Оценка влияния растительности на действующую высоту вертикальной электрической сверхнизкочастотной антенны
Проводится оценка возмущения сверхнизкочастотного (СНЧ) поля деревьями и кустарниками. С помощью моделирования получены функции зависимости размеров зоны влияния растения на принимаемый сигнал от размеров растения. Полученные результаты будут полезны при выборе расположения приемной СНЧ-антенны. Оці...
Saved in:
| Published in: | Радіофізика та електроніка |
|---|---|
| Date: | 2012 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України
2012
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/105865 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Оценка влияния растительности на действующую высоту вертикальной электрической сверхнизкочастотной антенны / Е.И. Яцевич, А.П. Николаенко // Радіофізика та електроніка. — 2012. — Т. 3(17), № 1. — С. 45-48. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860168511079317504 |
|---|---|
| author | Яцевич, Е.И. Николаенко, А.П. |
| author_facet | Яцевич, Е.И. Николаенко, А.П. |
| citation_txt | Оценка влияния растительности на действующую высоту вертикальной электрической сверхнизкочастотной антенны / Е.И. Яцевич, А.П. Николаенко // Радіофізика та електроніка. — 2012. — Т. 3(17), № 1. — С. 45-48. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Радіофізика та електроніка |
| description | Проводится оценка возмущения сверхнизкочастотного (СНЧ) поля деревьями и кустарниками. С помощью моделирования получены функции зависимости размеров зоны влияния растения на принимаемый сигнал от размеров растения. Полученные результаты будут полезны при выборе расположения приемной СНЧ-антенны.
Оцінюється збурення наднизькочастотного (ННЧ) поля деревами та кущами. За допомогою моделювання отримано функції залежності розмірів зони впливу рослини на сигнал, що приймається, від розмірів рослини. Отримані результати будуть корисні при виборі розташування приймальної ННЧ-антени.
The work is devoted to the evaluation of ELF field disturbance by trees and bush. By simulation dependences of the sizes of the zone of influence of plants on the received signal on plant size were obtained. Results derived may be useful for selecting the deposition receiving ELF antenna
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:58:07Z |
| format | Article |
| fulltext |
РРААССППРРООССТТРРААННЕЕННИИЕЕ РРААДДИИООВВООЛЛНН,, РРААДДИИООЛЛООККААЦЦИИЯЯ
ИИ ДДИИССТТААННЦЦИИООННННООЕЕ ЗЗООННДДИИРРООВВААННИИЕЕ
_________________________________________________________________________________________________________________
__________
ISSN 1028−821X Радиофизика и электроника. 2012. Т. 3(17). № 1 © ИРЭ НАН Украины, 2012
УДК 621.396.67
Е. И. Яцевич, А. П. Николаенко
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ РАСТИТЕЛЬНОСТИ НА ДЕЙСТВУЮЩУЮ ВЫСОТУ
ВЕРТИКАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СВЕРХНИЗКОЧАСТОТНОЙ АНТЕННЫ
Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины
12, ул. Ак. Проскуры, Харьков, 61085, Украина
E-mail: sasha@ire.kharkov.ua
Проводится оценка возмущения сверхнизкочастотного (СНЧ) поля деревьями и кустарниками. С помощью моделирова-
ния получены функции зависимости размеров зоны влияния растения на принимаемый сигнал от размеров растения. Полученные
результаты будут полезны при выборе расположения приемной СНЧ-антенны. Ил. 4. Библиогр.: 6 назв.
Ключевые слова: СНЧ-антенна, шумановский резонанс.
Известно, что искусственные объекты и
естественный рельеф местности в окрестности
точки приема оказывают влияние на уровень ре-
гистрируемого поля. Целью настоящей работы
является учет и оценка возмущения сверхнизко-
частотного (СНЧ) поля растительностью, а имен-
но деревьями и кустарниками. Такая задача воз-
никает при выборе места для установки приемной
СНЧ-аппаратуры. Учет влияния растительности
необходим также при многолетнем мониторинге
сигналов шумановского резонанса. Через не-
сколько лет после установки вертикальной элект-
рической антенны может оказаться, что на неко-
тором расстоянии от нее вырастут деревья или
кустарник. Очевидно, что необходима оценка
влияния таких объектов на действующую высоту
антенны, позволяющая указать, объекты какой
высоты и на каком расстоянии от антенны спо-
собны существенно повлиять на результаты из-
мерений.
Проблема влияния растительности на
электромагнитное поле достаточно хорошо изу-
чена. Для СНЧ-диапазона этот вопрос остается
частично открытым, хотя и существует ряд работ,
посвященных учету возмущений СНЧ-поля ис-
кусственными объектами [1].
При регистрации вертикальной электри-
ческой составляющей низкочастотных радиоволн
применяются антенны с емкостной нагрузкой.
Такие антенны представляют собой проводящие
датчики поля, приподнятые над земной поверх-
ностью [2, 3]. Отметим, что несущая конструкция
антенны также вносит вклад в искажение поля [4].
В настоящей работе влиянием самой антенны на
поле пренебрежем.
1. Теоретические соотношения. Дерево
или куст будем описывать половиной проводя-
щего эллипсоида вращения, установленного пер-
пендикулярно плоской идеально проводящей по-
верхности Земли, потенциал которой равен нулю.
Обозначим через а и b две полуоси эллипсоида
вращения (b = с). Пусть a – вертикальная полу-
ось, ее размер равен высоте растения; b – гори-
зонтальная полуось, размер которой равен полу-
ширине кроны. Типичное дерево описывается
вытянутым эллипсоидом (a > b), типичный куст –
сплюснутым (a < b).
Поскольку в СНЧ-диапазоне все характер-
ные размеры значительно меньше длины волны,
при описании влияния местных предметов можно
использовать решение задачи электростатики.
Используя симметрию задачи, сведем ее
к расчету возмущения однородного электроста-
тического поля в свободном пространстве, созда-
ваемого проводящим эллипсоидом, ось вращения
которого параллельна полю. Решение такой зада-
чи известно из работы [5].
В случае вытянутого эллипсоида, потен-
циал поля вне эллипсоида имеет следующий вид:
−−−
+
−
−
+
−
−=
2
2
2
2
2
22
2
22
11arth
arth
1
a
b
a
b
a
ba
a
ba
xE
ξξ
ϕ .
Для сплюснутого эллипсоида решение
имеет вид
−−−
+
−
−
+
−
−=
1arctg1
arctg
1
2
2
2
2
2
22
2
22
a
b
a
b
a
ab
a
ab
xE
ξξ
ϕ ,
где E − абсолютное значение напряженности
внешнего электростатического поля, а координа-
та ξ связана с координатами x и 22 zy +=ρ
соотношением:
12
2
2
2
=
+
+
+ ξξ
ρ
a
x
b
.
Заметим, что оценки зоны влияния рас-
тения, получаемые при использовании данной
модели, оказываются завышенными. Так как ре-
Е. И. Яцевич, А. П. Николаенко / Оценка влияния растительности…
_________________________________________________________________________________________________________________
46
альная растительность не является идеальным
проводником, то возмущения поля растительно-
стью в действительности оказываются меньши-
ми, чем в идеализированной задаче.
2. Результаты расчетов. Пример реше-
ния задачи для эллипсоида с размерами a = 10 м,
b = 2 м графически представлен на рис. 1, напря-
женность вертикального электростатического
поля была выбрана 100 В/м (поле ясной погоды).
Рис. 1. Линии постоянного потенциала вне проводящего эл-
липсоида вращения
На рис. 1 в плоскости, перпендикулярной
поверхности Земли, кривыми показаны линии
постоянного потенциала. На оси абсцисс отмече-
но расстояние между центром эллипсоида и точ-
кой измерения. Отрицательные значения соот-
ветствуют расстоянию, измеренному влево от
эллипсоида. На оси ординат отмечена высота над
поверхностью Земли, измеренная в метрах. Рису-
нок демонстрирует, что наличие дерева или куста
приводит к тому, что линии малого потенциала,
огибая растение, приподнимаются над поверх-
ностью Земли. По мере удаления от своего ис-
точника, возмущение поля становится все более
слабым, однако вблизи растения это влияние мо-
жет существенно ухудшить прием.
Зона влияния дерева или куста на уро-
вень поля, очевидно, зависит от размеров расте-
ния. На рис. 2, а построена зависимость потен-
циала поля от расстояния между центром эллип-
соида и точкой измерения на уровне 3 м от по-
верхности Земли. На рисунке представлены кри-
вые, соответствующие четырем вариантам гори-
зонтальных и вертикальных размеров эллипсои-
да, описывающего растение. Сплошная кривая
соответствует размерам a = 10 м, b = 5 м; кривая с
крестами – a = 7 м, b = 3 м; кривая с ромбами –
a = 3 м, b = 2 м; кривая с кружками – a = 1 м,
b = 2 м. Как видно, все кривые асимптотически
стремятся к 300 В – потенциалу на высоте 3 м
в случае невозмущенного однородного поля.
Чем меньше размеры растения, тем ближе от него
значения возмущенного потенциала будут стре-
миться к невозмущенным значениям. Если высо-
та растения меньше высоты подъема датчика, то
возмущение поля на уровне высоты антенны гораз-
до менее резкое, чем в противоположном случае.
а)
б)
Рис. 2. Зависимость потенциала от расстояния между центром
эллипсоида и точкой измерения на высоте 3 м (а); зависи-
мость действующей высоты антенны от расстояния между
центром эллипсоида и точкой измерения (б)
На рис. 2, б для выбранных размеров эл-
липсоидов построена действующая высота ан-
тенны в зависимости от расстояния между цен-
тром эллипсоида и точкой измерения. Высота
подъема датчика поля выбрана 3 м. Действующая
высота вычислялась по формуле
аhh
0
д ϕ
ϕ
= ,
25
20
15
10
5
0
П
от
ен
ци
ал
, В
–15 –10 –5 0 5 10 15
Дистанция, м
–25 –20 –15 –10 –5 0 5 10 15 20 25
Дистанция, м
300
200
100
0
П
от
ен
ци
ал
, В
–25 –20 –15 –10 –5 0 5 10 15 20 25
Дистанция, м
3
2
1
0
Д
ей
ст
ву
ю
щ
ая
в
ы
со
та
, м
Е. И. Яцевич, А. П. Николаенко / Оценка влияния растительности…
_________________________________________________________________________________________________________________
47
где 0ϕ − потенциал однородного поля; ϕ − потен-
циал возмущенного поля; аh − высота подъема
датчика поля над уровнем Земли.
Как видим из рис. 2, б, наличие растения
вблизи точки приема приводит к уменьшению
действующей высоты антенны. При удалении от
растения действующая высота стремится к истин-
ной, в нашем случае к 3 м.
Рассматриваемый подход позволяет оце-
нить размер зоны влияния отдельно стоящего
дерева (куста) на СНЧ-антенну и определить, как
будет меняться эта зона по мере роста растения.
Задача формулировалась следующим об-
разом. На каком минимальном расстоянии от рас-
тения возмущение потенциала на уровне высоты
подъема датчика поля не превышает 1 % от не-
возмущенного значения, т. е. потенциала одно-
родного вертикального электрического поля?
Как меняется это минимальное расстояние при
росте растения? Предполагаем, что высота и ши-
рина растения увеличиваются пропорционально,
а значит, отношение диаметра кроны к высоте
растения остается постоянным. Высота подъема
антенны фиксирована – 3 м.
В настоящей работе задача решена для
растительности различных типов. Деревья и кустар-
ники по такой характеристике, как отношение
диаметра кроны к высоте растения [6], делятся на
три вида:
– растения с широкой кроной, если значение
данной характеристики превышает 0,3;
– растения со средней кроной – значение ле-
жит в пределах 0,3…0,15;
– растения с узкой кроной − значение меньше
чем 0,15.
Решение задачи для растения с отноше-
нием диаметра кроны к высоте растения 1/10 (в тер-
минах размеров эллипсоида b/a = 1/20) графиче-
ски изображено на рис 3.
На рис. 3, а построены зависимости по-
тенциала от расстояния между центром основа-
ния дерева (центром эллипсоида, описывающего
растение) и точкой на уровне 3 м от поверхности
Земли. Представлены кривые, соответствующие
четырем размерам растения:
– сплошная кривая соответствует высоте рас-
тения a = 20 м;
– кривая с крестами – a = 10 м;
– кривая с ромбами – a = 5 м;
– кривая с кружками – a = 2 м.
Диаметры кроны, как уже отмечалось,
изменяются пропорционально высотам.
По полученным зависимостям можно
оценить минимальное расстояние от растения,
при котором возмущение потенциала поля на
уровне 3 м не превышает 1 %.
а)
б)
Рис. 3. Зависимость потенциала от расстояния между центром
эллипсоида и точкой на высоте 3 м (а); зависимость мини-
мального расстояния от высоты растения (б)
График функции минимального расстоя-
ния, т. е. радиуса 1 % зоны, в зависимости от вы-
соты растения представлен на рис. 3, б: на оси
абсцисс отложена высота дерева, на оси ординат –
искомое расстояние в метрах; пунктирной пря-
мой показано приближение полученной зависи-
мости с помощью линейной функции. Как видно,
связь между радиусом 1 % зоны и высотой расте-
ния практически совпадает с линейной функцией:
R = 2,22a − 0,65.
При других соотношениях между диа-
метром кроны и высотой дерева зависимость ра-
диуса 1 % зоны от высоты растения также оказы-
вается практически линейной: R = ka − p, где ко-
эффициент пропорциональности k и число p за-
висят от отношения b/a. Примеры зависимостей
300
200
100
0
П
от
ен
ци
ал
, В
–50 –40 –30 –20 –10 0 10 20 30 40 50
Дистанция, м
0 4 8 12 16 20
Высота дерева, м
60
40
20
0
Ра
ди
ус
1
%
зо
ны
, м
Е. И. Яцевич, А. П. Николаенко / Оценка влияния растительности…
_________________________________________________________________________________________________________________
48
для каждого из трех типов растений приведены
на рис 4.
Рис. 4. Зависимости радиуса 1 % зоны от высоты растения
при различных соотношениях b/a
Пример для растения с широкой кроной
показан кривой с кружками. В представленном
случае соотношение b/a было выбрано равным 1/4.
Линейная функция, соответствующая такому со-
отношению между радиусом кроны и высотой
растения, имеет следующий вид: R = 2,96a − 0,52.
Кривая с ромбами соответствует расте-
нию со средней кроной (b/a = 1/10). Линейная
зависимость в данном случае: R = 2,47a − 0,64.
Сплошной кривой показаны результаты,
полученные для растения с узкой кроной
(b/a = 1/20). Линейная зависимость в данном случае:
R = 2,22a − 0,65.
Как иллюстрируют полученные данные,
число p не превышает 1 м для деревьев любого
типа, а коэффициент пропорциональности k уве-
личивается с увеличением ширины кроны расте-
ния относительно высоты.
Расчеты показали, что для деревьев с уз-
кой кроной коэффициент пропорциональности k
менее 2,3; для деревьев со средней кроной k ле-
жит в пределах 2,3…2,75; для деревьев с широкой
кроной k может превышать 2,75. Другими слова-
ми, дерево высотой 10 м можно игнорировать
начиная с расстояния в 23 м, если это, например,
пирамидальный кипарис; с расстояния 23…27 м,
если это береза и с расстояния 27,5 м, если это дуб.
Выводы. Таким образом, проведена оценка
зоны влияния отдельно стоящего дерева (куста)
на действующую высоту СНЧ вертикальной
электрической антенны.
Показано, что для растений и кустарни-
ков различных типов связь между радиусом зоны
влияния и высотой растения практически линейна.
Расчеты показали, что для деревьев с уз-
кой кроной коэффициент пропорциональности
между размером растения и радиусом 1 % зоны
влияния оказывается менее 2,3; для деревьев со
средней кроной коэффициент лежит в пределах
2,3…2,75; для деревьев с широкой кроной коэф-
фициент может превышать 2,75.
Полученные результаты будут полезны
при выборе расположения приемной СНЧ-антенны,
а также для оценки изменение влияния растения на
принимаемый СНЧ-сигнал по мере роста растения.
1. Ogawa Т. Effective height of the ball antenna for measuring
ELF radio signals/ T. Ogawa and Y. Tanaka // Special Contr.
Geophys. Inst. Kyoto University. – 1970. – N 10. – P. 29−34.
2. Ogawa Т. Analyses of measurement techniques of electric
fields and currents in the atmosphere / T. Ogawa // Special Contr.
Geophys. Inst. Kyoto University. – 1973. – N 13. – P. 111−137.
3. Nickolaenko A. P. Resonances in the Earth – Ionosphere Cavity /
A. P. Nickolaenko, M. Hayakawa. − Dordrecht – Boston –
London: Kluwer Academic Publishers, 2002. – 380 p.
4. Кудинцева И. Г. О действующей высоте низкочастотной
вертикальной электрической антенны / И. Г. Кудинцева,
А. П. Николаенко // Изв. вузов. Радиофизика. – 1989. –
№ 32. – C. 253−254.
5. Ландау Л. Д. Электродинамика сплошных сред / Л. Д. Лан-
дау, Е. М. Лившиц. − М.: Гостехиздат, 1957. – 532 с.
6. Ботанические сады. Параметры кроны. − URL: http://www.msa-
auer.ru/lesoparki/taksacia5.html.
Рукопись поступила 31.08.2011.
E. I. Yatsevich, A. P. Nickolaenko
EVALUATION OF THE IMPACT
OF VEGETATION ON THE CURRENT HEIGHT
OF THE VERTICAL ELECTRIC ELF ANTENNA
The work is devoted to the evaluation of ELF field dis-
turbance by trees and bush. By simulation dependences of the
sizes of the zone of influence of plants on the received signal on
plant size were obtained. Results derived may be useful for select-
ing the deposition receiving ELF antenna.
Key words: ELF antenna, Schumann resonance.
О. І. Яцевич, О. П. Ніколаєнко
ОЦІНКА ВПЛИВУ РОСЛИННОСТІ
НА ДІЮЧУ ВИСОТУ
ВЕРТИКАЛЬНОЇ ЕЛЕКТРИЧНОЇ
НАДНИЗЬКОЧАСТОТНОЇ АНТЕНИ
Оцінюється збурення наднизькочастотного (ННЧ)
поля деревами та кущами. За допомогою моделювання отри-
мано функції залежності розмірів зони впливу рослини на
сигнал, що приймається, від розмірів рослини. Отримані ре-
зультати будуть корисні при виборі розташування приймаль-
ної ННЧ-антени.
Ключові слова: ННЧ-антена, шуманівський резонанс.
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0 4 8 12 16 20
Высота дерева, м
Ра
ди
ус
1
%
зо
ны
, м
http://www/
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-105865 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1028-821X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:58:07Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Яцевич, Е.И. Николаенко, А.П. 2016-09-11T17:37:52Z 2016-09-11T17:37:52Z 2012 Оценка влияния растительности на действующую высоту вертикальной электрической сверхнизкочастотной антенны / Е.И. Яцевич, А.П. Николаенко // Радіофізика та електроніка. — 2012. — Т. 3(17), № 1. — С. 45-48. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1028-821X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/105865 621.396.67 Проводится оценка возмущения сверхнизкочастотного (СНЧ) поля деревьями и кустарниками. С помощью моделирования получены функции зависимости размеров зоны влияния растения на принимаемый сигнал от размеров растения. Полученные результаты будут полезны при выборе расположения приемной СНЧ-антенны. Оцінюється збурення наднизькочастотного (ННЧ) поля деревами та кущами. За допомогою моделювання отримано функції залежності розмірів зони впливу рослини на сигнал, що приймається, від розмірів рослини. Отримані результати будуть корисні при виборі розташування приймальної ННЧ-антени. The work is devoted to the evaluation of ELF field disturbance by trees and bush. By simulation dependences of the sizes of the zone of influence of plants on the received signal on plant size were obtained. Results derived may be useful for selecting the deposition receiving ELF antenna ru Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України Радіофізика та електроніка Распространение радиоволн, радиолокация и дистанционное зондирование Оценка влияния растительности на действующую высоту вертикальной электрической сверхнизкочастотной антенны Оцінка впливу рослинності на діючу висоту вертикальної електричної наднизькочастотної антени Evaluation of the impact of vegetation on the current height of the vertical electric elf antenna Article published earlier |
| spellingShingle | Оценка влияния растительности на действующую высоту вертикальной электрической сверхнизкочастотной антенны Яцевич, Е.И. Николаенко, А.П. Распространение радиоволн, радиолокация и дистанционное зондирование |
| title | Оценка влияния растительности на действующую высоту вертикальной электрической сверхнизкочастотной антенны |
| title_alt | Оцінка впливу рослинності на діючу висоту вертикальної електричної наднизькочастотної антени Evaluation of the impact of vegetation on the current height of the vertical electric elf antenna |
| title_full | Оценка влияния растительности на действующую высоту вертикальной электрической сверхнизкочастотной антенны |
| title_fullStr | Оценка влияния растительности на действующую высоту вертикальной электрической сверхнизкочастотной антенны |
| title_full_unstemmed | Оценка влияния растительности на действующую высоту вертикальной электрической сверхнизкочастотной антенны |
| title_short | Оценка влияния растительности на действующую высоту вертикальной электрической сверхнизкочастотной антенны |
| title_sort | оценка влияния растительности на действующую высоту вертикальной электрической сверхнизкочастотной антенны |
| topic | Распространение радиоволн, радиолокация и дистанционное зондирование |
| topic_facet | Распространение радиоволн, радиолокация и дистанционное зондирование |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/105865 |
| work_keys_str_mv | AT âcevičei ocenkavliâniârastitelʹnostinadeistvuûŝuûvysotuvertikalʹnoiélektričeskoisverhnizkočastotnoiantenny AT nikolaenkoap ocenkavliâniârastitelʹnostinadeistvuûŝuûvysotuvertikalʹnoiélektričeskoisverhnizkočastotnoiantenny AT âcevičei ocínkavplivuroslinnostínadíûčuvisotuvertikalʹnoíelektričnoínadnizʹkočastotnoíanteni AT nikolaenkoap ocínkavplivuroslinnostínadíûčuvisotuvertikalʹnoíelektričnoínadnizʹkočastotnoíanteni AT âcevičei evaluationoftheimpactofvegetationonthecurrentheightoftheverticalelectricelfantenna AT nikolaenkoap evaluationoftheimpactofvegetationonthecurrentheightoftheverticalelectricelfantenna |