6.2.4. Радиоизлучение земной атмосферы с учетом гидрометеоров

Радиоизлучение земной атмосферы имеет тепловой характер и обусловлено поглощением сигналов в атмосфере. Установлено, что в диапазонах частот выше 500 МГц, основное поглощение определяется тропосферой, точнее газами тропосферы – кислорода и водяными парами, а также дождем и прочими гидрометеорами (ионосфера и остальные газы тропосферы, например, двуокись углерода или азот, играют малую роль). Коэффициенты поглощения для стандартной атмосферы имеют ярко выраженный частотно-зависимый характер (рис.6.4): наблюдаются резонансные пики на частотах 22 и 165 ГГц (для водяных паров), а также 60 и 120 ГГц (для кислорода).

Рис.6.4. Зависимость коэффициента молекулярного поглощения для кислорода и водяных паров от частоты

Эквивалентная длина пути сигнала в стандартной атмосфере, очевидно, зависит не только от эквивалентной толщины атмосферы, но и от угла места земной антенны  и высоты земной станции над уровнем моря h₃:

; , где =5,3км, =2,1км – эквивалентная толщина слоя кислорода и водяных паров в стандартной атмосфере.

Частотная зависимость поглощения радиоволн в основной (невозмущенной) атмосфере без гидрометеоров, которые представляют собой как бы постоянную составляющую потерь, имеющих место в течение 100% времени, представлена на рис.6.5.

В силу термодинамического равновесия среда (атмосфера) излучает такое же количество энергии на данной частоте, которое поглощает, соответственно шумовая температура Т_ша, обусловленная излучением атмосферы с учетом гидрометеоров, равна ее яркостной температуре Т_яа:

,

где: - средняя термодинамическая температура стандартной атмосферы, - поглощение радиоволн в атмосфере.

Как показывают расчеты, средняя термодинамическая температура стандартной атмосферы для углов места в рассматриваемых диапазонах частот равна:

.

Яркостную температуру спокойной атмосферы (без дождя) на разных частотах можно найти, воспользовавшись значениями из рис. 6.5.

Рис.6.5. Частотная зависимость поглощения радиоволн в спокойной атмосфере (без дождя) при различных углах места

Результаты вычислений частотных характеристик яркостной температуры атмосферы с дождем при различных углах места (рис.6.6.) показывают, что максимальная температура шумов неба не превышает 260К и начинает играть существенную роль в диапазонах частот выше 5 ГГц.

Рис.6.6. Частотные зависимости шумовой температуры атмосферы

(с учетом дождя) для разных процентов времени Т_ дождя в течение часа: а) для процента времени Т_ =1%; б) для процента времени Т_ =0,1%.

Например, на частоте 10 ГГц для радиорелейной связи при =0 величина Т_ша=220К, а для спутниковой связи при =10⁰ величина Т_ша=90К.

Приведенная оценка температуры атмосферы, по существу, относится к тропосфере. Радиоизлучением ионосферы в диапазоне частот выше 1 ГГц можно пренебречь, так как поглощение в ионосфере обратно пропорционально квадрату частоты L_и2,5 х 10¹⁵/f² и не превышает 2,5 х 10^-3 дБ даже при низких углах места антенны.