Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Курсовая работа по эктродинамике.doc
Скачиваний:
78
Добавлен:
02.05.2014
Размер:
820.22 Кб
Скачать

3.3. Рефракция радиоволн в тропосфере

Рефракцией называется искривление траектории радиоволны при распространении ее в неоднородной среде. Явление рефракции в тропосфере объясняется изменением диэлектрической проницаемости e и соответственно показателя преломления n с высотой.

Радиус кривизны траектории радиоволны в тропосфере (при пренебрежении кривизной земной поверхности) может быть определен по формуле:

R=

где Ѳпад — угол падения волны на преломляющую границу раздела; dn/dh - градиент показателя преломления.

Знак минус у градиента показателя преломления означает, что радиус кривизны положителен, а траектория волны обращена выпуклостью вверх при уменьшении показателя преломления с высотой.

Учитывая, что n ≈ 1, а для наиболее интересного случая пологих лучей sinθпад≈1, имеем:

(3.3)

Из (3.3) следует, что радиус кривизны траектории радиоволны в тропосфере определяется не абсолютным значением коэффициента преломления, а скоростью его изменения с высотой.

При распространении в нормальной тропосфере, характеризующейся постоянством градиента индекса преломления, траектории радиоволн, идущих под небольшими углами к земной поверхности, имеют форму дуг окружности с радиусом R = 25 000 км.

Рефракция, происходящая в нормальной тропосфере, называется нормальной тропосферной рефракцией.

Учет влияния тропосферной рефракции при линейной зависимости показателя N от высоты производится упрощенно, с помощью эквивалентного радиуса Земли Rэ. Предположим, что радиоволны, испытывающие рефракцию, распространяются не по криволинейным траекториям в неоднородной среде, как в действительных условиях, а по прямолинейным траекториям в однородной среде над некоторой воображаемой поверхностью, радиус кривизны которой Rэ не равен радиусу Земли: Ro= 6370 км (Приложение 3, рис. 3.1).

Кроме того, предполагается, что в реальном и эквивалентном случаях траектории радиоволн проходят на одной и той же высоте над поверхностью при равных расстояниях от излучателя. Тогда эквивалент­ный радиус земного шара определяется выражением

(3.4)

Для нормальной рефракции dN/dh ≈ -40 1/км и Rэ = 8500 км.

Основные случаи применения понятия эквивалентного радиуса Земли следующие.

Расстояние прямой видимости с учетом рефракции определяется по формуле

(3.5)

В условиях нормальной рефракции

где r0— расстояние в метрах; հ1 հ2 — высота антенны в метрах.

При нормальной рефракции расстояние прямой видимости возрастает на15%.

Под влиянием различных метеорологических условий в тропосфере может возникнуть изменение показателя преломления с высотой, значительно отличающееся от условий, определяющих возникновение нормальной рефракции. В соответствии с этим рефракция может быть отрицательной, отсутствовать или быть положительной (Приложение 3, рис. 3.2).

При отрицательной рефракции N не уменьшается как обычно с высотой, а, наоборот, возрастает, т. e. dN/dh>0. При этом R<0 и траектория радиоволны обращена выпуклостью вниз — радиоволна удаляется от поверхности Земли.

Если N при изменении высоты остается постоянным, то рефракция отсутствует.

На практике наиболее часто встречаются случаи, когда N с высотой уменьшается, т. e. dN/dh<0. Траектория радиоволны в этом случае обращена выпуклостью вверх, наблюдается положительная рефракция. Положительная рефракция подразделяется напониженную (радиус кривизны траектории радиоволны больше, чем при нормальной рефракции), нормальную рефракцию,

повышенную (радиус кривизны траектории радиоволны меньше, чем при нормальной рефракции), критическую (радиус кривизны траектории радиоволны равен радиусу земного шара) и сверхрефракцию (радиус кривизны траектории радиоволны меньше радиуса земного шара).

При сверхрефракции радиоволны, излученные под небольшими углами возвышения, испытывают в нижних слоях тропосферы полное внутреннее отражение и возвращаются к поверхности Земли. При последовательных отражениях от земной поверхности радиоволны могут распространяться на значительные расстояния за пределы «прямой видимости».