Короткі теоретичні відомості. Електромагнітнні поля на частотах від 3 кГц до 3000 ГГц, які використовуються для перенесення інформаціі

Електромагнітнні поля на частотах від 3 кГц до 3000 ГГц, які використовуються для перенесення інформаціі, називаються радіохвилями. Поширення радіохвилі у вільному просторі здійснюється як переміщення її фронту, тобто поверхні однакових фаз, що оточують джерело хвилі. На відстанях фронт хвилі має сферичну форму, але його фрагмент у деякому тілесному куту можна вважати за плоский. Припустимо, що в момент часу фронт хвилі міститься на відстані від ізотропної збуджуючої антени і на відстані від приймальної так, що , де – відстань між фазовими центрами антен. Фазовим центром антени називається точка, відносно якої фронт збудженої хвилі є сферичним. Відповідно до принципу Гюйгенса–Френеля кожна точка простору, якої досягла хвиля, що поширюється, тобто її фронт, стає вторинним джерелом елементарних сферичних хвиль, які внаслідок інтерференції, створюють нову поверхню рівних фаз, тобто новий фронт хвилі. Такою є модель поширення радіохвиль. З цієї моделі видно, що в точку приймання одночасно надходять радиохвилі не тільки від вторинного джерела, що розміщується на прямій (пряма хвиля), але і від вторинних джерел, якіми є усі інші точкі фронту хвилі. Відстані від цих точок до точки прийому перевищують відстань . Тому в точку прийому надходять хвилі з різними фазовими зсувами відносно прямої хвилі.

Вторинні фазні джерела, що знаходяться на рівних відстанях від точки прийому, розташовані як точки концентричних кіл, які можна виділити на деякій уявній площині, що перпендикулярна прямій . Очевидно, що на цій уявній площині можна виділити концентричні кола з більшими радіусами такі, що еквівалентні вторинні джерела, які на них містяться, збуджують у точці приймання хвилі, які опиняються у протифазі з хвилями суміжних кіл і тому їх послаблюють. На площині можна також знайти сукупність концентричних кіл, вздовж яких розподілені джерела, що збуджують хвилі, які знаходяться у фазі з електромагнітними хвилями першого кола і підсилюють їх. Очевидно, що на уявній площині можна виділити концентричні кільця, у межах яких розподілені вторинні джерела хвиль, між якими фазовий зсув у точці прийому не перевищує 180°. Суміжні дільниці фронту хвилі, що належать цим кільцям, звуться зонами Френеля. Радіус відповідної зони Френеля розраховують за формулою:

,

де n =1,2,...

На відміну від інших перша зона Френеля є не кільце, а диск радіусу . З формули випливає, що максимум радіуса n - ї зони Френеля характерний для фронту, який знаходиться усередині траси, тобто при

.

При інших співідношеннях між і значення зменшуються. Тому просторові огинаючі зон Френеля n - го порядку є еліпсоїдами обертання з фокусами, що знаходяться в точках розміщення передавальної та приймальної антен (їх фазових центрів). Площини усіх зон Френеля, які розташовані на одній поверхні, однакові:

,

але вплив кожної зони на формування результуючого поля є різним. Непарні зони сприяють збільшенню результуючого поля, а парні – його зменшенню. Звичайно визначають наявність перших 6 - 8 зон Френеля. Еліпсоїди обертання, що відповідають цим зонам, обмежують області простору, які є суттєвими при поширенні радіохвиль. Найбільший внесок у формування поля радіохвилі в точці прийому припадає на першу зону Френеля. Перекривання перших зон Френеля будь-якою перешкодою порушує процес формування поля в точці прийому радіохвилі. Мінімальна відстань у вертикальній площині від прямої, що з’єднує фазові центри антен, до вищої точки перешкоди називається просвітом. Величина просвіту є від’ємною, коли перешкода перекриває трасу поширення прямої хвилі (закрита траса), і додатною, якщо перешкода цей напрям не перекриває (відкрита траса).