| 8406202 9216 1210 912 1 луча уменьшается (возникают диффузные отражения).
[21342-9.jpg]
Высокие холмы, горы и т. п., кроме того, сильно "возмущают" поле, образуя затенённые области. Дифракция радиоволн на горных хребтах иногда приводит к усилению волны из-за интерференции прямых и отражённых от поверхности Земли волн (рис. 8).
[21342-11.jpg]
Рис. 8. Усиление радиоволн при дифракции на непологих неровностях.
Распространение радиоволн в тропосфере. Рефракция радиоволн. Земные радиоволны распространяются вдоль поверхности Земли в тропосфере. Проводимость тропосферы а для частот, соответствующих радиоволнам (за исключением миллиметровых волн), практически равна 0; диэлектрич. проницаемость Е и, следовательно, показатель преломления п являются функциями давления и темп-ры воздуха, а также давления водяного пара. У поверхности Земли n~ 1,0003. Изменение Е и п с высотой зависит от метеорологических условий. Обычно Е и п уменьшаются, а фазовая скорость v растёт с высотой. Это приводит к искривлению радиолучей (рефракция радиоволн, рис. 9). Если в тропосфере под углом к горизонту распространяется волна, фронт к-рой совпадает с прямой ав (рис. 9), то вследствие того, что в верхних слоях тропосферы волна распространяется с большей скоростью, чем в нижних, верхняя часть фронта волны обгоняет нижнюю и фронт волны поворачивается (луч искривляется). Т. к. п с высотой убывает, то радиолучи отклоняются к Земле. Это явление, наз. нормальной тропосферной рефракцией, способствует Р. р. за пределы прямой видимости, т. к. за счёт рефракции волны могут огибать выпуклость Земли. Однако практически этот эффект может играть роль только для УКВ, поскольку для более длинных волн преобладает огибание в результате дифракции. Метеорологич. условия могут ослаблять или усиливать рефракцию по сравнению с нормальной.
[21342-12.jpg]
Рис. 9. Искривление радиолучей в тропосфере в результате её неоднородности.
Тропосферный волновод. При нек-рых условиях (напр., при движении нагретого воздуха с суши над поверхностью моря) темп-pa воздуха с высотой не уменьшается, а увеличивается (инверсии температуры). При этом преломление в тропосфере может стать столь сильным, что вышедшая под небольшим углом к горизонту волна на нек-рой высоте изменит направление на обратное и вернётся к Земле. В пространстве, ограниченном снизу Землёй, а сверху как бы отражающим слоем тропосферы, волна может распространяться на очень большие расстояния (волноводное распространение радиовол н). Так же как в металлических радиоволноводах, в тропосферных волноводах могут распространяться волны, длина к-рых меньше критической (Лкр~0,085 d3/2, d-высота волновода в м, Лкр в см). Толщина слоев инверсии в тропосфере обычно не превышает ~50-100 м, поэтому волноводным способом могут распространяться только дециметровые, сантиметровые и более короткие волны.
Рассеяние на флуктуация х Е. Помимо регулярных изменений Е с высотой, в тропосфере существуют нерегулярные неоднородности (флуктуации) Е, возникающие в результате беспорядочного движения воздуха. На них происходит рассеяние радиоволн УКВ диапазона. Т. о., область пространства, ограниченная диаграммами направленности приёмной и передающей антенн и содержащая большое число неоднородностей е, является рассеивающим объёмом. Рассеяние приводит к флуктуациям амплитуды и фазы радиоволны, а также к распространению УКВ на расстояния, значительно превышающие прямую видимость (рис. 10). При этом поле в точке приёма В образуется в результате интерференции рассеянных волн. Вследствие интерференции большого числа рассеянных волн возникают беспорядочные изменения амплитуды и фазы сигнала. Однако среднее значение амплитуды сигнала значительно превышает амплитуду, к-рая могла бы быть обусловлена нормальной тропосферной рефракцией. Поглощение радиоволн. Тропосфера прозрачна для всех радиоволн вплоть до сантиметровых. Более короткие волны испытывают заметное ослабление в капельных образованиях (дождь, град, снег, туман), в парах воды и газах атмосферы. Ослабление обусловлено процессами поглощения и рассеяния. Каждая капля воды обладает значит. проводимостью и волна возбуждает в ней высокочастотные токи. Плотность токов пропорциональна частоте, поэтому значит. токи, а следовательно, и тепловые потери, возникают только при распространении сантиметровых и более коротких волн. Эти токи вызывают не только тепловые потери, но являются источниками вторичного рассеянного излучения, ослабляющего прямой сигнал. Плотность потока рассеянной энергии обратно пропорциональна Л4, если размер рассеивающей частицы d<Л, и не зависит от Л, если d " Л (см. Рассеяние света). Практически через область сильного дождя или тумана волны с Л<3 см распространяться не могут. Волны короче 1,5 см, помимо этого, испытывают резонансное поглощение в водяных парах (Л = 1,5 см; 1,35 см; 0,75 см; 0,5 см; 0,25 см) и кислороде (Л = 0,5 см и 0,25 см). Энергия распространяющейся волны расходуется в этом случае на ионизацию или возбуждение атомов и молекул. Между резонансными линиями имеются области малого поглощения.
[21342-13.jpg]
Рис. 10. Схематическое изображение линий радиосвязи, использующей рассеяние радиоволн на неоднородностях тропосферы.
Распространение радиоволн в ионосфере. В ионосфере - многокомпонентной плазме, находящейся в магнитном поле Земли, механизм Р. р. сложнее, чем в тропосфере. Под действием радиоволны в ионосфере могут возникать как вынужденные колебания электронов и ионов, так и различные виды коллективных собственных колебаний (плазменные колебания). В зависимости от частоты радиоволны w осн. роль играют те или другие из них и поэтому электрические свойства ионосферы различны для различных диапазонов радиоволн. При высокой частоте w в Р. р. принимают участие только электроны, собственная частота колебаний к-рых (Ленгмюровская частота) равна:
[21342-14.jpg]
где е - заряд, т - масса, N - концентрация электронов. Вынужденные колебания свободных электронов ионосферы, в отличие от электронов тропосферы, тесно связанных с атомами, отстают от электрич. поля высокочастотной волны по фазе почти на 2 Пи.
[21342-15.jpg]
Рис. 11. Смещение электронов ионосферы под действием поля волны Е приводит к появлению дополнительного поля дельта Е.
Такое смещение электронов усиливает поле Е волны в ионосфере (рис. 11). Поэтому диэлектрич. проницаемость е, равная отношению напряжённости внешнего поля к напряжённости поля внутри среды, оказывается для ионосферы < 1 :е = = 1 - w2o /w2. Учёт столкновений электронов с атомами и ионами даёт более точные формулы для е и о ионосферы:
[21342-16.jpg]
где v - число столкновений в секунду. Для высоких частот, начиная с коротких волн, в большей части ионосферы справедливо соотношение: w2>>v2 и показатели преломления п и поглощения и равны:
[21342-17.jpg]
С увеличением частоты и уменьшается, а п растёт, приближаясь к 1. Т. к. n<1, фазовая скорость распространения волны vф = c/n > c. Скорость распространения энергии (групповая скорость волны) в ионосфере равна с . n и в соответствии с относительности теорией меньше с. Отражение радиоволн.
[21342-18.jpg]
Рис. 12. Изменение концентрации N электронов в ионосфере с высотой; Е, F1, F2- слои ионосферы.
Для волны, у к-рой w < woп и v становятся мнимыми величинами, это означает, что такая волна не может распространяться в ионосфере. Поскольку концентрация электронов N и плазменная частота wo в ионосфере увеличиваются с высотой (рис. 12), то падающая волна, проникая в ионосферу, распространяется до такого уровня, при к-ром показатель преломления обращается в нуль. На этой высоте происходит полное отражение волны от слоя ионосферы. С увеличением частоты падающая волна всё глубже проникает в слой ионосферы. Макс. частота волны, к-рая отражается от слоя ионосферы при вертикальном падении, наз. критич. частотой слоя:
[21342-19.jpg]
Критич. частота слоя F2 (гл. максимум, рис. 12) изменяется в течение суток и от года к году приблизительно от 5 до 10 Мгц. Для воли с частотой w>wкр п всюду >0, т. е. волна проходит через слой, не отражаясь.
При наклонном падении волны на ионосферу макс. частота волны, возвращающейся на Землю, оказывается выше wкр. Радиоволна, падающая на ионосферу под углом фо, испытывая рефракцию, поворачивается к Земле на той высоте, где ф(z) = Пи /2. Условие отражения при наклонном падении имеет вид: n(z)=sin фо. Частоты волн, отражающихся от данной высоты при наклонном и вертикальном падении, связаны соотношением: wнакл = = wверт sec фo. Макс. частота волны, отражающейся от ионосферы при данном угле падения, т. е. для данной длины трассы, наз. максимальной применимой частотой (МПЧ).
Двойное лучепреломление. Существенное влияние на Р. р. оказывает магнитное поле Земли Но = = 0,5 э, пронизывающее ионосферу. В постоянном магнитном поле ионизированный газ становится анизотропной средой. Попадающая в ионосферу волна испытывает двойное лучепреломление, т. е. расщепляется на 2 волны, отличающиеся скоростью и направлением распространения, поглощением и поляризацией. В магнитном пол |
