Напряженность поля на ДВ и СВ, на земле и в воздухе Опции

[Anton75]

Предположим, мы измерили напряженность поля в дальней зоне средневолнового передатчика, находясь у поверхности Земли. Есть ли какие-либо формулы или эмпирические зависимости, по которым можно было бы найти напряженность поля на высоте n километров над точкой измерения? Верно ли предполагать, что напряженность поля растет с увеличением высоты?

[felix2]

Предположим, мы измерили напряженность поля в дальней зоне средневолнового передатчика, находясь у поверхности Земли. Есть ли какие-либо формулы или эмпирические зависимости, по которым можно было бы найти напряженность поля на высоте n километров над точкой измерения? Верно ли предполагать, что напряженность поля растет с увеличением высоты?

Навряд ли вы такие формулы найдете. Проще будет напрямую посчитать поле с учетом реальной земли при помощи какого-нибудь антенного симулятора. Есть даже бесплатные, например MMANA. Результаты будут достаточно достоверны за пределами ближней зоны.

[Белый дед]

У геофизиков есть метод глубинного зондирования с помощью поля удаленных ДВ и СВ радиостанций.
В зависимости от проводимости пород изменяется напряженность и направление поляризации.
Чем ниже частота - тем глубже можно зондировать.
Проводимость пород может изменяться в очень широких пределах, поэтому никакой конкретной формулы нет и быть не может.

Сообщение отредактировал Белый дед - Sep 14 2014, 21:48

[Aner]

Напряженность поля на ДВ и СВ зависит и не только от выбраной антенны, ее диаграммы направленности, но и от времени суток в дальней зоне на высоте n километров над точкой измерения. Ночью за счет отражения от вытянутой далеко от земли ионосферы связь дальше, и напряженность поля на высоте n километров выше. Днем из-за придавленой к поверхности земли солнечным излучением ионосфера обеспечит значительно меньшую дальность связи, как следстие напряженность поля на высоте n километров ниже. Причем днем на ДВ и СВ появляются ( можно сказать концентрические) мертвые зоны приема сигнала наподобии зон Френеля.

[tsww]

Предположим, мы измерили напряженность поля в дальней зоне средневолнового передатчика, находясь у поверхности Земли. Есть ли какие-либо формулы или эмпирические зависимости, по которым можно было бы найти напряженность поля на высоте n километров над точкой измерения? Верно ли предполагать, что напряженность поля растет с увеличением высоты?

Формула Okumura-Hata. Также неплохо изложено в статье С.Н. Пескова Аналитические методы расчета напряженности поля создаваемой передатчиком.

[Anton75]

tsww, эти модели для частот в сотни мегагерц и выше.
felix2, а симуляторы учитывают огибание волнами ДВ и СВ диапазонов поверхости Земли?
Если излагать ближе к практике, задача такая: измерив напряженность поля, создаваемого ненаправленным радиомаяком на поверхности земли, попытаться прикинуть, какую напряженность увидит радиокомпас самолета, пролетающего над этим местом. Расстояние от маяка до точки приема не более 150 км. Для самолета излучающая антенна всегда находится в зоне прямой видимости, а для измерителя на земле - нет. Никак не соображу, это осложняющее обстоятельство, или, с учетом частотного диапазона, таки нет?

[DmitryHF]

Посмотрите, эту программу.
VOACAP HF Propagation Prediction and Ionospheric Communications Analysis
http://www.voacap.com/

[felix2]

tsww, эти модели для частот в сотни мегагерц и выше.
felix2, а симуляторы учитывают огибание волнами ДВ и СВ диапазонов поверхости Земли?
Если излагать ближе к практике, задача такая: измерив напряженность поля, создаваемого ненаправленным радиомаяком на поверхности земли, попытаться прикинуть, какую напряженность увидит радиокомпас самолета, пролетающего над этим местом. Расстояние от маяка до точки приема не более 150 км. Для самолета излучающая антенна всегда находится в зоне прямой видимости, а для измерителя на земле - нет. Никак не соображу, это осложняющее обстоятельство, или, с учетом частотного диапазона, таки нет?

Распространение поля вдоль поверхности Земли (условно "поверхностная волна") и под углом к этой поверхности на большом расстоянии (условно " пространственная волна") происходит по совершенно разным математическим моделям, причем в первом случае, имеется сильно выраженная зависимость от проводимосити земли (в отличие от пространственной волны). Поэтому строгой зависимостей между значениями пространственной и поверхностной волны не существует.
В вашем случае, поскольку для вас важна пространственная волна, рельеф местности мало интересен, за исключением случая низколетящего самолета над горной местностью.
Поэтому, если уж очень большой точности не нужно, то вполне можно пользоваться антенными симуляторами. Понятно, что в этом случае принципиальна форма диаграммы направленности (ДН) в вертикальной плоскости вашего маячка, поэтому в симуляторе небходимо создать приближенную модель антенны вашего маячка. Важно еще это потому, что для ДВ и СВ на высоте 100-200 км находится отражающий слой ионосферы, и желательно, чтобы под высокими углами к горизонту ваш маячок не "стрелял", иначе получите неопределенность в виде суперпозиции прямой и отраженной волн.
DmitryHF
VOACAP к этой задаче отношения не имеет, т.к. предназначена для расчета КВ трасс.

[Anton75]

Т.е. при сравнительно небольшой (относительно расстояния до передатчика) разнице в высоте между точками приема, в этих точках наблюдаются волны, пришедшие принципиально разными путями распространения?

[felix2]

Т.е. при сравнительно небольшой (относительно расстояния до передатчика) разнице в высоте между точками приема, в этих точках наблюдаются волны, пришедшие принципиально разными путями распространения?

Типа того. Но этого может и не быть, если ДН в вертикальной плоскости не слишком стреляет под ывсокими углами. Решите простую геометрическую задачу в интересующем вас диапазоне расстояний для высоты отражающего слоя 120 км. Вполне возможно, что под этими углами антенна излучает мало.

[tsww]

Т.е. при сравнительно небольшой (относительно расстояния до передатчика) разнице в высоте между точками приема, в этих точках наблюдаются волны, пришедшие принципиально разными путями распространения?

Для указанных расстояний (100 км) основной механизм распространения волны один - поверхностный. Только в одном случае поверхностная волна состоит из прямой волны (распространяющейся по прямой линии между антеннами) и отраженной от поверхности земли, а во втором случае лишь из прямой волны. Пространственные волны, т.е. волны претерпевшие отражение от ионосферы, характерны для расстояний более 200 км. Этим волнам присущи сильные замирания. Думаю, что для поверхностных волн средневолнового диапазона можно применять общеизвестные формулы расчета напряженности поля.

[Aner]

Для указанных расстояний (100 км) основной механизм распространения волны один - поверхностный. Только в одном случае поверхностная волна состоит из прямой волны (распространяющейся по прямой линии между антеннами) и отраженной от поверхности земли, а во втором случае лишь из прямой волны. Пространственные волны, т.е. волны претерпевшие отражение от ионосферы, характерны для расстояний более 200 км. Этим волнам присущи сильные замирания. Думаю, что для поверхностных волн средневолнового диапазона можно применять общеизвестные формулы расчета напряженности поля.

Для ДВ и СВ это в корне неверное мнение, поскольку ничего не сказано о антенне, времени суток. Так нет ни одного условия для формирования поверхностной волны. Нет вариантов для получения прямой волны на 100км для этих диапазонов. Нельзя применять общеизвестные формулы расчета напряженности поля по многим причинам, таких как нарушение условий, не работают они. Этим волнам не присущи никакие замирания.
Поглощение волн атмосферой, ионосферой да, рассеяние волны - да. Как волна может замереть сама собой, без условий среды, объясните? Только не объясняйте противофазным сложением волн, это другое.

[felix2]

Не стоит все упрощать, но и усложнять не нужно. На СВ, с вероятностью 99%, в качестве маячка будет использоваться вертикальный монополь, т.е. излучатель, расположенный непосредственно у поверхности земли. Далее все зависит от положения приемной антенны.
Если приемная антенна находится на значительном расстоянии от передающей и при этом не под очень малым углом места, то в этом случае применим метод геометрической оптики, т.е. поле у самолета равно суперпозиции полей передающей антнны и ее зеркального отображения с учетом коэффициента Френеля. При этом, если самолет находится на расстоянии не более 150 км от маяка и с учетом формы ДН маяка (вертикального монополя), можно считать что уровень отраженной от ионосферы волны намного меньше уровня прямой волны.
Если же приемная антенна находится у поверхности земли, то метод геометрической оптики уже не применим, здеь работают совсем другие соотношения, полученнные в работах Зоммерфельда и пр.
В большинстве антенных симуляторах, поле в дальней зоне для подобных случаев считаются, используя именно принцип геометрической оптики.
Похоже, вам это подойдет.
Кстати, для СВ погода на самолетной высоте на уровень поля повлияет довольно слабо.

[Anton75]

На СВ, с вероятностью 99%, в качестве маячка будет использоваться вертикальный монополь, т.е. излучатель, расположенный непосредственно у поверхности земли.

Именно так. И при геометрических расчетах, очевидно, высота такой антенны считается равной нулю?

Если же приемная антенна находится у поверхности земли, то метод геометрической оптики уже не применим, здеь работают совсем другие соотношения, полученнные в работах Зоммерфельда и пр.
В большинстве антенных симуляторах, поле в дальней зоне для подобных случаев считаются, используя именно принцип геометрической оптики.
Похоже, вам это подойдет.

Подойдет только для случая приемной антенны на самолете, Вы имеете в виду? Потому что в случае приемной антенны на земле обе высоты в геометрической формуле будут равны нулю, и она теряет смысл.
А нужен способ расчета для поверхности. Чтобы, измерив напряженность у поверхности, решить обратную задачу и предсказать напряженность на высоте.

Кстати, для СВ погода на самолетной высоте на уровень поля повлияет довольно слабо.

[felix2]

А нужен способ расчета для поверхности. Чтобы, измерив напряженность у поверхности, решить обратную задачу и предсказать напряженность на высоте.

Вряд ли у вас этот фокус пройдет. Если только это не самоцель или какой нибудь НИР (диссертация,диплом) , то проще просто посчитать через симулятор.

[Aner]

...А нужен способ расчета для поверхности. Чтобы, измерив напряженность у поверхности, решить обратную задачу и предсказать напряженность на высоте.

Вот и задайтесь структурой и параметрами как поверхности, так соответствующей глубины вашему расстоянию. Диссертаций таких много, далеки от реальности, но есть и непубликуемые. Многие такие задачи решались имперически. Вы поясните вашу цель? Курсач, диплом или что ещё?

[Anton75]

Вы поясните вашу цель?

Цель вполне практическая: оценить, хватит ли радиокомпасу самолета той напряженности, которую создает маяк в данной точке. При этом поднимать измеритель в воздух на высоту самолета нет возможности (летающую лабораторию мне не выделяют), и надо всё сделать на земле.

[Anton75]

Вот что нашел:

Код

РЕКОМЕНДАЦИЯ МСЭ-R P.368-9

Кривые распространения для случаев, когда оконечные устройства расположены на высотах до
3000 м, и для частот до 10 ГГц можно найти в опубликованном в виде отдельного издания Справочнике МСЭ
по кривым распространения радиоволн над поверхностью Земли;

Не поделится ли кто "отдельным изданием?"

[Aner]

А тут вам недоступно?
https://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/p/...;!PDF-R.pdf

[Anton75]

А тут вам недоступно?
https://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/p/...;!PDF-R.pdf

Aner, этот документ у меня есть, он и процитирован. Приведены кривые затухания для приповерхностного расположения антенн, и сказано, что ежли мол хотите подобные кривые для высот антенн до 3000 метров, извольте пользоваться "Отдельным изданием справочника МСЭ по кривым распространения радиоволн над поверхностью Земли". А этого издания в свободном доступе нет, оно продается на сайте МСЭ за 51 франк

Но в целом я понял, как решить проблему и без этого справочника. Программа GRWAVE, по которой рассчитаны кривые МСЭ, лежит у них в свободном доступе. Она позволяет получить кривую для заданной высоты приемной и передающей антенны, что и требуется. Теперь я беру расчетные значения заухания для одного и того же удаления, но для разных высот приемной антенны: 0 м (приземное расположение) и, например, 1000 м. Нахожу, что это будет 71.92 дБ и 67.72 дБ соответствено (частота 303 кГц, удаление 70 км). Разница составляет 4.2 дБ. Если результат измерения уровня сигнала на земле на данном удалении -115.9 дБм, то можно предполагать, что на высоте 1000 м уровень будет -115.9+4.2=-111.7 дБм.

[felix2]

Но в целом я понял, как решить проблему и без этого справочника. Программа GRWAVE, по которой рассчитаны кривые МСЭ, лежит у них в свободном доступе. Она позволяет получить кривую для заданной высоты приемной и передающей антенны, что и требуется. Теперь я беру расчетные значения заухания для одного и того же удаления, но для разных высот приемной антенны: 0 м (приземное расположение) и, например, 1000 м. Нахожу, что это будет 71.92 дБ и 67.72 дБ соответствено (частота 303 кГц, удаление 70 км). Разница составляет 4.2 дБ. Если результат измерения уровня сигнала на земле на данном удалении -115.9 дБм, то можно предполагать, что на высоте 1000 м уровень будет -115.9+4.2=-111.7 дБм.

Сомневаюсь я, однако. Насколько я знаю, данная программа предназначена для расчета именно "земной" волны. Высоты приемной и передающей антенны здесь, скорее всего, фигурируют в качестве характеристики рельефа местности для расчета поправки на дифракцию. А сами антенны расположены на поверхности земли.

[Anton75]

Сомневаюсь я, однако. Насколько я знаю, данная программа предназначена для расчета именно "земной" волны. Высоты приемной и передающей антенны здесь, скорее всего, фигурируют в качестве характеристики рельефа местности для расчета поправки на дифракцию. А сами антенны расположены на поверхности земли.

Вот для примера результат работы программы:

Код

FREQUENCY =     .303 MHZ

                    TRANSMITTER HEIGHT =     1.5  METRES
                    RECIEVER HEIGHT    =  6000.0  METRES

                    DISTANCE      FIELD STRENGTH     BASIC TRANSMISSION LOSS
                       KM            DB(UV/M)               DB           (G)
                        24.22         78.65                49.95
                        29.22         76.44                52.16
                        34.22         74.52                54.08
                        39.22         72.81                55.79
                        44.22         71.25                57.35
                        49.22         69.83                58.77
                        54.22         68.52                60.08
                        59.22         67.29                61.31
                        64.22         66.14                62.46
                        69.22         65.05                63.55
                        74.22         64.02                64.58
                        79.22         63.04                65.56
                        84.22         62.10                66.50
                        89.22         61.19                67.41
                        94.22         60.32                68.28
                        99.22         59.48                69.12
                       104.22         58.67                69.93
                       109.22         57.88                70.72
                       114.22         57.11                71.49
                       119.22         56.36                72.24
                       124.22         55.62                72.98
                       129.22         54.90                73.70
                       130.93         54.66                73.94
                                                                         (R)
                       130.93         55.06                73.54
                       135.00         54.53                74.07
                       140.00         53.88                74.72
                       145.00         53.27                75.33
                       150.00         52.65                75.95
                       155.00         52.05                76.55
                       160.00         51.47                77.13
                       165.00         50.90                77.70
                       170.00         50.34                78.26
                       175.00         49.79                78.81
                       180.00         49.25                79.35
                       185.00         48.72                79.88
                       190.00         48.20                80.40
                       195.00         47.69                80.91
                       200.00         47.18                81.42

Таблица разбита на 2 части: на расстоянии до 130.93 км (G) и после ®.
Там, где G переходит в R, наблюдается небольшой скачок затухания. По-видимому, в точке 130.93 км программа меняет способ расчета, о чем и сообщает. Не такая она глупая, как может показаться.

[felix2]

Таблица разбита на 2 части: на расстоянии до 130.93 км (G) и после ®.
Там, где G переходит в R, наблюдается небольшой скачок затухания. По-видимому, в точке 130.93 км программа меняет способ расчета, о чем и сообщает. Не такая она глупая, как может показаться.

Проверьте, просто может быть, это граница прямой видимости для этих высот? Тогда дальше учитывается дифракция. Но, скорей всего, начиная с этого расстояния, эта самая дифракция начинает учитываться.
Кстати, как эта программа запускается? Я скачал с сайта ITU, там одна папка и три архива. Их нужно распаковывать в одну папку, что-ли? И еще, программа под Windows 7 запускается?

[Anton75]

Проверял, граница прямой видимости для этих высот 281 км, т.е. гораздо дальше.
Я скачивал ахив R0A0400000F0001ZIPE.zip. Там экзешник, исходник (на ФОРТРАНЕ!) и инструкция.
Экзешник прекрасно работает под Win7, хоть и создан почти 30 лет назад.

[felix2]

Проверял, граница прямой видимости для этих высот 281 км, т.е. гораздо дальше.
Я скачивал ахив R0A0400000F0001ZIPE.zip. Там экзешник, исходник (на ФОРТРАНЕ!) и инструкция.
Экзешник прекрасно работает под Win7, хоть и создан почти 30 лет назад.

Остаюсь при своем мнении. Эта программа только для "земных волн". Если хотите, то я вечером могу посчитать в симуляторе поле для вашего примера (хотя можно и на калькуляторе), только дайте исходные данные: мощность, параметры земли.

[Anton75]

felix2, это было бы интересно!
- мощность 1 кВт;
- частота 303 кГц;
- среднесухая почва (сигма=0,001 См/м, эпсилон=15);
Какое поле будет на расстоянии 75 км у поверхности земли и на высоте 6000 м над поверхностью?

[felix2]

felix2, это было бы интересно!
- мощность 1 кВт;
- частота 303 кГц;
- среднесухая почва (сигма=0,001 См/м, эпсилон=15);
Какое поле будет на расстоянии 75 км у поверхности земли и на высоте 6000 м над поверхностью?

На поверхности Земли от короткого вертикального излучателя напряженность поля будет равна 0.73 мВ/м. Это будет из графиков ITU для земной волны (сам считал по формулам, но должно совпасть).
Для поля на высоте даю график зависимости напряженности поля от высоты (1-6 км). Обратите внимание, что поле растет с высотой, это связано с формой ДН вертикального излучателя. Кроме того, оно значительно выше поля на поверхности. Должен заметить, что эти значения довольно близки к вашим, если вы считали именно этот случай.

[Anton75]

felix2, спасибо, только сейчас добрался до форума.
Действительно, по Вашим расчетам на симуляторе на высоте 6 км получается 65,93 дБмкВ/м, по моим на GRNDWAVE выходит 64,02 дБмкВ/м.
Посчитал для высоты 3 км, отличие также примерно 2 дБ.