Распростарнение радиоволн
Методическое пособие - Радиоэлектроника
Другие методички по предмету Радиоэлектроника
экспоненциальной зависимости, вызванные турбулентным движением воздуха.
Эти флуктуации рассматриваются как неоднородности тропосферы. Размеры мелких неоднородностей определяются несколькими метрами или несколькими десятками метров, а отклонение от среднего значения N составляет DN = l2. Мелкие неоднородности непрерывно изменяются, появляясь и исчезая. Средние значения N претерпевают сезонные и суточные изменения, причем эти изменения максимальны у земной поверхности и падают почти до нуля на высотах 7 8 км. Максимальные значения N у земной поверхности наблюдаются в июле, минимальные в январе.
Сезонному ходу приземных значений N сопутствуют соответствующие изменения g. Значения градиентов g и их изменения особенно велики в приземном слое и уменьшаются с высотой. Значения и g зависят от географического положения трассы и меняются вдоль самой трассы.
В приземном слое воздуха для упрощения расчетов возможно аппроксимировать экспоненциальный закон изменения с высотой -линейным
.
Вводится эффективный вертикальный градиент диэлектрической проницаемости тропосферы , представляющий такой постоянный по высоте градиент , при котором напряженность поля в точке приема будет такой же, как и в случае реального изменения на трассе.
Среднее значение градиента получают в результате статистической обработки большого числа измерений. Значения подчиняются нормальному закону распределения со среднеквадратичным отклонением . Средние значения (1/м) и среднеквадратичные отклонения (1/м) для различных климатических районов в летнее время, когда эти значения максимальны, изменяются в следующих пределах от до от до 11 . Имеются карты с изолиниями среднемесячных значений приведенного коэффициента преломления на уровне моря.
Диэлектрическую проницаемость тропосферы можно определить, измеряя температуру, давление и влажность воздуха при помощи приборов, устанавливаемых на самолетах или шарах-зондах.
3.3. Рефракция радиоволн в тропосфере
Рефракцией называется искривление траектории радиоволны при распространении ее в неоднородной среде. Явление рефракции в тропосфере объясняется изменением диэлектрической проницаемости и соответственно показателя преломления n с высотой.
Радиус кривизны траектории радиоволны в тропосфере (при пренебрежении кривизной земной поверхности) может быть определен по формуле:
где угол падения волны на преломляющую границу раздела;
dn/dh - градиент показателя преломления.
Знак минус у градиента показателя преломления означает, что радиус кривизны положителен, а траектория волны обращена выпуклостью вверх при уменьшении показателя преломления с высотой.
Учитывая, что n l, а для наиболее интересного случая пологих лучей sin 1, имеем:
(3.3)
Из (3.3) следует, что радиус кривизны траектории радиоволны в тропосфере определяется не абсолютным значением коэффициента преломления, а скоростью его изменения с высотой
.
При распространении в нормальной тропосфере, характеризующейся постоянством градиента индекса преломления, траектории радиоволн, идущих под небольшими углами к земной поверхности, имеют форму дуг окружности с радиусом R = 25 000 км.
Рефракция, происходящая в нормальной тропосфере, называется нормальной тропосферной рефракцией.
Учет влияния тропосферной рефракции при линейной зависимости показателя N от высоты производится упрощенно, с помощью эквивалентного радиуса Земли Rэ. Предположим, что радиоволны, испытывающие рефракцию, распространяются не по криволинейным траекториям в неоднородной среде, как в действительных условиях, а по прямолинейным траекториям в однородной среде над некоторой воображаемой поверхностью, радиус кривизны которой Rэ не равен радиусу Земли: Rо= 6370 км (рис. 3.1).
Кроме того, предполагается, что в реальном и эквивалентном случаях траектории радиоволн проходят на одной и той же высоте над поверхностью при равных расстояниях от излучателя. Тогда эквивалентный радиус земного шара определяется выражением
. (3.4)
Для нормальной рефракции dN/dh -40 1/км и Rэ = 8500 км.
Основные случаи применения понятия эквивалентного радиуса Земли следующие.
Расстояние прямой видимости с учетом рефракции определяется по формуле
(3.5)
В условиях нормальной рефракции
где расстояние в метрах; высота антенны в метрах.
При нормальной рефракции расстояние прямой видимости возрастает на 15%.
Под влиянием различных метеорологических условий в тропосфере может возникнуть изменение показателя преломления с высотой, значительно отличающееся от условий, определяющих возникновение нормальной рефракции. В соответствии с этим рефракция может быть отрицательной, отсутствовать или быть положительной (рис. 3.2).
При отрицательной рефракции N не уменьшается, как обычно, с высотой, а, наоборот, возрастает, т. е. dN/dh>0. При этом R<0 и траектория радиоволны обращена выпуклостью вниз радиоволна удаляется от поверхности Земли.
Если N при изменении высоты остается постоянным, то рефракция отсутствует.
На