33. СДВИГ ФАЗЫ (PHASE SHIFT) И ПУТЬ СИГНАЛА

Математика (c+v)(c-v) естественным образом определяет, какую форму примет излучаемый сигнал. Давайте, начиная с нижеследующей схемы, поэтапно рассмотрим, как происходит сдвиг фазы сигнала.

На рисунке ручка совершает колебательные движения вверх и вниз с помощью механизма и оставляет след на бумаге под ней.

Левый квадрат на рисунке: Представим, что бумага перемещается в направлении черной стрелки (по оси X) с постоянной скоростью. В этом случае линия, нарисованная ручкой, примет форму правильной синусоиды.
Правый квадрат на рисунке: В этот раз направление стрелки слегка повернуто вверх. Мы снова перемещаем бумагу в направлении стрелки. Ручка снова будет рисовать синусоидальную кривую, но теперь она примет иную форму.
Маленький квадрат в верхней средней части рисунка: Если линии, нарисованные слева и справа, наложить друг на друга, станет очевидно появление фазового сдвига. (Предполагаем, что скорости по направлению стрелки в обоих случаях одинаковы)

Хотя формирование фазового сдвига в электромагнитных волнах похоже на приведенный выше пример, оно имеет фундаментальное отличие. Линия, нарисованная на рисунке выше, после своего начертания уже не изменяется. Однако в математике (c+v)(c-v) форма сигнала является динамичной и постоянно изменяется. Сигнал, созданный в начальный момент, на протяжении всего пути до цели подвергается непрерывным изменениям. Откуда я это знаю? Потому что я пишу программы, использующие математику (c+v)(c-v), анализирую процессы, заранее вижу результаты и учусь на них.

Если заменить карандаш на схеме выше сигнальной башней, а движущийся лист бумаги – полем, то можно увидеть, как формируется сигнал. Относительно сигнальной башни движение поля по оси X определяет форму сигнала вдоль оси X, а движение по оси Y определяет его форму вдоль оси Y. Однако необходимо сделать еще одно важное дополнение: при рисовании линии на поле, нужно также смещать нарисованные линии к центру поля. Поскольку часть сигнала, попавшая в поле, должна двигаться к центру со скоростью c. Такого рода построение невозможно выполнить вручную, но с помощью компьютерных программ это можно сделать очень точно. Именно таким образом я пишу программы, анализирую возникающие явления и понимаю их в деталях.

Рассмотрим изображенный выше результат, полученный с помощью программы. В схеме значения и линии, относящиеся к сигнальной башне, показаны красным цветом, а черным – относящиеся к самолету. Мы видим треугольник Доплера. Сигнал, отправленный из точки (x₁,y₁,z₁), достигает самолета, когда он находится в точке (x₂,y₂,z₂). В течение всего времени распространения последовательные сигналы формируют "Путь Сигнала" между башней и самолетом. Вероятно, вы заметили, что путь сигнала имеет изогнутую форму. Это связано с тем, что линия d₁ справедлива для сигнала, выпущенного в момент, когда самолет находился в точке (x₁,y₁,z₁). Для каждой отдельной точки сигнала направление распространения d₁ будет разным (см. следующую фигуру), а следовательно, и конечное направление распространения d₃ будет различным для каждой части сигнала. В совокупности эти правила определяют форму Пути Сигнала.

Сдвиг фазы

Следует отметить, что сдвиг фазы — это сложная тема. На приведенных выше схемах видно, что верхняя часть синусоидальной волны, формирующей сигнал, слегка наклонена влево. Однако на этом основании нельзя утверждать, что самолет обнаружит фазовый сдвиг в принимаемом сигнале, поскольку определяющим направлением для сигналов, поступающих в самолет, является не красная линия d₃, а черная линия d₁. Более того, в правом нижнем углу выше представлена система линий, относящихся к отдельным фрагментам сигнала (каждая линия d₁ на схеме относится к соответствующему элементу сигнала). Корректные выводы можно сделать только после анализа, принимающего во внимание эти линии. Помимо этого, существуют и другие факторы, вызывающие фазовый сдвиг, например, передача сигнала с учетом движения цели или его излучение из фиксированной позиции — это важный фактор, влияющий на формирование фазового сдвига.

На схеме ниже рассмотрены два сценария. Слева передача сигнала производится без слежения за целью, а справа — с учетом движения цели. Когда линии направления прихода сигналов совмещены в момент их прибытия, становится очевидным, что между сигналами, переданными без учета движения цели, возникает фазовый сдвиг. Кроме того, в обоих случаях наблюдается различие в эффекте Доплера между сигналами, переданными центральной башней и башнями, расположенными выше и ниже. Таким образом, сложная тема фазового сдвига была рассмотрена здесь в краткой форме.

Форма сигнала и путь сигнала

Основываясь на математике (c+v)(c-v), я хотел бы показать здесь несколько фигур, подготовленных с помощью компьютера. Эти фигуры дают очень полезную и уникальную информацию о распространении сигнала.

Ниже показано взаимодействие сигнала между двумя самолетами, находящимися на связи друг с другом.

Ниже показано взаимодействие сигнала между двумя самолетами, которые удаляются друг от друга.

Следующая фигура показывает, как подвижная система отсчета принимает сигналы со всех 360⁰ градусов. Сигнальные башни передают сигнал на одной частоте и следят за целью. Чтобы сделать явление более наглядным, скорость самолета была установлена на значение c/2.