Радиоэлектронные системы Основы построения и теория. Справочник . Под ред. Я.Д. Ширмана (2007) (1151789), страница 80
Текст из файла (страница 80)
11.29. Фазовое и групповое запаздывание в неоднородной ионосфере без учета рефракции. Согласно ме СИ фазовое запаздывание 0 О 02 0.0 ! 0,005 О! 09 05 Ч аогогл. 1! и Рнс. 11.29 (11.88) для/ »/'„в систе составит Чг»2я/',9 — '= — /г — ' ' нт, (1191) г!г, 2я ( 40,3(п,)„п ) , (нф), с ~ /' / где (и„)„»,'» (па ), /ггг — число электронов на пути распространения в изогнутом столбе площадью 1 м'. 01.891 Параметр п = но / с является показателем преломления ионосферы.
Для частот /; много больших н,о и плазменной частоты /„, в системе единиц СИ По сравнениго с вакуумом 100 оно изменено на (/ ) / (/.) (Г/С) За (По) нно-10 огО трачиваемым на возбуж- я ш дение электронов среды, сл, Зависимости дополнительного запаздывания в 1О ' ионосфере от частоты для 1 Ол различных интегральных " 10п концентраций показаны 02 на рис.
11.30. ол Групповая скорость в '1 0' !О ионосфере. Как и фазовая скорость, является локальной характеристикой конкретного участка пути Рис. 1!.30 Ьг, в ионосфере. Групповую скорость вводят, вычисляя набег фаз Ьгр и групповое запаздывание г!/, для этого участка о/г П,О1 0,1 0.2 0.5 1 2 5 10 Чагпвга, !Гп гг„,= аг, 785/„, Из приведенных соотношений следует, что ,2 ош,нф, »С, т.е. увеличение фазаний скорости в и раз ведет снижению групповой скорости в то же число раз.
Дисперсионная характеристика ионосферы. Так называют зависимость аг (/0+г). Она позволяет оценивать разности запаздываний групп частот когерентного сигнала в пределах полосы — П/2 < р< П/2. Искажения заметны, если эта разность превышает половину длительности ! / П этого сигнала, искаженного средой (Л/ (/о+П/2) /5/гр(/о))) !/2П (1193) Дисперсионную характеристику аппраксимируют первыми членами ряда Тейлора Ьг, (/о 0Р) 88/гр(/о) = Ар+а /2 (11 94) где А = (с/(/!/, )/8//)0 = -80,6(п„) опг/с/О', В =(г/ (г!/ )/8//)0 = 242(и,)„„„г/9с/О . Допустимая полоса частот П „„, предполагает учет искажающего действия только первого слагие.ного правой части равенства (11.94). В силу (11.93) А П лоп 0/2= 1 /2 П лоп о Тогда П, А' 19 !929/Гг/8»9„ Искажения первого порядка устраняют (разд.
25.8): ° путем включения в тракт приема компенсирующей цепи с дисперсионной характеристикой 9л/грл0810(/) '4'(/ /0) (1! 95) ° путем задания соответствузощего приращения производной частоты ЛЧМ зондирующего сигнала и т.п. 171 Групповое запаздывание огибающей узкополосного колебания гг» (2я) (0/8р/гф')0 с несущей /' = /О (разд. 8.7.3 и 11.3) находится из (11.91) г (Я)»(г/с)+/зггр(/)»(г/с)+403 (и,) /с/ .
(11.92) Допустимая полоса после компенсации П, [ приближенно находится в пренебрежении членами ряда Тейлора (11.94) выше квадратичного В(П„„,/2)2/2 ы П2П 10 5 откуда 1 1/3 -1/3 П„Ы= 4 В -[~ ~0'[[47['.~. Я 0.2 В 0,1 Зависимости допустимых полос П„„а н П„„, от несущей /а и интегральной концентрации 001 электронов (п,)„ показаны на рис. 11.31. 0,001 При (и,) м10 для 18 0,1 02 05 1 2 5 10 чааапа.[[ ч несущих 1...10 ГГц до- пустимы полосы 60...1900 Рне.
1!.31 МГц без компенсации и 170...2400 МГц прн компенсации первого порядка. 11.3.11. Рефракция, отражение волн и доплеровская частота в ионосфере без учета влияния магнитного поля Земли К рефракции в ионосфере, как и в тропосфере, применяют геометрооптическую трактовку, вводя показатель преломления и =с / чф Показатель преломления ионосферы и < 1. Рефракция же (-[/и / О[Н) изменяет знак с положительного на отрицательный, проходя через максимумы электронной концентрации (разд. 113.10). Если на очень высоких частотах/'»/'„ионосферная рефракция, как н тропосферная, приводит только к погрешностям измерений, то на более низких частотах / происходит отражение радиоволн от ионосферы.
Рефракция волн метрового диапазона и короче. Для этих волн ч,ф « /'н/'„«/" в (11.86). Показатель преломления при использовании системы единиц СИ и =1-40,3п„//' На рис. 11.32 представлена полная рефракционная погрешность, вносимая тропосферой и ионосферой днем (штрих-пунктир) н ночью (штриховая линия) на частоте 200 МГц в зависимости от высоты цели в км при стандартной тропосфере со 100-процентной относительной влажностью (2.9).
а а 3 10 О 2 4 О а О 12 14 1О Ое. мрая Рнс. 11.32 172 Сплошной линией показана погрешность без учета влияния ионосферы. Расчеты проведены по (11.67)- (11.70) для полиномиальной модели тропосферы. Эффект рефракции в ионосфере, обычно меньший, чем в тропосфере, понижается с повышением частоты. Погрешность измерения дальности на элементе луча в ионосфере при наличии рефракции. Групповое запаздывание на элементе Аг искривленного луча (рис. 11.18) при активной локации составляет2Аз/ч . В отсутствие рефракции луч был бы прямолинейным и запаздывание составило бы 2Аг / с, где Аг отсекается теми же проведенными из центра Земли концентрическими сферами, что н Аз.
Временная погрешность определяет дальностную с(2Аз 2Аг ) Аг Ага = — — — — = — -Аг. (11.96) 2!ч,„с ! п Совокупная погрешность измерения дальности прн рефракции в ионосфере. Элемент длины Аа = АК/созо, см. (11.74), искривленного луча з (рис. 11.18) выражается через приращение радиального расстояния АЯ. Интегрируя (11.96), учитывая (11.65) н (11.66), проводя преобразования, подобные использованным при выводе (11.67), можно найти совокупную погрешность измерения дальности при рефракции в ионосфере М~.
ЗЕС ЕО Г Я[И Агт = — га . О О я„бпй/поко) зес ео Соответствующая зависимость этой погрешности от Н„и са для частоты 200МГц представлена на рис. 11.33 Зависимость построена по данным (2.9) для модели 5' наа ионосферы, описанной в (2.9, с. 313]. О„ Доплеровская частота в ионосфере. Как и в а °;. тропосфере (разд. 11.3.6), не совпадает при/ »/„с доплеровской частотой в ! вакууме, в первую оче— редь, нз-за искривления - — -1!аа, луча н вызванного этим и отличия направления 0 (рис. 11.18) вектора фазоВои скорости Волны чф В районе цели от направлеРнс. 11.33 ния «РЛС вЂ” цель». На рнс.
1134 для час- 100 тот / > 100 МГц н углов Лава места 0 и 15' и модели ионосферы !2.9, с. 313) х 20 приведены оценки поче 15 грешности измерения дос8 плеровской частоты. Прим 8 5 мер !2.9) относится к це- ~8 я а ли, летящей перпенднку58 парно линии визирования со скоростью 6 км/с на высотах максимумов электронной плотности 300 км днем н 250 км ночью. 2ООО , 500 500 х 200 й м100 к В зо П 20 х 1О ~Б 0 1 О 2 0.5 1 Высота, тыс, км 50 10 1 0.1 0,2 0,5 1 2 '[аа ее[а. 11 ц Рнс.
11.34 По мере приближения частоты /' кГ„, на доплеровскую частоту в ионосфере может сказываться фактор влияния показателя преломления непосредственно в районе цели, упомянутый в разд. 11.3.6. Условие отражения волны от ионосферы. В отличие от отражения на границе сред с дискретно изменяющимися параметрами отражение радиоволн в ионосфере происходит в результате плавного рефракционного «заворота» луча на некоторой высоте Н над поверхностью Земли, т. е на расстоянии л = й„ + Н от ее центра (рис.
11.18). В точке «заворота» угол между направлением луча и нормалью к поверхностью Земли 0 = 90'.Используя закон преломления (11.13) и полагая Яо = Кз, получим л= ойз з)пбо, (11.97) где 0„— угол между направлением излучения и нормалью к поверхности Земли в пункте излучения. Вводя показатель преломления и =с / чв в точке «заворота» из (11.97) и полагая этот показатель л« = ! у поверхности Земли, найдем условие отражения с 2 1+ 1 — =тибо. (11.98) вч /4я Условие (11.98) выполняется в декаметровом и более длннноволновых диапазонах радиоволн. По мере удлинения волн (связь, навигация, загоризонтная радиолокация) накладываются волны, отраженные от поверхности Земли.
Вопросы оценки максимально применимых, критических н оптимальных частот, поглощения энергии и многолучевостн распространения при отражении от ионосферы продолжаются поэтому в разд. 1 1.4. 11.3.12. Влияние магнитного поля Земли и поляризационные явления в ионосфере Без учета соударений, но с учетом магнитного поля Земли, вектор скорости ч ехр(/ 2лу'/) колебательного движения электрона определяется нз уравнения количества движения (11.76). Уравнение (11.76) линейное.
Его можно решать как. единое целое (решение (7.10! в виду громоздкости не приводится), но можно н выбирать частные решения (нз них можно составлять общие решения путем супер- позиции). Простейшие из частных решений включают: ° вектор переменного электрического поля Е которого коллинеарен заданному вектору Н«., ° векторы переменного электрического поля Е которых лежат в плоскости, ортогональной заданному вектору Ны Первое частное решение относится к волне с линейной поляризацией и вектором Е, коллинеарным с Нв Оно удовлетворяется вектором ч, коллинеарным с Е и Нв Векторное произведение (ч, Н«1, определяющее силу Лоренца, обращается тогда в нуль.
Решение определяется соотношениями (11.29)-(11.33). Второе н третье простейшие частные решения связаны с собственными гиромагнитными колебаниями плазмы. Собственные гиромагнитные колебания плазмы. Это колебания каждого электрона в плоскости, перпен- днкулярной постоянному магнитному полю, в отсутствии вынуждающей силы: вЕ =О. Под действием магнитного поля Н электрон с приданной ему начальной скоростью ч совершает движение по окружности некоторого радиуса р. Центробежная сила тч'/ р уравновешивается центростремительной силой -силой Лоренца ечН. Из равенства тч / р = ечН следуют выражения: ° радиуса окружности р = тч/е)гаН; ° частоты собственного вращательного движения электрона под действием магнитного поля /'н = ч /2яр = ер«Н /2лт = 3,52.10 Н, (11.99) называемой гиромагнитной частотой.
Последняя определяется напряженностью поля Н (А/м в системе единиц СИ) н не зависит от начальной скорости электроноа. При Н =Н« = (33...56) А/м (экватор - полюса) значение/'н = (1,2...2) МГц. Частные круго-поляризованные решения. Основываясь на характере собственных колебаний, в качестве них наиболее просто принять круго — поляризованные в плоскости ортогональной некоторому вектору Н постоянного магнитного поля. Вектор скорости электрона ч вращается тогда в этой плоскости.
Модуль векторного произведения [чехр(/2л/1),Н] сводится к произведеншо ч ехр(/2л/1) на скаляр Н с опережением нли отставанием по фазе на л/2. Добавляя в (11.78) слагаемое [чехр(/2я/1),Н] н заменяя его на ч Н ехр(/ (2л/1 х я/2)! = +/ ч Н ехр(/2л/1), (11.99а) можно найти видоизмененные выражения (1! .80), (11.84) комплексной диэлектрической проницаемости и показателя преломления для круго - поляризованных частных решений без учета и с учетом соударений.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
