Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
Суша Mopв
Суша
Влияние рельефа земной поверхности на Р. р. зависит от высоты неровностей h, их горизонтальной протяжённости 1,1 и угла в падения волны на поверхность. Если неровности достаточно малы и пологи, так что kkcosO < < 1 (к — волновое число), и выполняется т. н. критерий Рэлея A2^2CosO < 1, то онн слабо влияют на Р, р. Влияние неровностей зависит также от поляризации волн. Напр., для горизонтально поляризованных волн оно меньше, чем для волн, поляризованных вертикально. Когда неровности не малы и не пологи, энергия радиоволны может рассеиваться (радиоволна отражается от них). Высоиие горы н холмы с h > X «возмущают» волновое поле, образуя затенённые области. Дифракция радиоволн на горных хребтах иногда приводит к усилению волны из-за интерференции прямых и отражённых волн. Вершина горы служит естеств.
ретранслятором. Это существенно при распространении метровых радиоволн в гористой местности (рис. 6).
Распространение радиоволн в тропосфере. Тропосфера — область атмосферы, расположенная между поверхностью Земли н тропопаузой, в к-рой темп-ра воздуха обычно убывает с высотой (в тропопаузе темп-ра с высотой увеличивается). Высота тропопаузы на земном шаре неодинакова, над экватором она больше, чем над полюсами, а в средних широтах, где существует система сильных западных ветров, изменяется скачкообразно. Тропосфера состоит нз смесн нейтральных молекул н атомов газов, входящих в состав сухого воздуха, н паров воды. Диэлектрическая проницаемость, а следовательно, н показатель преломления газа, не содержащего свободных электронов н нонов, обусловлены дополнительными полями, создаваемыми смещением электронов в молекулах (поляризация сухого воздуха) я ориентацией полярных молекул (пары воды) под действием электрнч. поля волны.
Покааатель преломления тропосферы
Рис. 6. Траектории радиоволн при дифранции на не-пологих неровностях.
79 /
P+'
4800
10~»,
(6)
где р — давление сухого воздуха, е — давление водяного пара в миллибарах, T — темп-ра. Показатель преломления не зависит от частоты и очень мало отличается от единицы. Так, у поверхности Земли с увеличением высоты происходит измененне параметров р, Т, е, определяющих значение показателей преломления. При нормальных метеорологич. условиях показатель преломления уменьшается с высотой;
grad n=dn(dh — —4 -IO-eA/-1. ф 17 Физическая энциклопедия, т. 4
Это приводит к искривлению траектории луїей. Для правильной оценки положения луча относительно поверхности Земли необходимо учитывать сферичность её поверхности, что можно сделать, вводя приведённый показатель преломления (3):
grad rijjp^dn/dh-j-l/Ztfr,
отличающийся от grad п ие только по абс. величине, но н по знаку. В условиях нормальной тропосферной рефракции grad гідр > 0. В этом случае луч, вышедший из приподнятого над землёй излучателя под углом <р0 < nJ2 к вертикали, прн распространении приближается к ней. При фр > 1V2 распространение лучей происходит в сторону уменьшающихся значений п11р. При этом, в зависимости от значений <р0, луч может достигнуть поверхности Земли и отразиться от неё, достигнуть точки поворота, определяемой нз условия (5), и при нек-ром значении угла ф0 точка поворота может лежать на поверхности Земли. В атом случае траектория луча является границей между областью, в к-рую могут попасть лучи, и областью тени. Нормальная тропосферная рефракция способствует увеличению области прямой видимости.
Метеорологич. условия существ, образом влияют на изменение показателя преломления, т. е. и на рефракцию радиоволн. Обычно в тропосфере давление воздуха її темп-ра с высотой уменьшаются, а давление водяного пара увеличивается. Прп нек-рых метеорологич. условиях, иапр. при движении нагретого над сушей воздуха над более холодной поверхностью моря, темп-ра воздуха с высотой увеличивается, а давление водяного пара уменьшается (инверсия темп-ры и влажности). В этом случае показатель преломления изменяется с высотой ие монотонно, т. е. dnap/dh на нек-рой высоте может изменить анак. Если в интервале высот, определяемом толщиной слоя инверсии, |grad nfc1/^, то grad»np < 0. В плоскослонстой среде с grad ппр < 0 лучн отражаются от высоты, определяемой нз условия (5). В пространстве, ограниченном снизу поверхностью Земли, а сверху высотой, на к-рой dnnp/dh изменяет знак, возникают условия для волноводного распространения (рис. 7). В тропосферных волноводах, как правило, могут распространяться волны с Я. < 1 м.
Рис. 7. Траектории УКВ в тропосферном волноводе.
Поглощение радиоволн в тропосфере пренебрежимо мало для всех радиоволн вплоть до сантиметрового диапазона. Поглощение сантиметровых и более коротких волн резко увеличивается, когда частота волны о совпадает с одной из собств. частот иолебаний молекул воздуха (резонансное поглощение). Молекулы получают от приходящей волны энергию, к-рая превращается в теплоту п только частично передаётся вторичным волнам. Известен ряд линий резонансного поглощения в тропосфере: X = 1,35 см, 1,5 см, 0,75 см (поглощение в парах воды) н X = 0,5 см, 0,25 см (поглощение в кислороде). Между резонансными линиями лежат области более слабого поглощения (окна прозрачности).
