Графики зависимости ГТ от λ для двух видов потерь приведены на рис.21.1 (зависимость ГТ от интенсивности дождя и λ) и рис. 21.2 (зависимость селективного поглощения в Н2О и О2 от λ).
21.3. Рефракция радиоволн в тропосфере
Поскольку показатель преломления в тропосфере убывает с высотой, наклонные радиолучи преломляются и отклоняются к земле. Законы преломления в тропосфере наиболее просто устанавливаются с использованием второго закона Снеллиуса для плоскопараллельной слоистой модели тропосферы (с последующим предельным переходом) – рис. 21.3. В соответствии со вторым законом Снеллиуса
sin ϕn |
= |
nn+1 |
. |
(21.3) |
sin υn |
|
|||
|
nn |
|
||
n1>n2>n3
|
|
|
|
|
|
Рис. 21.3 |
С другой стороны, как следует из рис. 21.3, |
||||||
υ1 = ϕ2 , |
. |
|
||||
υn = ϕn+1 |
|
|||||
Таким образом, (21.3) можно переписать в виде |
||||||
|
sin ϕn |
|
= |
nn+1 |
|
или nn sin ϕn = nn+1 sin ϕn+1 = const . |
|
sin ϕn+1 |
nn |
||||
|
|
|
||||
Переходя к пределу ∆h → 0 , получаем точное уравнение |
||||||
n sin ϕ = const . |
(21.4) |
|||||
Это уравнение можно рассматривать как уравнение радиолуча в плоском неоднородном диэлектрике – тропосфере.
Рассчитаем радиус кривизны радиолуча ρ (рис.21.4).
291
ляется равенство разности кривизны радиолуча и земли в том и другом случае:
1 |
−0 = |
1 |
− |
1 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R3' |
R3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
ρ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
' |
|
|
R3 |
|
|
R3 |
|||
Таким образом, R3 |
= |
|
|
= |
|
|
|
. |
||||||
1−R3 ρ |
1+ R3 |
dn |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dh |
|
|
||
В последнем равенстве мы использовали (21.8). Отношение R3' обо-
R3
значают обычно К.
Различают следующие случаи тропосферной рефракции.
1. Отрицательная рефракция (на некоторых участках, в отдельных слоях тропосферы): dndh > 0 . В этом случае ρ < 0 и луч отклоняется от поверхности земли. В этом случае R3' < R3 и К <1.
2.Нормальная рефракция: dndh = −4 10−5 км1 , R3' > R3 , K = 43 .
3.Критическая рефракция:
dndh = −15,7 10−5 км1 , ρ = R3 , R3' → ∞, K → ∞.
В этом случае в эквивалентной картине земля плоская и над ней распространяется прямолинейный радиолуч.
4. Сверхрефракция: dndh < −15,7 10−5 км1 .
В этом случае R3' < 0 и К < 0 , радиолуч распространяется за счет после-
довательного отражения от земной поверхности; образуется приземной диэлектрический волновод.
Представление об эквивалентном радиусе земли весьма удобно, поскольку позволяет использовать все ранее полученные интерференционные формулы без учета тропосферной рефракции путем простой замены.
293
ГЛАВА XXII
РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН В ИОНОСФЕРЕ
22.1. Строение ионосферы
Ионосферой называется верхняя часть атмосферы, подверженная действию ионизирующего солнечного и космического излучения. Она простирается с высоты 60 км и дальше – до высот порядка 20000 км. Основными составляющими газа ионосферы по прежнему остаются азот и кислород, однако заметную часть составляют водород и гелий.
Строение ионосферы оказывается достаточно сложным; достаточно полные сведения о строении ионосферы получены лишь в последнее время за счет использования спутников и геофизических ракет.
Распространение электронной концентрации в ионосфере изображено на рис. 22.1.
Рис. 22.1
С точки зрения распространения радиоволн основной интерес представляет внутренняя ионосфера, т.е. та ее часть, которая расположена ниже главного максимума электронной концентрации. Поскольку зависимость Nе
(h) во внутренней ионосфере неравномерна и существуют скачкообразные изменения концентрации Nе, принято деление внутренней ионосферы на слои: D, E, F.
Слой D. Этот слой расположен на высоте 60 – 80 км. В слое D
Nе max ~ 102 −103 |
эл |
, однако, имеется большая плотность отрицательных ио- |
||||
см3 |
||||||
|
|
|
|
|
||
нов: |
Ni− ~ 108 ион. Благодаря большой плотности газов в слое D, здесь велика |
|||||
|
см3 |
|
1 |
|
||
частота столкновений электронов с тяжелыми частицами ν =107 |
. Слой D |
|||||
сек |
||||||
|
|
|
|
|
||
существует только в дневное время и с заходом солнца почти мгновенно исчезает.
294