Материал: 751

происходить и изменение направления движения волны. Это явление получило название «береговая рефракция», поскольку наиболее ярко выражено на границе суша — море. Для его объяснения обратимся к рис. 3.9.

O

Ìîðå Ñóøà

Рис. 3.9 К теории береговой рефракции

Пусть передатчик находится в море (точка Î) на значительном удалении от берега. Приемник расположен на суше в точ- ке À вблизи от береговой линии. Над морем волна распространяется со скоростью света. Пунктирная линия bb изображает фазовый фронт волны, подходящей к береговой линии. Участки фронта волны, оказавшиеся над сушей, замедляются, в то время как над морем скорость остается прежней. В результате после перехода через береговую линию наклон фазового фронта изменяется (линия ññ). Фактически произошло преломление фазового фронта волны, причем угол преломления стал меньше угла падения . Если в точке À расположен пеленгатор, определяющий угловое положение передатчика, то он определит его не в направлении точки Î, а в направлении угла к линии нормали nn, т.е. в направлении точки Î1. Уголназывается углом береговой рефракции и определяет ошибку пеленга. Если суша близка по свойствам к диэлектрику, то угол рефракции определяется выражением [3]

tg

, (3.20) 2 k rx2

7 6 3. Распространение радиоволн при низко расположенных антеннах

ãäå k c — волновое число в свободном пространстве; r — относительная диэлектрическая проницаемость почвы; x2 — протяженность сухопутного участка трассы. Из формулы (3.20) следует, что угол рефракции уменьшается с уменьшением угла падения и увеличением расстояния x2 . Последнее можно объяснить тем, что в приемник, расположенный далеко от берега, попадает энергия из верхней области распространения радиоволны, на которые переход суша — море оказывает слабое влияние. В связи с этим для уменьшения ошибки пеленга станции рекомендуется располагать дальше от береговой линии. Более подробное изложение теории береговой рефракции можно найти в [3].

Контрольные вопросы

1.Почему в диапазонах средних и длинных волн в качестве передающих антенн используют вертикальные несимметрич- ные вибраторы? Какова при этом роль Земли?

2.Сформулируйте приближенные граничные условия Леонтовича. При каких условиях они применимы?

3.Как зависит структура поля над земной поверхностью от свойств почвы?

4.От чего зависит соотношение амплитуд вертикальной и горизонтальной составляющих напряженности электрического поля в волне, распространяющейся вдоль поверхности Земли?

5.Объясните характер зависимости напряженности поля от расстояния в формуле Шулейкина — Ван-дер-Поля? В каких случаях этой формулой можно пользоваться?

6.Объясните суть понятий «взлетная» и «посадочная» площадки?

7.Трасса между передающей и приемной антеннами частично проходит над озером, расположенным посередине трассы. Изобразите зависимость напряженности поля вдоль трассы.

8.Поясните суть явления береговой рефракции. Почему ошибка пеленга цели, вызванная береговой рефракцией, зависит от расстояния передатчика и приемника до береговой линии?

4. Тропосфера и ее влияние на распространение радиоволн

С точки зрения распространения радиоволн атмосферу разделяют на три области: тропосферу (расстояние от поверхности Земли 10–15 км), стратосферу (от 10–15 км до 60 км) и ионосферу (от 50–60 км примерно до 20000 км) . B состав атмосферы входит молекулярный азот (78 % по объему), молекулярный кислород (21 % по объему) и другие газы (водород, аргон, СО2).

Высота нижнего слоя атмосферы — тропосферы — над полярными широтами 8–10 км, над экватором 16–18 км. В отли- чие от других слоев атмосферы — стратосферы и ионосферы — тропосфера содержит большое количество паров воды.

Тропосфера слабо поглощает солнечный свет и нагревается, главным образом, от поверхности Земли. Поэтому температура воздуха в ее пределах уменьшается с высотой. Обычно температура воздуха убывает на 5–6 °С на 1 км. Но иногда на небольших интервалах высот наблюдается местное возрастание температуры с высотой, называемое температурной инверсией.

Прекращением уменьшения температуры и характеризуется верхняя граница тропосферы. Выше этой границы, в стратосфере, температура с высотой возрастает и достигает максимума примерно на высоте 50 км. Нагрев стратосферы связан с образованием озонового слоя на высоте примерно 50 км.

Тропосфера и стратосфера составляют неионизированные слои атмосферы, поэтому закономерности распространения радиоволн в обоих слоях в ряде случаев одинаковы. Однако в тропосфере благодаря значительно большей плотности воздуха и близости слоя к земле метеорологические процессы проходят значительно интенсивнее, чем в стратосфере. Ввиду этого при изучении распространения радиоволн в неионизированной части атмосферы можно ограничиться изучением распространения радиоволн в тропосфере.

4.1. Электрические параметры тропосферы

Характер распространения радиоволн в тропосфере определяется состоянием атмосферы и процессами, которые в ней происходят. Состояние атмосферы определяется следующими характеристиками: температурой (T), влажностью (абсолютной влажностью — å), давлением (ð). Эти характеристики называются метеорологическими параметрами тропосферы.

Атмосфера состоит из смеси газов, в основном азота и кислорода. Каждый газ обладает диэлектрической проницаемостью и проводимостью. Во всех диапазонах, за исключением УКВ, проводимость газов практически равна нулю. В диапазоне сантиметровых и миллиметровых волнсказывается дисперсия вещества и проводимость оказывается отличной от нуля.

В 1925 году Международной комиссией по аэронавигации было введено понятие «стандартной», или «нормальной», тропосферы, которая характеризует среднее состояние тропосферы в умеренных широтах. Для нормальной тропосферы приняты следующие метеопараметры: на поверхности Земли ð 1013 мбар, Т 288 К, относительная влажность 60 %. С увеличением высоты на каждые 100 метров давление уменьшается на 12 мбар, температура — на 0,55 градуса, относительная влажность остается постоянной. Высота нормальной тропосферы равна 11 км.

Для определения влияния метеорологических условий на характер распространения радиоволн нужно установить связь между электрическими (проводимость, диэлектрическая проницаемость) и метеорологическими (температура, влажность, давление) параметрами тропосферы. При прохождении электромагнитной волны через газ происходит поляризация молекул газов под действием электрического поля волны. Вектор поляризации определяется как дипольный момент единицы объема газа и пропорционален напряженности электрического поля E:

ãäå 0 — абсолютная диэлектрическая проницаемость, — электрическая восприимчивость вещества, связанная с относительной диэлектрической проницаемостью соотношением

r 1.

Восприимчивость зависит от абсолютной температуры Ò, давления ð и, если молекулы не обладают постоянным дипольным моментом, равна

Если каждая молекула обладает постоянным дипольным моментом, то восприимчивость равна

В формулах (4.2) и (4.3) à è b — постоянные, определенные в результате многочисленных экспериментов.

Восприимчивость смеси газов подчиняется закону аддитивности, т.е. восприимчивость смеси газов равна сумме восприимчивости отдельных газов.

Молекулы всех газов тропосферы, за исключением молекул водяного пара, не обладают постоянным электрическим дипольным моментом. Молекула же водяного пара обладает постоянной составляющей электрического дипольного момента, существующей и при отсутствии внешнего поля. Поэтому электрическая восприимчивость тропосферы определяется формулой

ãäå ð — суммарное давление всех газов воздуха, за исключением водяного пара; e — давление водяного пара.

С показателем преломления тропосферы n электрическая восприимчивость связана соотношением

Так как показатель преломления воздуха мало отличается от единицы, то удобно ввести параметр N — индекс преломле-

Если в формулы (4.4), (4.5) подставить значения констант à è b, то для индекса преломления N получается соотношение [1]