книги из ГПНТБ / Филипп, Н. Д. Рассеяние радиоволн анизотропной ионосферой

сеянии вперед

лежит

в пределах

0,5

£

Л0 £

1,6

м,

а

при

обратном рассеянии ло а*

2,9 м.

Часто

при исследовании рассеяния

от

ориентированных

не­

однородностей используются

".длинные"

волны.

Заметим, что

как

из практических

(для целей связи), так

и из

энергетических

со­

ображений первоначальные эксперименты целесообразно

провести

методом пространственного разнесения,

при котором

передатчик

и приемник разнесены,

т .е ,

находятся

в конечных пунктах

линии

радиосвязи. В этом случае при рассеянии вперед

появляются два

существенных выигрышных фактора,

обусловленных наклонным

рас­

пространением: I) увеличивается длина первой зоны

Френеля,

поэтому большее число электронов внооит свой вклад в

переиз-

лученный сигнал ; 2) максимально возможная разность путей

рас­

пространения через поперечные сечения неоднородности

уменьша­

ется с увеличением наклона луча.

Это уменьшение

эквивалентно

увеличению длины волны и приводит в результате к большому

на­

чальному значению сигнала и к меньшей скорости его

ослабления

по мере расширения следа.

Полное уравнение передачи для случая наклонного

распро­

странения "длинных" волн при отражении от метеорных

следов с

пониженной плотностью имеет вид

[ 41 ] :

.

f ß ^ R r

Rk(Rt + R * )(I -соз'уззіпФ)

,(2.49)

G r C „ * y r § s in

где «Pr

и

соответственно

излученная

и принятая мощности:

Gr и

6 * -

коэффициенты усиления

по мощности передающей и при-

емной антенн

соответственно

по отношению к

изотропному излу-

чателю

в свободном пространстве ;

Я - длина волны в м ;

RT-

расстояние

от

передатчиков до

точки отражения (центр I зо­

ны Френеля) (рис.

19)

;

R„ -

расстояние

от

точки

отраже­

ния до приемника ;

г е

= <ио ѳ*/4-Лт

=2,8І78-ІСГІ5м

-

классический

радиус

элек­

трона,

где

<и0 -

магнитная

проницаемость

свободного

пространства,

а

е

и

т -

заряд

и масса

электрона ;

коэффициент диффузии электронов в

м/с ;

t - время,

измеряемое

с момента образования следа,

в с ;

г0 -

первоначальный

ради­

ус следа

, в

м ;

J3

- угол

между следом и плоскостью, в

кото­

рой лежат

Rт и

RR ;

Ф

- половина угла между падающим

и

отраженным от следа лучами ;

о(

- угол между вектором электри­

ческого

поля падающей волны

в точке отражения

и

направлением

на пункт

приема.

Оценку необходимой мощности передатчика при рассеянии

от

магнитно-ориентированных неоднородностей можно произвести,

ис­

ходя из

(2.49),

без

учета

временной зависимости

принятого

сиг­

нала. Кроме того, без ущерба для

исследованной

задачи,

можно

пренебречь начальным радиусом следа.

Таким о^пэзом,

максимальную мощность отдельных вспышек,

по­

ступающую на

вход приемника,

можно оценить по формуле:

\ß.

{6*г*Т*я(*т+К*)0 - СО?> ДСП2#)

_

(2>50)

jpR

~

GTG „x 3<j2 г / а і п йо(

чалом в центре Земли. Ось

х

расположена вдоль линии

пере­

сечения географической экваториальной плоскости с нулевой

гео­

графической меридиональной плоскостью, ось

z

проходит

через

северный географический полюс, а ось

у

- перпендикулярна

к

л и г и

образует

с

ними правую систему координат (рис.

20).

Обычно известны

географические

координаты

передающего

и

приемного

пунктов

Т (

ff,

; у, , а )

, я(іре

у г

от ) , где

-

географические широты,

ц>

-

восточные географические долготы,

там и известным

магнитным наклонениям

и склонениям в

районе

рассеяния можно

определить географические

координаты точки от­

ражения

Q ( у

; у ? ; а + h0). Здесь h 0

-

высота области

рас­

сеяния

над Землей.

Таким образом,

исходными данными можно считать

географи­

ческие координаты точек

излучения, приема и рассеяния,

а

также

направляющие косинусы

магнитно-ориентированных неоднородностей

в заданной системе координат.

По известным

соотношениям:

X = R0 cos у' сое ip ,

у = R0 cosy* sin у/,

Z = R0 ЗІП if,У*

(где

R0

равен

а

при оп­

ределении

л,

, У, , z , , x2, Уг

zg

и равен

a+ h 0

при

оп­

ределении

Л 2

, iJy

,

)

можно найти

соответствующие

декартовы

координаты

Т

(Л ,;

У,

г Z

I /?

( Ag

» Vg

*

Zg),

),

а

следовательно,

расстояние

и

уравнения

плоскостей,

проходящих через любые три точки

из

че­

тырех известных.

Т

,

Q

,

R

,

При этом плоскость,

проходящая через

точки

не^совпадает.с плоскостью, проходящей через дугу

большого круга

TR . Угол между этими плоскостями может быть

значительным

в

зависимости от расположения трассы на земном шаре.

Определение угла

о( между электрическим

вектором

падаю­

щей волны в

точке

Q

и направлением

на пункт

приема.

Для

од­

ной и той же трассы

угол

о( зависит

от вида

поляризации.

С л у ч а й

г о ­

р и з о н т а л ь н о й

п о л я р и з а ц и и .

Пусть

излученная

волна

имеет

горизонтальную по­

ляризацию,

т .е .

вектор

£

перпендикулярен

к

плоскости, проходящей че­

рез

центр

Семли

С

,

че­

рез

точку

излучения

Т

и точку

отражения

Q

(рис. 21), Уравнение плос­

Р и с .

21

кости

Пі,

проходящей

с а ч ы —

Ді(*<і-Хе)+ 8t (У?~Уг)+ Ct(z 4~z 2)

,

r „ .

С л у ч а й

в е р т и к а л ь н о й

п о л я р и з а ­

ц и и .

При вертикальной

поляризации вектор

напряженности

элек­

трического поля

£

падающей волны лежит

в

плоскости

/7,(/7, х +

+ ß fУ + С, Z =

О )’

й перпендикулярен

к прямой

,

проходящей

через

точки

Г

и

Q . Уравнение

прямой

А д ,

проходящей

через

Q

и совпадающей по

направлению

с вектором

Е

,

можно

предста­

вить

в

виде

Х-Х Я -

У-Vg

_ 2_

(2.59)

ІТІд

n f

где

1€ ,

т в , пд -

координаты

направляющего

вектора

прямой Лв.

Так как Лв лежит в плоскости /7,

,

то

можем записать

Й1

Lg +В, т в +С,

пд =

0 •

(2.60)

Уравнение

прямой

А ,

,

проходящей через

точки

Т

и

Q

,

име-

ет вид

Л - X, _

У - У , _ Z - Z ,

(2.61)

х ^ -х ,

Условие

перпендикулярности

прямых

А в и

А /

запишется

так:

^ в(х Ч~ Xj) + (Пд (У^.

iJj) + Пд (Zy

Z;)

0 .

(2.62)

Угол

Ы д между вектором напряженности электрического

поля

па­

дающей волны в точке

Q

и направлением на приемник равен

уг­

лу между

А д

и

А г . Таким образом,

CCWC^rr

Ів ( Х я - Х е )+ т в Ы - У г ) + п в ( і - Ч - г2)

+ m l \

п * ) і [ ( к ч - к г)*+(Уч -Уг Т+ (zr zz) * ß

_

( x ^ - x g) + t

(üq-УЕ)+ S (Zq-Zz )______

~ (1+1г^

[ ( л я - K5f ß 4 - u j i (z4- z j ß

7

где

t=mgJlg И

Я—Пв/ід •

Величины

t

и

s

могут

быть найдены из условий (2.60) и

(2.62)

I -

~*і) ~ ^1 ( Z g - Z j )

Ві(іЧ~г , ) -

'

*l)

,

\

'

Г

\

(2*64)

(z Ч~^ 1) ~ ^ 1 (^ч ~^і)

Для одной и той же трассы при неизменных параметрах антенн

мо­

жет оказаться

энергетически

более

выгодным тот

или иной

вид

поляризации.

Чтобы получить

один и тот же уровень сигналов

на

входе приемника при горизонтальных или вертикальных

поляриза­

циях антенн,

соотношения соответствующих

излученных

мощностей

должны определяться

соотношением:

(tufluöanm. поляр.)

_

біл’чх'в ,

(2.65)

f (вершин. поляр.j

9ІПгЫг

Определение угла

Ф

может быть проведено

путем

анализа

уравнений

(2.56)

и

(2.61):

rns Ф -

_

(Zg.-Z,)(zq ~ 7-г)

(2.66)

^

- Z^7

J

Определение утла

ß

между осью ориентированной

неодно-

родности и плоскостью

nz

,

содержащей падающий и отраженный в

направлении приемника лучи.

Уравнение

плоскости

Пг ,

содержа­

щей падающий и отраженный в

сторону приемника лучи, а

следова­

тельно, проходящей через точки

Г ,

R

и

Q будет

где

Аг Х + ВгИ+ Caz - J ) g —0

,

(2.67)

е~^я)~

>

В2 Hz r Z 4Y*e -* ч П г г - г я )(*і - Ц ) ,

( 2. 68)

Сг~(*1 ~ Xя)(Уе~ Уq)~(x 2 ~*ч)(Уі~ ^ ч ) ,

Направление

магнитно-ориентированных неоднородностей мож­

но

задать

единичным вектором

Т

, касательным к силовым лини­

ям

магнитного

поля

Земли в точке

отражения

Q .

Обозначим че­

рез

,

Л/

и

іг

проекции

единичного

вектора

~Г

на

соот-

ветствугощие оси

л

, у

,

z .

Таким образом,

іх

,

іа ,

Lz

пред­

ставляют

направляющие

косинусы прямой,

касательной

к

силовым

линиям магнитного поля

Земли, и могут быть выражены

через на­

клонение и склонение геомагнитного поля Земли.

Уравнение

прямой

, касательной к силовым линиям

маг­

нитного поля Земли,

записывается

в виде

= — .5* .

(2.69)

L я

‘■у

‘■г

Пользуясь

(2.67)

и

(2 .69),

легко

найти угол ß

Sin J3

Ар

8 n ^

б.

(2.70)

( а : + в \ + с і ) і

Сравнение

уровней

сигналов,

принимаемых при

рассеянии

от

магнитно-сриентированных неоднородностей

и в

случае

обычного

метеорного распространения. Тал как активная область

рассеяния

магнитно-ориентированных неоднородностей с центром

в точке

Q

находится

в стороне

от

плоскости

П0 , проходящей через

дугу

большого круга

TR

(рис.

21),

и расстояние между точкой

0

и

торы . Если при обычном метеорном распространении к

приемнику

могут поступать сигналы, отраженные от наиболее выгодно

распо­

ложенных следов

= 0

), то при отражении от

магнитно-ориенти­

рованных неоднородностей, где в большинстве случаев

ß

имеет

большое значение,

это исключается. Далее, обычное метеорное

рас­

пространение использует

трассу,

близкую к плоскости дуги

TR ,

для которой угол

of

в случае

горизонтальной

поляризации

бли­

зок к 90°, в то время как для рассматриваемого случая

а(

может

быть значительно меньше. Из-за удаления зоны активного

рассе­

яния от дуги большого круга при одной и той же базе угол

Ф ста­

новится меньше. Вдобавок к этому и расстояния

RT и

Rr

' ста­

новятся больше по сравнению со

случаем распространения в

плос-

но через Ц. и nR),

Сравним уровни принятых сигналов: рассеянного

магнитно­

ориентированной неоднородностью и обычного метеорного при

наи­

более

благоприятном расположении метеорного следа ( / =

0 )

в

двух

случаях: I) метеорный след находится в плоскости дуги

боль­

га 77?,

когда

ß - Q

• через

(м) - мощность

сигнала

от

ме­

теорного следа,

находящегося в районе точки

Q

также

при ус­

ловии

J3 —0 , а

через

% (Ч)

- соответственно рассеяние

сиг­

ранен™ .

Л ( м } =

.

J%(h) г т

(рт+ r R) Ыпг Ы (і-$іпгсР0)

j r

( м ) _ / -

COSJ3

віпесР

(2.72)

о Я

(и)

1- sin2 Ф

Ш. Случай вертикальной поляризации

(как

при метеорном

рас­

пространении, так и при

Н -рассеянии)

!?я (м)

RT Rr (Rt +- Rr) ( I - COSyS-5ina Ф І д іл 2^ ? o

- i ) <

Р ң (н )~

Пг г я ( гт+ пк) s i n 4 B( t - s i n Z(P0)

В случае

я г =•

пя = Г и

Rt = Rr =

Н‘

Ф0 и

г

находятся

по

формулам

[S I]

:

Зак.104

57

Г л а в а Ш

ИССЛЕДОВАНИЯ

Не-РЛССЕЯНИЛ НА СРЕДНИХ ШИРОТАХ

ли, не

одинаков на разных географических широтах. Это вызвано,

с одной

стороны, преобладанием

отличающихся по своей природе

ионизирующих факторов на высоких,

средних и низких широтах, а с

другой

- различной степенью селективности

Н£-сигналов раз­

на определенных широтах. Возможно,

что некоторый

отпечаток на

полученные результаты накладывает

частота использованной

вол­

ны.

Краткий обзор исследований

Н£-рассеяния радиовсян(см. гл .і)

показал, что этот вид распространения на средних

широтах менее

изучен. В настоящей главе подробно описываются результаты

не­

теорных ионизаций в

создание полеориентированшх

неоднороднос­

тей в слое

£

.ионосферы. Обнаружено, что рассеяние радиоволн

на частотах

44

и 74

ІѵіГц носит явно двойственный

характер: часть

роральными радиоотражениями. На более

высоких частотах

(300 -

500 МГц) преобладает вспышкообразное

/-/£-рассеяние,

имеющее