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

§

I ,

Эксперименты по исследованию рассеяния

вперед

в импульсном режиме

[58

Б первых сериях экспериментов по наклонному

зондированию

-бо]

был использован импульсный передатчик

большой

мощно­

сти

о

остронаправленной

передающей антенной, работающий в

ди­

апазоне

300 МЕц.

Эксперименты проводились на юго-западе США.Ус­

тановлено, что сигналы,

отличающиеся по определенным

свойст­

вам от ранее известных,

поступали

с

высоты слоя

£

ионосферы.

Их назвали сигналами типа'

НЕ

из-за

кажущейся

связи

с

маг­

нитным полем Земли на высоте

£-слоя.

X.

Организация эксперимента.

Импульсный передатчик боль­

шой мощности находился на юге

Техаса.

Выли

использованы

два

передающих остронаправленных

радиолуча

(I

и 2

на рис.22),

ди­

аграммы

которых

в вертикальной

плоскости

имели

около 2,5°

и

были смещены по азимуту

на 5°.

Ширина луча в горизонтальном на­

правлении между точками

половинной

мощности равнялась 2 ,8 °.

Из­

лучения передатчика канализировались попеременно в

направлении

каждого луча в течение одной

минуты. Активные точки

переизлуче-

'іпя

(обозначенные

I и 2)

показывают

область, где

эти

два луча

достигjot ІОО-километровой высоты.

Приемная аппаратура состояла из двух передвижных независи­

мых установок, способных принимать и записывать

маломощные сиг­

налы. Ширина луча

приемной

антенны по половинной

мощности -

12°, Во всех точках приема ось главного лепестка

была

направ­

лена на середину между "активными точками" I и 2,

при этом

глав­

ный лепесток приемной антенны

охватывал

обе

области

переизлу-

лило обнаружить, что

сигнал

НЕ~ рассеяния, описанный

ниже,

всегда поступал из области,

близкой

к активным точкам,

и никог­

да - по дуге большого

круга

от передатчика к приемнику.

В первых опытах

(июль 1358 г .)

сигналы регистрировались од­

новременно в Таксоне

(штат нризока)

и Боппиго (штат Калифорния).

экспоненциальным убыванием амплитуды,

огибающие сигналов доста­

точно гладкие. На рис.

23,6

показаны

НЕ~ рассеянные

и метеор­

ные сигналы,

кроме

того, из рисунка видно, что

/-/- рассеян­

ный сигнал

отличается

гораздо большей

продолжительностью и зна­

чительной степенью "шероховатости".

Часть импульсов

из

се­

рии переданных

излучателем

-UU-

иногда

отсутствует

в

записи

принятых сигналов,

что

сви­

детельствует о наличии

очень

I«.'

Л—1

ГІ , I nil

“

быстрых замираний.

Б

анали­

зируемом эксперименте

запи­

сывающим прибор не

мог

дать

верную картину

замираний при­

ІШ Ы

нятого

сигнала

вследстпие

большой

постоянной

времени.

в

Вспышкообразное

поведение

-рассеяния(рис. 23,в) во

h M

r i r

t м 4 в

время самых активных

перио­

дов

продолжалось в

течение

Р и с. 23

[SbJ

нескольких минут,

другой тип

сигнала, также

преобладаю­

сигнал также характеризуется "шероховатостью",

но постоянен

по

средней амплитуде. Непрерывные сигналы такого

типа

наблюдались

иногда до'получаса.

Сигналы

Н£-рассеяния (рис. 23) характеризуются потерями

передачи приблизительно в 105 дБ относительно

свободного

про­

странства;

Ото значительно больше потерь на любительском диапа­

зоне ( j

= 220

МГц),

работающем в северной зоне при

наличии

полярных сияний

[92]

(в

этом случае потери

оцениваются

' в

40 дБ).

б)

Рабочий

цикл

(промежуток времени,

в течение

кото

ема метеорных сигналов.

Поэтому луч 2 дает

оптимальный

прием

НЕ-рассеяния в Борриго

и оптимальный прием

метеорных

вспышек

в Кальенте. Рабочие циклы в этих двух пунктах

сравнены на

рис. 24. Потенциальная выгодность использования

/-/-рассеяния

сигнала по сравнению с

обычным метеорным рассеянием очевидна.

Поскольку в Кальенте не был получен ни один сигнал

типа

НЕ- рассеяния, рабочий цикл

основан полностью

на метеорных

вспышках. Незначительное число .ихразличимое

среди

сигналов

НЕ-рассеяния в Борриго, было исключено, поэтому кривая,харак­

теризующая Борриго, относится только к

Н£-рассеянию.

в)

Чувствительность к положению.

В первом цикле

опытов осу­

ществлялся одновременный прием в Борриго на

зеркальном

контуре

2 и в Таксоне на зеркальном контуре I .

Передатчик .переключался

периодически к лучам I и 2,

излучая радиоволну по одной минуте

в каждом направлении. Луч I

был активным в нечетные минуты, луч

2 - в четные. Переключение

одного направления на другое

про­

исходило в течение долей секунды, при этом уровень сигнала

на

приемных пунктах

изменялся почти на 15

дБ:

когда излучение

на­

правлено

по лучу

I , уровень

сигнала в

Таксоне

увеличивается, а

в Борриго падает: через минуту, когда излучение направлено

по

лучу 2,

уровень

сигнала в Таксоне уменьшается,

а в Борриго уве­

I

I I Г

I

I I

I I

I

Y \

I

I

f

I

I

I

I

I

I

I

I

I

r

I

I

I

I

I

I

02/5

0220

0225

0230

Таксон

P и c . 25 [58]

приемного пункта от зеркального контура -

грубый

критерий

того,

каким образом рассеянная энергия увеличивается по мере

прибли­

жения к зеркально^ контуру.

Особенности чувствительности к пространственному распреде­

лении активной зоны рассеяния на протяжении

суточного цикла мож­

но выяснить,

проследив

за

изменением уровня

сигнала в момент пе-

реключенвя угла.

Из 187

переходов

от луча

I

к лучу

2

и обратно

на протяжении 6

часов [5 8 ]

только два

случая

составляют исклю­

чение из общей закономерности. При

переходе

излучения

от

нап­

равления I к направлению 2

уровень

сигнала

в данной

точке

при­

ема на зеркальном

контуре

I хотя и уменьшается,

но

все же

об­

наруживается.

Подтверждается

предположение,

что

ионизация,

яв­

ляющаяся причиной

большинства рассеянных

сигналов, чувствитель­

ных к положению, распределена по району,

охватывающему

сравни­

тельно большую зону вокруг активных точек луча I

и 2

площадью

около 10^ кв.км.

По мнению исследователей,

если

бы рассеивающие

заряды

были

ограничены только

одной

колонной,как

это

может быть в

случае

с

чению лучей,

привело

бы ко

многим противоречиям.

Этот

вывод

следует

также из факта, что

эхо-сигналы,

очень чувствительные

к положению рассеивающей области, имеют быстрые замирания.

Зер­

кально ориентированная колонна, образованная

одной

метеорной час­

тицей,

показала бы

гладкую огибающую сигнала прежде, чем нача­

лись бы замирания,

благодаря

турбулентному движению или наступ­

лению ветрового среза.

Это неверно в случае

незеркального

от­

ражения.

Постоянные наблюдения в Таксоне показали, что можно

было

поворачивать приемную антенну

на 30° без

заметного

снижения

уровня сигнала.

Характерной

особенностью

Ң - рассе

г)

Частота вспышек.

ния является

многообразие форм сигнала (рис.

23),

однако

его

чительно увеличено

количество

экспериментов. В [5 9 , 60 ]

при­

водятся некоторые

результаты

второго цикла экспериментов

с до­

полнительными подробностями,

касающимися их постановки.

периментов,

во второй

увеличено

количество

приемных

пунктов

(на той же

трассе, р и с .'22).

Использовались

те же импульсныйп&-

педатчик и передающая антенна с

шириной диаграммы

направленно­

сти главного лепестка 2,5°

по

азимуту и 1,8° по

вертикали (по

половинной мощности). Ось главного лепестка была поднята

над

горизонтом на 2 ,5 °,

достигнув высоты активной зоны в

100 км

состоящая из 64 десятиэлементных директорных антенн, в

данных

экспериментах использовалась как стандарт не вся, а

только чет­

вертая

часть ( 4 x 4 )

с шириной лепестка 12°,

что давало

усиле­

ние в 21,5 дБ по отношению к изотропной антенне.

Для

изучения зависимости

А/£-рассеяния от различных

по­

ложений приемного пункта и угла рассеяния вперед были взяты три

приемных участка поперек зеркальных контуров (рис.22):

на

мак-

сималыіом расстоянии от "активной зоны" - Койот-Уэлс,

Борриго,

Джошуа-Три; на середине пути -

Ногалес, Таксон, Оракл-Джаншен;

в сторону

обратного

рассеяния -

Пресидио и

Валентайн.

Во время

испытаний

на втором и третьем участках продолжала

действсвать

установка

в Борриго для

сравнения полученных результатов.

Ста­

ционарная трасса Техас (место нахождения передатчика) -

Борриго

действовала один раз в две недели в течение года для

получения

сезонных результатов и наблюдения за влиянием метеорных

ливней

на процесс

/7£-рассеяния.

б)

Организация эксперимента на частоте 106 МГц.

Для полу­

чения

сведений

о зависимости

Н£-рассеяния от частоты

были ис­

пользованы

в качестве

передатчика

радиолокационная установка

Стенфордского научно-исследовательского института (на

частоте

106 МГц) и две

приемные передвижные

станции. На рис.

27

приведе­

на геометрия использованной трассы. Один приемник

был установ­

лен в районе Игл (штат Колорадо) на дуге большого круга,

дру­

гой -

около Холбрука

(штат Аризона)

на зеркальном

относительно

магнитного

поля контуре, проходившем через Холбрук и

Стенфорд;

60-футовая

отражательная антенна была передающей, а

портатив­

ная 28-футовая

- приемной.

Hi -рассеяния и активность метеоров

показаны на рис. 29,

где

усреднение проведено по данным одного года в одни и те же часы.

Суточная и сезонная корреляция

- НЕ-рассеяния со споради­

ческими метеорами

подтверждает, что метеоры являются

фактора­

ми, обусловливающими короткие сигналы

Ht -рассеяния,

хотя для

авторов [58 - 60 ]

остается неясным,

почеи^у

продолжительность

/-^-рассеяния часто значительно больше

метеорных вспышек и в

чем причина сильного замирания этих сигналов.

г)

Прием по линии,перпендикулярной

зеркальному контуру.Дл

выяснения степени убывания уровня сигналов

/^-рассеяния

при

удалении

от зеркального контура в перпендикулярном направлении

приемные пункты Койот-Уалс, Борриго

и Дкошуа-Три работали одно­

временно в течение 24 ч (7 января I960 г . ) .

Средний рабочий цикл

вспышек

/-/^-рассеяния был определен

в каждом пункте для

более

активного периода от 2.00 до 8.00 ч.

Передатчик, как и раньше,

работал

на излучение периодически,

по

одной

минуте в направле-

ниях I и 2. Из анализа

результатов измерения рабочих

циклов

(рис. 30) следует, что

удаление на расстояние порядка 40

миль

уменьшает рабочий цикл

Нг-рассеяния на 50

$, а на

расстоянии

100 миль от зеркального

контура цикл падает

почти до уровня нор­

мальной активности метеоров, как

это можно наблюдать около боль­

шого круга.

Для более наглядного представления диаграммы направленно­

сти переизлучения при

Н£-рассеяшш (индикатрисы

рассеяния),

угловая протяженность рассеянной энергии показана на

рис.

30

а

градусах. Протяженность

п о л о е и я ы

рабочего цикла -

4°,

а 10°

-