Lektsia_14 (842126), страница 2
Текст из файла (страница 2)
При увеличении высоты h индекспреломления тропосферы падает практически по линейному закону соскоростью dN/dh=-40 км-1. Формула справедлива в интервале высот, непревышающих нескольких километров.Вбольшинствеслучаевоптическаяплотностьнеоказываетсущественного влияния на процесс распространения радиоволн, например, врадиовещательных каналах длинноволнового и средневолнового диапазонов.Однако встречаются ситуации, когда важнейшей информацией служит уголприхода радиоволн, поступающих в приемную антенну.
В частности, с этимприходится сталкиваться при создании высокоточных радиолокаторов исистем радионавигации. Здесь необходимо учитывать даже небольшоеискривлениелучаиз-занепостоянствакоэффициентапреломленияатмосферного воздуха вдоль вертикальной координаты. Это явлениеполучило название атмосферной рефракции.Слой неоднородного воздуха упрощенно может быть представлен ввиде двух соприкасающихся однородных слоев 1 и 2 с показателямипреломления n1 и n2, причем n2<n1, как показано на рисунке 14.2. Углыпадения и преломления подчиняются второму закону Снеллиуса, а луч внеоднородной по высоте атмосфере будет искривляться в сторону земнойповерхности (нормальная рефракция).Рисунок 14.2 – Атмосферная рефракцияЗатухание радиоволн в атмосфереОбратимся теперь к вопросу о затухании радиоволн в атмосфере.Эксперименты показывают, что на частотах ниже 1000 МГц затухание вчистом воздухе пренебрежимо мало.
На более высоких частотах начинаетсказываться резонансное поглощение радиоволн молекулами тех газов, изкоторых состоит атмосфера. Особенно сильно этот эффект проявляется вкоротковолновой части сантиметрового и в миллиметровом диапазоне. Нарисунке 14.3 приведены кривые, описывающие вклады в общее затуханиедвух наиболее существенных компонентов — молекулярного кислорода О2 иводяного пара Н2О. Особенно ярко выраженными оказываются резонансныепики поглощения в кислороде на длине волны 5 мм и в водяном паре надлине волны 12,5 мм.
Существуют и так называемые «окна прозрачности»атмосферы, например, в окрестности длин волн =8 мм и =3 мм. Наконец,необходимо указать на тот вклад в ослабление, который могут вносить тумани атмосферные осадки.Рисунок 14.3 – Зависимости погонного затухания радиоволн в атмосферномкислороде и водяном паре от длины волныОсобенно сильно их влияние проявляется на волнах короче 3 см. Здесьдополнительное ослабление из-за сильного дождя может достигать 1 дБ/км идаже более. Это обстоятельство серьезно осложняет работу систем ближнейрадиолокации, а также лимитирует наивысшие частоты, применяемые врадиорелейных линиях связи.
Что же касается наземных лазерных линийсвязи оптического диапазона, то для них потери энергии сигнала из-зарассеяния на водяных каплях служат основным фактором, лимитирующимдальность связи.Отражение радиоволн от ионосферных слоевБесстолкновительная плазма представляет собой диспергирующуюсреду, показатель преломления которой зависит от частоты поля f изаписывается в виде(14.4)гдеfпл=8,98√ – плазменная частота, Гц; электронная концентрация Neимеет размерность м-3.Предположим, что плоская электромагнитная волна падает из вакуумапо направлению нормали на однородную полубесконечную плазменнуюсреду. Характеристическое сопротивление плазмы(14.5)обращается в бесконечность при f=fпл; на частотах, превышающихплазменную частоту, это сопротивление действительно, а при f<fплхарактеристическое сопротивление плазмы оказывается чисто мнимым.Коэффициент отражения от границы раздела плазма-воздух записывается ввиде(14.6)следовательно, величина R равна единице при f=fпл; и это равенствосохраняется на всех частотах, более низких, чем плазменная, т.е.
в условияхнепрозрачности плазмы для радиоволн.Припадениибесстолкновительнуюплоскойплазмуподволнынапроизвольнымполубесконечнуюуглом,которыйотсчитывается от направления нормали к границе раздела плазма-воздух. Вобщем случае в плазме будет возникать преломленная волна; уголпреломления которой определяется законом Снеллиуса:(14.7)Следовательно, если f<fпл, то угол преломления становится мнимым ипадающая волна полностью отражается от слоя плазмы.
Если же f>fпл, топлазма становится радиопрозрачной, то есть коэффициент преломлениядействительныйивозможнопринципиальноесуществованиевэлектромагнитных волн. Следует отметить, что коэффициент преломленияпри этом не превышает единицы, а, следовательно, при углах преломления,равных 90 градусов, возможно явление полного внутреннего отражения.Угол падения, при котором будет наблюдаться такое явление, определяетсявыражением(14.8)Таким образом, при углах падения, меньше критического, падающаяволна частично преломляется в плазму, в противном случае, скользит вдольграницы раздела, не проникая в нее.Использованная модель ионосферного отражения, в рамках которойреальный ионизированный слой с плавным изменением электроннойконцентрации условно заменяется полубесконечной однородной плазменнойсредой, является весьма упрощенной. На самом деле траектории лучей вионосфере выглядят приблизительно так, как это показано на рисунке 14.4,т.е.
представляют собой гладкие кривые.Рисунок 14.4 – Реальные траектории лучей в неоднородной ионосфереПроцесс распространения радиоволн в ионосфере сопровождаетсязатуханием из-за соударений электронов с нейтральными атомами имолекулами. Если длина ионосферного участка трассы распространениярадиоволн оказывается значительной, то дополнительный вклад в общеезатухание может составить единицы и даже десятки децибел..
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
