
книги из ГПНТБ / Левитский, Г. Е. Распространение радиоволн
.pdfС - 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 . |