Распространение радиоволн ВЧ/Физический ЭМ луч

Концепция ЭМ луча является основой геометрической модели распространения света. Она включает в себя следующие моменты:

• Луч света распространяется по прямой линии в гомогенной среде.
• Луч подчиняется законам отражения и преломления, а также законам дифракции.
• Луч несет энергию. Энергия содержится в пространстве вокруг луча в виде конуса или пирамиды и распространяется вместе с ним. В процессе распространения поперечное сечение конуса (пирамиды) увеличивается, а плотность энергии уменьшается таким образом, чтобы полная энергия оставалась неизменной.

Луч создается первичным источником и передается на вход функции трассировки. При прохождении луча в окрестности контрольной точки, последняя передает характеристики луча области памяти, ассоциированной с данной контрольной точкой.

Луч несет информацию о поле, а также служебную информацию, необходимую для работы модели: {Начало, Направление, Напряженность, Идентификатор, Пробег}

Свойства луча

1. Начало()*;
2. Направление()*;
3. Напряженность();
4. Идентификатор_источника(); - идентификатор первичного источника, испустившего луч, или грани, отразившей луч.
5. -Порядок переотражения(); - приватный.
6. Частота();
7. Погонное затухание() - характеристика среды, в которой распространяется луч.
8. Коэффициент преломления() - характеристика среды, в которой распространяется луч.
9. Пробег() - длина пройденная лучом до последнего отражения. Если луч испущен первичным источником, возвращается 0.

*Свойства, заимствованные от Луча

Функции

Отразить(Грань, Точка, Пробег, Угол, Среда распространения)

Функция осуществляет геометрическое и физическое построение отраженного луча. Функция меняет свойства луча.

На вход функции принимаются: грань, геометрию которой задают набор точек, физические свойства - коэффициент преломления; точка - место падения луча на грань; пробег - расстояние, пройденное лучом от начала до точки падения; угол - угол падения луча на плоскость.

1. Луч.Начало() $\leftarrow$ Точка
2. Луч.Порядок_переотражения() $\leftarrow$ Луч.Порядок_переотражения() + 1
3. Луч.Идентификатор_источника() $\leftarrow$ Грань
4. Луч.Пробег() $\leftarrow$ Луч.Пробег + Пробег
5. ${\vec {v}}\leftarrow$ Луч.Направление()
6. ${\vec {n}}\leftarrow$ Грань.Плоскость().Нормаль()
7. $\mathrm {sin\_ax} \leftarrow \left[{\begin{matrix}{\frac {{\vec {v}}_{y}}{\left|{\vec {v}}_{yz}\right|}}\iff {\vec {v}}_{y}\neq 0\lor {\vec {v}}_{z}\neq 0\\0\iff {\vec {v}}_{y}=0\land {\vec {v}}_{z}=0\end{matrix}}\right.$
8. $\mathrm {cos\_ax} \leftarrow \left[{\begin{matrix}{\frac {{\vec {v}}_{z}}{\left|{\vec {v}}_{yz}\right|}}\iff {\vec {v}}_{y}\neq 0\lor {\vec {v}}_{z}\neq 0\\1\iff {\vec {v}}_{y}=0\land {\vec {v}}_{z}=0\end{matrix}}\right.$
9. $\mathrm {sin\_ay} \leftarrow -{\vec {v}}_{x}$
10. $\mathrm {cos\_ay} \leftarrow \left|{\vec {v}}_{yz}\right|$
11. $T_{1}\leftarrow {\begin{bmatrix}\mathrm {cos\_ay} &0&\mathrm {sin\_ay} \\0&1&0\\-\mathrm {sin\_ay} &0&\mathrm {cos\_ay} \end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}1&0&0\\0&\mathrm {cos\_ax} &-\mathrm {sin\_ax} \\0&\mathrm {sin\_ax} &\mathrm {cos\_ax} \end{bmatrix}}$
12. $T_{2}\leftarrow {\begin{bmatrix}1&0&0\\0&1&0\\0&0&-1\end{bmatrix}}$
13. $T\leftarrow T_{1}^{T}T_{2}T_{1}$
14. Луч.Направление() $\leftarrow T{\vec {v}}$
15. Луч.Напряженность() $\leftarrow$ Напряженность.Уменьшить по пробегу(Пробег, Луч.Напряженность(), G.Среда распространения().Погонное затухание(Луч.Частота()))
16. Луч.Напряженность() $\leftarrow$ Напряженность.Уменьшить по отражению(Луч.Напряженность(), G.Среда распространения().Коэффициент преломления(Луч.Частота()), Грань.Коэффициент преломления(Луч.Частота()), Угол)