Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Левитский, Г. Е. Распространение радиоволн

.pdf
Скачиваний:
35
Добавлен:
20.10.2023
Размер:
8.23 Mб
Скачать
М'\ ,

С - его длина.

 

 

 

Каждый элемент

dtf

с током Jcm/>

является

источником рассеянной на неоднородностях тропосферы волны.

Комплексные амплитуды напряженностей поля элемента

d t f

над

сферической землей

в однородной тропосфере согласно

(87)

бу­

дут равны:

 

 

 

dUf = гГ(М" М). ddoj

(144)

 

 

где

- множители ослабления волны,

распространяющейся над сферической землей в электрически одно­ родной атмосфере (свободном пространстве),когда источник (элементарный вибратор)находится в точках М* или а поле наблюдается в точке !і.

d ig и

dHo -

комплексные амплитуды

напряженностей поля

элемента

d tf

с токбм jcmp

в

СЕ00°ДН0и пространстве.

Их значения,согласно сделанному выше замечанию,могут рассижи­ ваться по формулам ( 5,28 Л) гл. У,§4),выведенным для элементар­ ного вибратора,если в них положитъ

d£0=i MzAae. dL..sH>pe?dd, ]

rt/ft

 

 

 

 

s * n fffr )tg ° }d z' 4 (M5)

где

Я

-

длина волны;

__

 

 

г

-

угол между направлением тока Jc/np

Б те"

кущей точке U

и

прямой М*М

( М- точка наблюдения

рассеянной волны);

 

 

 

2 °

-

единичный вектор вдоль'прямой М 'М -

 

200

единичный вектор,перпендикулярный к

г °

и

лежащий в плоскости, проходящей через

 

(рис.50);

М ' - текущая точка;

с/гГ - элемент объема в окрестности М ' .

і -

Теперь определим комплексную амплитуду напряженности

электрического поля прямой волны,выразив её через параметры источника А и множитель ослабления.

Это можно сделать с помощью формул ( і і ) и (57).

СИ®

'201

где

 

 

 

ыощность>излученная антенной источника А,

 

 

2) _ кнд этой антенны,

 

 

 

 

 

 

A M

 

 

 

 

?Г(А>МІ- множитель ослабления прямой волны над

сферической землей в свободном пространстве на пути

A N ' .

 

 

т

-

значение хн

антенны А в направле­

нии на точку М ‘ .

 

 

 

 

Интересующая нас напряженность поля рассеянной волны в

точке

Мочевидно равна сумме напряженностей волн,рассеянных

всеми

элементами

с/гГ неоднородной атмосферы:

 

 

 

h ( M l = ß £ P{M ),

 

 

 

 

 

 

л

 

 

 

 

E p lM ß f .M p /м ) ,

 

 

 

 

 

 

if*

 

 

где

й

-

объем,занимаемый неоднородностями атмосферы.

 

Подставляя в эти соотношения

/А р и / j /р

из (144)

с учетом

(І45); (І46)

и (143),получим:

 

 

(147)

І

Здесь величины .снабженные одним и двумя штрихами,отно­ сятся к разным текущим точкам: М '. и М-* соответственно (рис.51 . стр.208)

Заметим,что Ер(М) и ^,/^являвтся случайным» функция­ ми положения точки наблюдения,так как Л sfM'J и AE{M*J —

случайные функции положения точек М ' и М'1 соответственно. Обычно пользуются выражениями для плотности потока

мощности рассеянной волны

Ур

,которая,как известно

(Г,гл .І,§І0),с Ер я Нр

связана

соотношением:

УРІм)=і&ІЕр[м)хЩімі] (М )

%'pfi’i/м - так же случайная величина, она описывается

численными характеристиками: средним значением (математичес­

ким ожиданием),дисперсией и т.д.

. .

 

Наибольший интерес представляет

У р М

-среднее

значение У р М

.Определим его,для чего подставим в (І43)

Е р М ъ й р М

из (147) и запишем выражение для натематичес

кого ожидания полученной случайной величины.

Черта над произведением Л s(M 'JЛ E-fM") означает усредне­ ние по всем возможный значениям произведения:

 

Е-С

Следовательно г

- корреляционная функция

флюктуаций Ф

І .

203

Соотношение (149) чрезвычайно олояно,возможно его _____

существенное упрощение без заметных ошибок в определенииУ{М/.

 

Вначале упростим внутренний интеграл в (149),обозначив

его

через

и заметим,что он является функцией по­

ложения точки м * . Подинтегральная функция

tyM " / содержит

множитель R fff.M l .который является

функцией расстояния

между /И ' и

М " , имепщий максимум при

.и быст­

ро убываодий с ростом

М'М*. Поэтому главная часть интегра­

ла

7(М*/

соответствует окрестности точки

И , и медленно-

меняющиеся множители в у /м " ! можно приближенно считать

постоянными (конечно,

в интеграле

/ ) уравными:

 

 

> { , = 4 г ’

е і е '>

 

 

 

 

 

(150)

ё % ф " х ё " ]* ё '(? ’1 < ё°]= г ° ; :

Ѵ[А,м1=іГ(А,м1, Ф,м'Мф,м% ffif'MffMf.

Учитывая эти равенства?из (149). получим:

* Ir

т гң _ W A. M W MX I M J (151)

с/г/,"

где использовано обозначение:

В теорииДа звитой Букером и Гордоном,принято:

_2Q4

где

<if

- масштаб

( в некотором смысле размер ) неод­

нородностей;

 

 

 

 

г =

М 'М

Заметим,что приближения -(150) справедливы в том.случае,когда

о£—размер неоднородностей достаточно мал в сравнении с /> и £ ( Приближенные вычисления \І# [M"J для данного вида функ­

ции корреляции И(М',МІ приводят к соотношении:

(152)

где 0

-острый

угол между прямымц AM* и ММ* его

называют углом рассеяния,

 

В настоящее время имеется несколько теорий рассеяния.

Отличаются

они,по

существу, видом принятой функции корреляции

неоднородностей диэлектрической

проницаемости.

 

 

■*

 

Соотношения

(I5I) и (152)

дают приближенное решение

сформулированной выше основной задачи теории рассеяния радио­ волн в тропосфере.

Если интеграл в формуле (І5і) приближенно представить

суммой,то станет очевидной возможность следующей её интерпре­

тации. Плотность потока

мощности волны,рассеянной всеми

неодно­

родностями, равна

сумме

плотности

потоков мощности,рассеянных

каждым элементом

объема

Л i f

атмосферы,содержащим неодно­

родности.При этом

плотность потока мощности Д 9р{М)

волны,

рассеянной неоднородностями,находящимися в А if*

.опреде­

лится соотношением,вытекающим из

(I5I):

 

20 ь

.и/ыі-яг£ѵУ/і,мШм,мі/Шзі*у,

 

* Щ И І--------ж

> /

 

 

 

 

,(1 5 3 )

 

, . г ------------------- .<

 

 

.

^ (М " /лгГ “ г ‘ '

 

 

 

 

 

где

А

Zf"

- элемент объема тропосферы в окрестности точки

М" \

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Напомним смысл величии,входящих в формулы

(І5І),(І52)

и (153):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ур

и

лУр{М)

- среднее

значение

плотности потока мощ­

ности

(вектора

Умова - Пойнтинга)

в точке наблюдения И рас­

сеянной волны на всех неоднородностях показателя преломления

ft

и на неоднородностях в "Элементе объема А^^соответствен­

но

(рис.5Е);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мп -

точка,принадлежащая элементу

A Z f

;

 

А

-

длина

Еолны,

 

;

 

 

 

l/(AtM

 

j

значения мноаителей ослабления прямых воли на путях

АМ\ЦМ№соответственно;

 

 

 

 

 

 

 

 

-

значение нормированной

ХН

антенны в точке А ,

взятое для направления на точку М"

г

 

 

 

'f"

 

-

угол между направлением вектора

прямой волны

в точке

М>1

 

и

направлением М'М;

 

 

 

 

Ѳ -

острый угол между линиями горизонтов АА, и MM,j

 

 

$

-

масштаб

(размер)

неоднородностей;

 

 

____

 

'

р%АҢ% г = М-М"і

 

 

 

I~ёТ/~ среднеквадратичное значение уклонений диэлектри­ ческой проницаемости атмосферы от среднего значения.

Анализ формулы (153) позволяет вскрыть ряд важных захо-

номерностей.присущих механизму рассеяния радиоволн неоднород­

ностями тропосферы.

3. Основные закономерности рассеяния УКВ неоднородностями тропосферы

Резюмируя изложенное,тропосферу можно представить в

виде совокупности непрерывно движущихся " тел " с размыты­ ми границами,форма и электрические параметры которых непре­

рывно изменяются.Они отличаются друг от друга значениями по­ казателя преломления (диэлектрической проницаемости),которые являются случайной функцией положения точки наблюдения и вре­ мени.Важно подчеркнуть,что различия показателя преломления в различных неоднородностях ("телах") ничтожно малые (в &*7

знаке).Поэтому,неоднородности являются практически прозрачны­ ми для радиоволн телами,а интенсивность рассеянных на них волн на много порядков меньше интенсивности прямой волны,иду­ щей от источника* если сравнивать интенсивности этих волн ' вблизи неоднородности.

Значение плотности потока мощности рассеянной волны в

точке наблюдения М .лежащей глубоко в области тени земли относительно источника А,может рассматриваться как сумма плотностей потоков мощности,рассеянных неоднородностями:,нахо­ дящимися в элементах объемов тропосферы.

Каждое слагаемое этой суммы определяется соотношением

(153).Анализ его позволяет сформулировать основные закономер­ ности рассеяния радиоволн неоднородностями тропосферы,которые

сводятся к следующему: . ____

I.Интенсивность рассеянной волны ~-Ур(М) находится в пряной

зависимости от интенсивности неоднородности,которая характери­ зуется среднеквадратичным значением уклонений диэлектрической проницаемости от среднего значения

зависит от отношения размера (масштаба) неоднородностей к

длине волны -

~с?

 

 

 

Последняя зависимость сложная.Если масштаб неоднород­

ностей

 

достаточно велик

,то

интенсивность рассеянной волны обратно пропорциональна QC

 

в противном случае она находится в прямой зависимости

от

«А?

,что

вытекает

из формулы

(152).

 

Когда масштаб èâ

таков,что

имеет место равенство

рассеяние наибольшее.

 

 

 

2 .

Интенсивность рассеянной еолны, вообще говоря, зависит от

длины волны Я

.Однако можно ожидать,что

она относитель

но слабая, так как при

JiJL ,fin Q ^ /

эта

зависимость

вообще отсутствует ( см.Я(152) и (153).).

 

 

3.

При рассеянии радиоволн наблюдается область

существенная

для рассеяния;под которой понимается часть тропосферы^неоднородности которой создают главную часть плотности потока мощ­ ности рассеянной волны в точке наблюдения.

Убедимся в существований такой области,а также укажем

её положение.

Пусть над землей имеется антенна А и точка наблюдения рассеянного поля Ü. Проведем из этих точек линии горизонтов

АА,

и ММ,

(рис.52). Течку их пересечения обозначим

буквой

О •

Построим в окрестности текущей точки м * .

элемент

А i f

 

208

 

 

 

м

Из (152) н ( 153) следует, что интенсивность рассеянной

волны в точке А1 -$ Р (М І

находится в пряной зависимости

от величины иножителей ослабления волны; пряной на пути

отраженной на пути

М М " - ф ,м у ,а также

от угла рассеяния

Ѳ

,так как от этой величина зависит

Ур(М"). Причем! с ростом

О

в Ц>№ ) убывают доста­

точно быстро»когда

 

 

 

14 Зак'і 6р.

 

 

209 .

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ