книги из ГПНТБ / Левитский, Г. Е. Распространение радиоволн
.pdfе гм |
. |
(ізз) ' |
|
|
Заиетим.что как следует из СІ32) и CEO)
Таким образом,эффективная площадь рассеяния гидроыетео-
ра находится в прямой зависимости от его |
интенсивности ( Ж ) , |
||
диаметра частиц.ширины главного лепестка |
ДНД С Об > Ѳ г___ ), |
||
длительность импульса £~ |
и расстояния |
£ |
от РЛС ро |
центра рассеяния 1.1и в обратной зависимости от |
длины волны А . |
||
Обратим внимание на |
сильную зависимость |
от диаметра |
|
частиц гидрометеора и длины волны. Этим определяется тот наблюдаемый на практике факт,что на работу РЛС оказывают заметное влияние лишь волны,рассеятше на каплях доидя (размеры частиц
велини),когда рабочая длина волны станции |
. |
|
На основании экспериментов была установлена связь между |
||
окоростью р |
выпадения дойдя,числом капель А / |
в еди |
нице объема и законом распределения вероятностей радиусов ка пель. Испальзуя эти данные с помощью формул (132),(ІЗІ) и (120) было рассчитано среднее значение эффективной площади рассеяния А кубического метра дойдя при различных его интенсивностях р ,
длинах волн ß и температуре ІЗ°С.Результаты этих расчетов представлены в виде графиков на рис.А'З.На них А измеряется в
, р - ‘ ш , * - ‘ см
100
s
|
По данным графиков'рис.48 и формуле (133) можно подсчи |
тать |
эффективную площадь рассения гидрометеора. |
' |
В заключение приведем схему расчета плотности пртока |
мощности Ур (Aj у РЛС волны, рассеянной гидрііметеором, когда |
|
его |
центр рассеяния И отстоит от РЛС на расстоянии 2: (рис.47). |
|
I).Определяется плотность потока мощности падающей |
волны в точке М:
191
где |
vP |
- |
мощность,излученная антенной РЛС; |
|
(0 |
- |
коэффициент направленного действия антенна РЛС; |
jlf j |
- |
модуль множителя ослабления волны на пути AM. |
|
_ |
' |
|
<ГГ) |
2) |
|
|
. Определяется эквивалентная мощность излучения |
рассеивающего объема гидрометеора:
%= У я (М )-&и , . -
3). Определяетея искомая плотность потока мощности сеянной волны у РЛС - точка А.
Если в" последнее равенство п о д ст эеи т ь |
значение %э из пре- |
||
дыдущего и учесть (134),то получим: |
V |
||
УР(А) |
Я&<?гм |
(135) |
|
(4г)гг9 |
|||
|
|||
При этом (>гм рассчитывается по формуле (133).
Заметим,что по формуле (135) можно вычислять и плотность
потока мощности волнырассеянной целью,если вместо |
бгм |
||
подставить значения |
& |
- эффективной площади рассеяния |
|
цели. |
|
|
|
___5 9. Сверхдальнее распространение УКВ |
|
||
I С сороковых годов нашего столетия начались интенсивные на |
|||
блюдения за уровнями сигналов |
в диапазоне УКВ. Уже к |
началу |
|
50-х годов было накоплено достаточно много данных об уровнях сигналов, которые частично приведены на рис.49, где изображена зависимость средних значений множителя ослабления УКВ от рас
152
стояния менду источником радиоволн и точкой наблюдения.
*
Кружками отображены результаты наблюдений в диапазоне децимет ровых волн,а крестиками - в диапазоне - сантиметровых.
Кроме того на этом не рисунке приведена кривая,выражаю
щая зависимость множителя ослабления от расстояния,построенная на основе расчетов по дифракционным формулам с учетом нормаль
ной рефракции ( CL эд> = 8500 кы).
13 Заіс. 6р |
193 |
|
Из рис.49 видно.что фактически наблюдаемые уровни сигна
ла (значения множителя ослабления) на УКВ в области глубокой тени на десятки децибелл превышают таковые,предсказываемые дифракционной теорией.
Благодаря столь относительно высоким наблюдаемым уров ням сигналов УКВ в области глубокой тени стала возможной ре
гулярная передача сигналов в этом диапазоне на расстояния в
сотни, километров (до 1200 км),а само явление получило наиме
нование сверхдальнего распространения ультрокоротких волн.
В настоящее время достоверно установлено,что причиной
столь "высоких" уровней сигнала в диапазоне УКВ на расввояниях,
\
много превышающих дальность прямой видимости (глубоко в облас ти тени), является рассеяние радиоволн на неоднороднбстях пока зателя преломления атмосферы,которые наблюдаются как в тропо сфере, так и в ионосфере.
Неоднородности показателя преломления ионосферы обуслав ливают значительные уровни сигналов лишь в длинноволновой час
ти УКВ диапазона ( на длинных волнах более 5 -і 10 м),которые не представляют для нас особого интереса.Поэтому в дальнейшем ограничимся изучением влияния иеедаередаееі■е'й т.'отдлялгдл wj/e- ломления тропосферы на распространения УКВ в ней.
1 |
1. Тонкая структура тропосферы |
|
||
Распределение показателя преломления fl |
в тропосфере |
|||
принято характеризовать |
величиной М .которая получила наиме- |
|||
|
I |
|
\ |
|
нование приведенного |
показателя преломления;она связана с п |
|||
соотношением: |
|
|
|
|
|
М = ( |
п |
- І ) ю 6. |
|
194
Величину . м |
■ удобно использовать потому,что для тропо |
||||
сферы она чаще всего имеет |
значения порядка единиц или де |
||||
сятков. |
|
|
|
|
|
Выше было показано,что |
Л |
; |
а ,следовательно,и |
||
У зависят от температуры |
|
Т |
.атмосферного давленияр |
||
и влажности воздуха ^ |
.Последние |
вследствие турбулентно |
|||
го движения воздуха непрерывно изменяются в пространстве и времени,вместе с ними непрерывно изменяются и значения приве денного показателя преломления М .
Таким образом, Ж тропосферы непрерывно флюктуирует
и является случайной функцией положения точки наблюдения м<
а времени é
//=м(м‘,ij.
В пятидесятые годы у нас и за рубежом были проведены большие
работы по измерению У ,в результате которых удалось оце
нить её статистические характеристики: средние значения,сред ние квадратические значения,функции автокорреляции и распре деления.
Анализ статистических характеристик У „полученных ®
результате измерений,повволил представить следующую картину тонкой структуры тропосферы.
Показатель преломления постоянно флюктуирует,постоянно
наблюдаются местные (локальные) неоднородности показателя преломления,которые можно себе представить в виде "огустков" и "разряжений",размеры которых по всем направлениям одного порядка,а также в виде -слоев с горизонтальными размерами,наг много превосходящими вертикальные.
13*. |
196 |
|
Интенсивность |
этих неоднородностей |
характеризуется |
|
среднеквадратичный значением |
т/дУ* |
.Усредненные зна |
|
чения ^ д У * по результатам многих измерений оказались |
|||
близкими к единице.а |
максимальные могут достигать нескольких |
||
единиц. ] / / уР |
изменяется с высотой точки наблюдения М ', |
||
однако в важном для сверхдальнего'распространения УКВ интерва
ле высот от 200-м и более,это изменение очень медленное. Размеры неоднородностей определяются расстоянием между
двумя точками,при котором функция автокорреляции величины У
в 6 раз меньие её максимального значения.Иными словами го воря,размеры неоднородностей определяются так, чтобы в раз
личных точках их значения У были достаточно сильно связа
ны между собой.
Экспериментально установлено,что в тропосфере наблюда
ются мелкомасштабные неоднородности,пересекаемые горизонталь ными слоями.Размеры мелкомасштабных неоднородностей лежат е пределах от десятков до сотен метров,горизонтальные размеры слоев значительно больше указанных.
2. Основы теории рассеяния радиоволн в
атмосфере.
Задача теории рассеяния радиоволн в атмосфере монет
быть сформулирована так.В атмосфере с малыми неоднородностями показателя преломления над сферической землей имеется монохро матический источник УКВ.Известны: электрические параметры
Земли,источника УКВ,а также случайная функция У(М') .описы
вающая неоднородности атмосферы.Требуется определить комплекс
ные амплитуды напряженностей поля Ер } Нр .плотности
196
потока мощности Ур (М) |
рассеянной волны в точке |
наблюдения М,лежащей в области тени.-
#Приблиненное решение этой задачи основывается на малос
ти неоднородностей АП показателя преломления атмосферы.
Иѵонно представитъ суммой
П-П +Д/1.
П- - среднее значение |
П |
, |
АП . |
- уклонения |
|||
от среднего |
значения |
П |
.Как следует из результатов изме |
||||
рений, описанных выше; |
|
.ч |
|
|
|
||
|
|
А П « п л |
4 . |
|
(ІЗб) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Заметим, что |
|
АП |
|
|
|
|
AS |
|
связано простым соотношением с g |
||||||
Действительно |
п = |
|
|
|
£.+й |
|
|
|
|
|
|
п + й п = і - |
, откуда следует: |
||
£ |
4 |
а £ |
|
|
|
|
|
|
|
|
~Со —2 АП « |
1 . |
(137) |
||
Здесь |
- |
диэлектрическая проницаемость свободного |
|||||
пространства.
Неравенство (137) позволяет решать сформулированную зада
чу по методу -малого параметра. |
' |
! |
|
Введем следующие обозначения. |
|
ЕП)ЙП - вектора комплексные амплитуды напряженностей
поля прямой волны,под которой будем понимать волну в электри
чески однородной атмосфере с параметрами |
; - |
|
Е} И |
- вектора комплексные амплитуды напряженностей • |
|
поля в неоднородной атмосфере. |
|
|
1 9 7
|
Е и И |
можно п редстави ть суммами: |
|
|
|
|
(1 38 ) |
||
|
Е - = Е п + Е р , |
|||
|
Н = Н П+НР> |
|||
где Ер, Ир |
- комплексные амплитуды_напряяенностей поля, |
|||
рассеянных на неоднородностях волн { Е р и Ир) |
обуолов- |
|||
леных неоднородностью |
П . |
|
||
В силу неравенства (137) можно ожидать,что везде за |
||||
исключениемобласти глубокой тени имеет место неравенство |
||||
|
/ Е р / « / £ „ / , ( |
|
||
|
jH fj « |
I H flJ |
(139) |
|
ЕfИ - решение краевой задачи для' дифференциальных уравнений поля и некоторых граничных условий на поверхности земли,в уточнении которых нет необходимости:
Следовательно Е и И должны в атмосфере удовлетво рять системе уравнений:
zeéH=ico£Ë+jc„
г Н Е - - i ( o p N f |
Оао) |
а Е„ . Н п - системе уравнений:
198 |
t |
t |
Подставим в (140) |
значения |
£ и / / Из (ізя) и |
.тогда получим,пренебрегая величиной,содержащей |
||
произведение малых Л<£ иЕр |
: |
|
гоіН п+Ы Н р = і coiE n+ іы ё £ р +>-<о&£ЕЛ +</ а* , |
||
Zo^E/f |
ZoéEp— -iu/juE/t ~&üjjuHp. |
|
Учитывая (І4 І),придем к уравнениям для Ер и Ир
г о іЁ р = |
-ш ^ іЯ р |
, |
Снг') |
Здесь использовано |
обозначение: |
|
|
|
|
|
(143) |
известная векторная функция, J ^ p |
- |
монет рассматриваться |
|
как плотность сторонних токов,возбуждающих рассеянное поле.
Таким образом,расчет напряженностей поля рассеяннойі
волны Ер и Нр |
сведен к расчету напряженности поля, |
||
возбуждаемого токами j cmp |
в электрически однородной |
||
атмосфере с параметрами |
|
yE zH 0 |
,т.е. к решение |
известной задачи о дифракции радиоволн вокруг сферической жемли в электрически однородной атмосфере,рассмотренной в
§ 10, глава I. |
|
. |
_ |
В ( Т.гл.У, |
§4) было показано,что элемент |
объема </іГ |
|
с током плотностью |
j cm |
может рассматриваться |
|
как элементарный вибратор,для которого
где У - комплексная амплитуда тока в элементарном вибра
торе,
tos
/