4. Влияние тропосферы на распространение радиоволн.
Атмосферу земли разделяют на три области:
тропосферу, простирающую от поверхности Земли до высоты 10….15км;
стратосферу, ограниченную снизу тропосферой, а сверху высотой примерно 50км;
ионосферу, лежащую за пределами стратосферы до высоты 15….20 тыс. км.
На распространение волн наземных РРЛ существенное влияние оказывает тропосфера, а для ССС в некоторых случаях необходимо учитывать влияние ионосферы.
Для распространяющих радиоволн тропосфера являются неоднородной средой из-за неоднородной диэлектрической проницаемостью воздуха и возможности появления гидрометеоров.
Относительная диэлектрическая проницаемость воздуха зависит от температуры и давления воздуха и водяного пара – метрологических параметров, коэффициент преломления связан с диэлектрической проницаемостью соотношением.
. (1.8.1)
Т.к. для тропосферы численное значение hП и e близки к единице, то при расчетах используют индекс преломления тропосферы.
(1.8.2)
Величина метеорологических параметров подвержена пространственно – временным изменениям. При этом возможны регулярные и случайные пространственно-временные изменения e.
Регулярные изменения e характеризуют среднее состояние тропосферы так называемую нормальную тропосферу. Наиболее заметно изменение e с изменением высоты h над поверхностью Земли.
(1.8.3)
где De=e-1 отклонение e от единицы у поверхности земли;
- вертикальный
градиент диэлектрической проницаемости
воздуха у земной поверхности.
Значение De и g различны для разных климатических районов и претерпевают регулярные сезонные изменения.
Зависимость (1.8.3) позволяет рассматривать нормальную тропосферу как сферически слоистую среду, в которой e зависит от расстояния до поверхности земли.
В реальной тропосфере имеют место случайные отклонения e(h). Причиной этого является наличие слоистых и турбулентных неоднородностей в тропосфере. Слоистые неоднородности обусловлены температурными инверсиями (натекание теплого воздуха с моря на охлажденную сушу) и наличием облаков. Из-за резкого изменения температуры и влажности на границах неоднородностей возникают скачки диэлектрической проницаемости, достигающие нескольких десятков единиц NП (индекс преломления тропосферы). Толщина слоистых неоднородностей лежит в пределах от десятых долей метра до сотен метров, а их горизонтальные размеры достигают десятки километров.
Турбулентные неоднородности – возникают из-за быстрого вертикального и горизонтального перемещения воздушных масс. Из-за образования и распада вихрей возникают локальные неоднородности давления, температуры и влажности. Образующиеся при этом неоднородности диэлектрической проницаемости – глобулы имеют размеры, достигающие десятков метров.
Слоистые и турбулентные неоднородности подвержены случайным изменениям во времени и в пространстве.
Среди гидрометров наибольшее влияние на распространение волн оказывают дожди. Основными характеристиками дождя является их интенсивность - количество воды Iд выпадающей в единицу времени, и пространственные размеры дождевых очагов. Считают, что слабый дождь – это осадки с интенсивностью 1-5 мм/час. Умеренный дождь – 5-20 мм/час, ливень – более 40 мм/час. На частотах выше 10 ГГц, кроме дождя, влияние оказывают туман и мокрый снег.
В зависимости от параметров Iд (интенсивность) и sy – (среднеквадратическое отклонение от среднего значения интенсивности) территория СНГ разбита на 29 климатических районов, для которых имеются кривые статистического распределения средне минутной интенсивности дождей.
При рассмотрении влияния тропосферы на распространение радиоволн в РЛЛ необходимо учитывать следующие основные факторы:
Рефракцию (искривление траектории) радиоволн, обусловленную изменением диэлектрической проницаемости e с высотой. Это приводит к преломлению радиоволн на границе раздела двух сред с разными коэффициентами преломления;
Переизлучение радиоволн неоднородностями тропосферы;
Ослабления газами и гидрометрами;
Деполяризацию волн в осадках.