Распростарнение радиоволн
Методическое пособие - Радиоэлектроника
Другие методички по предмету Радиоэлектроника
?е волны l (мкм) определяется следующим выражением:
Гг = 25p/Tl4.
Этот вид ослабления значительно меньше проявляется в инфракрасном диапазоне, чем в оптическом.
В свободной от облаков и тумана атмосфере содержатся частицы примесей паров воды и пыли, на которых также рассеиваются оптические и ИК волны. Для характеристики пространственной картины рассеяния света каждой частицей пользуются понятием индикатрисы рассеяния (угловой функции рассеяния), определяемой как отношение мощности, рассеянной частицей в данном направлении, к потоку энергии, рассеянному во все стороны (понятие, аналогичное диаграмме направленности антенны). Индикатрисы рассеяния определены расчетным путем для сферических частиц различного радиуса а, имеющих разные коэффициенты преломления n. Малые частицы с а/l<<1 и n1 имеют индикатрису, описываемую законом синуса с максимумами в направлении прямого и обратного движения волны. При n > ? малые частицы рассеивают назад больше энергии, чем вперед. По мере роста а/l индикатриса рассеяния прозрачных частиц становится все более вытянутой вперед (эффект Ми).
Размер частиц пыли и пара во много раз превышает длину волны, а число частиц не остается постоянным, что затрудняет расчеты коэффициента ослабления. Поэтому предпочитают пользоваться экспериментальными данными для определения ослабления из-за рассеяния на этих частицах. Опытным путем найдено, что коэффициент ослабления пропорционален l-1,75. Потери этого вида имеют наибольшую величину в городах, на ИК волнах они меньше, чем на волнах оптического диапазона.
Селективное поглощение особенно характерно для ИК диапазона. На рис. 5.11 представлено распределение энергии в солнечном спектре, измеренном вблизи Земли для диапазона волн 0,32,2 мкм. Если бы не было селективного поглощения, то кривая имела плавный ход, обозначенный пунктирной линией. В видимой части спектра на волнах 0,40,75 мкм поглощение незначительно, при длине волны 0,76 мкм наблюдается поглощение в кислороде. Участки сильного поглощения имеются вблизи волн длиной 0,94; 1,10; 1,38 и 1,87 мкм. Это поглощение обусловлено наличием водяных паров в атмосфере, и прозрачность атмосферы для инфракрасных лучей сильно зависит от влажности атмосферы.
Рис. 5.11. Распределение энергии в солнечном спектре вблизи Земли
Рис. 5.12. Спектр излучения чистого неба
Поглощающее действие оказывают углекислый газ (на волнах 2 ,7; 4, 3 и 1220 мкм) и озон (на волнах 4,7 и 9,6 мкм), но основное поглощающее действие оказывает водяной пар, поскольку его содержание намного превышает содержание углекислого газа и озона.
Измерения показали, что сравнительно, хорошей прозрачностью для инфракрасных лучей атмосфера обладает на следующих волнах: 0,951,05; 1,21,3; 1,51,8; 2, 12, 4; 3,34 ,0; 8, 012,0 мкм. В указанных пределах поглощением можно пренебречь, тогда как на промежуточных волнах и волнах длиннее 13,0 мкм происходит практически полное поглощение.
В каплях тумана происходят тепловые потери и рассеяние, как это имеет место в диапазоне миллиметровых и сантиметровых радиоволн. Потери тем больше, чем больше размер капель.
Рефракция оптических и инфракрасных волн в атмосфере. Различают астрономическую рефракцию преломление лучей, идущих от небесного светила или другого источника, находящегося на небольшой высоте, к наблюдателю, и земную рефракцию преломление лучей, идущих от земных объектов.
Оптические и ближние ИК волны рефрагируют меньше, чем радиоволны. Коэффициент преломления тропосферы для ИК и оптических волн записывается в следующем виде (см. 3.1):
где парциальное давление сухого воздуха (Па).
В случае астрономической рефракции, когда луч проходит всю толщу атмосферы, показатель преломления которой возрастает с приближением к поверхности Земли, траектория волны всегда обращена выпуклостью к зениту (положительная рефракция). Как и в случае радиоволн, явление рефракции приводит к ошибке в определении угла места.
Земная рефракция может быть как положительной, так и отрицательной. В условиях нормальной рефракции дальность прямой видимости в оптическом и ИК диапазонах оказывается несколько меньше, чем в радиодиапазоне. Формула (3.5) принимает следующий вид:
Радиус кривизны траектории оптической волны составляет примерно 50 000 км. В оптическом и ИК диапазонах явление сверхфракции наблюдается реже, чем в радиодиапазоне. Со сверхрефракцией связано явление миража.
Распространение излучения оптических квантовых генераторов в атмосфере. Когерентность, высокая степень монохроматичности, большая направленность и мощность излучений оптических квантовых генераторов (ОКГ) вызывают соответствующие особенности распространения этих излучений в атмосфере. Ширина спектра многих ОКГ меньше ширины линий селективного поглощения атмосферных газов. Поэтому для количественной оценки поглощения излучения ОКГ необходимо иметь данные о селективном поглощении для фиксированных частот. Получен?/p>