольше идёт волна ЭМВ, излученная под низким углом не «касаясь» поглощающей земли. В результате снижается затухание поверхностной волны, и как следствие – растёт и общее Ga и усиление под малыми углами. Даже, несмотря на то, что при некоторых высотах подвесах ДН имеет не лучшую, многолепесковую форму (см. рис. 3.4.6 и 3.4.7 при высотах 0,25lи 0,5l), и максимум её расположен под высоким (40..60 градусов) углом и, казалось бы, это никуда не годится. Тем не менее, усиление под низкими углами упорно растёт с высотой подвеса. Обратимся к рисунку 3.4.8, на котором дано усиление штырей над реальной средней землёй в зависимости от высоты подвеса. Причем, в данном случае дано не максимальное усиление (т. е не в направлении максимума ДН), а усиление под фиксированным зенитным углом в 10 градусов.
Из этих графиков видно, что рост высоты штыря увеличивает усиление под низкими углами к горизонту. Выглядит график так, как будто бы на графики рис 3.4.5 наложен линейный рост усиления с высотой. В принципе так оно и есть – графики 3.4.5 для идеальной земли описывают максимальное Ga, направленное при идеальной земле под нулевым зенитным углом. А линейный рост – это как раз снижение затухания поверхностной волны над реальной землёй по мере роста высоты подвеса GP.
Над реальной землёй с увеличением высоты подвеса, с определенного порога ДН расслаивается на отдельные лепестки, и максимум излучения соответствует уже не первому (низкому), а более высоким лепесткам ДН (см. рис. 3.4.6. и 3.4.7 для высот подвеса более l/4). То есть, направлен под высокими углами к горизонту. Из этого некоторые делают совершенно ошибочный вывод, о нежелательности подъема GP выше того порога, при котором его ДН раздваивается. Это совершенно не так, и рис 3.4.8 это заблуждение опровергает. Например, для l/4 GP с высоты подвеса в 0,35l начинается раздвоение ДН и рост верхнего лепестка. А при высоте в 0,45l максимум ДН подпрыгивает до 49 градусов. И, казалось бы, ничего хорошего в этом нет. Однако излучение под углом 10 градусов, тем не менее, не только не падает, но и продолжает расти.
Фокус тут вот в чём. Да, l/4 GР на высоте подвеса 0,5l имеет максимум излучения под углом 46 градусов. Но этот вертикал излучает БОЛЬШЕ энергии под углом 10 градусов, чем l/4 GР с высотой подвеса в 0,01l с такой, казалось бы, красивой ДН. То есть увеличение высоты подвеса перераспределяет энергию. В низко подвешенном GP с красивой ДН и низким максимумом излучения, изрядная часть энергии расходуется на обогрев земли (потери поверхностной волны). А если тот же вибратор поднять повыше, то хотя его ДН станет некрасивой с максимумом под 40…60 градусов, но под низкими углами уйдет больше энергии, чем для низко стоящего вертикала. То есть, в уровне сигнала под низким углом мы только выиграли, а та энергия, что раньше обогревала землю идет на излучение под высокими углами. То есть не максимум ДН (в направлении низких углов) у высоко стоящего штыря по величине БОЛЬШЕ, чем максимум излучения штыря стоящего низко. В этом, собственно, смысл графиков рис. 3.4.8. Небольшие (менее 0,15 дБ) «горбики» на рис. 3.4.8 как раз соответствуют моменту перехода максимума излучения от первого низкого лепестка, ко второму, высокому.
То есть вертикалы, по мере возможности желательно поднимать над землёй. Особенно это относится к l/4 GР. Подъем которого от 0 до высоты 0,3l даёт удвоение (+3 dB) мощности, излученной под низкими углами. Для более длинных штырей прирост при небольшом подъёме не столь значителен. Тем не менее, желательно поднимать любые GP. Потому что прирост усиления в области 0….0,15l может быть ёщё больше, чем следует из рис. 3.4.8. Дело в том, что графики 3.4.8 построены в предположении хорошей системы противовесов, полностью экранирующей ближнее поле вертикала от потерь в земле. А на практике это не всегда так, поэтому, в зависимости от количества и качества противовесов, реальное усиление вертикала для высот менее 0,15l GР может быть меньше, показанного на рис. 3.4.8. Особенно для штыря, непосредственно стоящего на земле. Впрочем, это уже следующий параграф…)
На главную - Main page
HotLog

[Andrej]

Благодарю за быстрый ответ, но это не то. Здесь рассмотрены лишь частные случаи для конкретных антенн и конкретной земли, без конкретных объяснений и описаний самих процессов. Интересует более серьёзная литература, более серьёзных авторов.

[RZ6FE]

Интересует более серьёзная литература, более серьёзных авторов.

Начните с Ротхаммеля - https://yadi.sk/i/-09HMAT4qcb5s



Потом со стр. 294 - https://yadi.sk/i/4X9msMC03aR77Q

Если и это несерьёзно, погуглите.

[Andrej]

О, Meinke - это новое для меня. Интересно.

[RA6FOO]

http://rateli.ru/books/item/f00/s00/z0000000/

Распространение средних р.волн земным путем Кашпровский 1971.djvu

Распространение радиоволн вдоль земной поверхности Фейнберг 1999.djvu

Распространение радиоволн Черенкова 1984.djvu

Распространение радиоволн Черный 1972.djvu

Рассеяние и дифракция ЭМВ Кинг 1962.djvu

http://www.amanogawa.com/archive/Obl...iqueLossy.html

[RZ6FE]

Распространение средних р.волн земным путем Кашпровский 1971.djvu
Распространение радиоволн вдоль земной поверхности Фейнберг 1999.djvu
Распространение радиоволн Черенкова 1984.djvu
Распространение радиоволн Черный 1972.djvu

РРВ несколько не попадает в сферу интересов ТС:

Влияние земли на ДН антенн
Порекомендуйте, пожалуйста, литературу описывающую влияние земли на диаграмму направленности антенн. В частности, интересует влияние проводимости земли, и почему так. Какую литературу порекомендуете?

[RZ6FE]

Интересно.

Кстати, влияние земли на ДН усиление, импеданс антенны можно понять твёрдо зная для начала курс фиизики Пёрышкина, раздел "Оптика". Зеркало - хорошая проводимость "земли", чёрный бархат - плохая проводимость "земли"... Много интересного!

[RA6FOO]

Андрей, есть простой способ узнать влияет ли и насколько влияет земля на ДН антенны.

[Andrej]

Андрей, есть простой способ узнать влияет ли и насколько влияет земля на ДН антенны.

Какой?
Я помню, Ротхаммель описывал диаграммы направленности в зависимости от высоты антенны. Оптимальной для диполя является высота не менее половины длины волны. Видимо, из-за зон Френеля?

[RZ6FE]

Андрей, есть простой способ узнать влияет ли и насколько влияет земля на ДН антенны.

Он литературу просит, а не способ.

[Andrej]

Читая параграфф 1.3 Грудинской вспомнил великолепнейшую демонстрацию зон Френеля:

https://youtu.be/MoUTQ0D9gDQ
https://youtu.be/gAqBvCxp8y0

ЗЫ: Жаль, что в этой теме нельзя вставлять видео.

[RZ6FE]

Читая параграфф 1.3 Грудинской вспомнил великолепнейшую демонстрацию зон Френеля:

https://youtu.be/MoUTQ0D9gDQ
https://youtu.be/gAqBvCxp8y0

ЗЫ: Жаль, что в этой теме нельзя вставлять видео.

Всё, влияние земли перестало интересовать?

[Andrej]

Напротив, я вижу в этих зонах Френеля самую непосредственную связь по теме. И это только начало.

[RA6FOO]

На ДН антенны может повлиять лишь то, что может повлиять на токи в ней.
Если они не меняются, то нет и влияния на ДН антенны.