Направление подготовки 11.03.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи»
2025 г.
МИНИСТЕРСТВО ЦИФРОВОГО РАЗВИТИЯ, СВЯЗИ И МАССОВЫХ КОММУНИКАЦИЙ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Ордена Трудового Красного Знамени Федеральное государственное образовательное бюджетное
учреждение высшего профессионального образования Московский технический университет связи и информатики
Кафедра «Направляющие телекоммуникационные среды»
«Направляющие телекоммуникационные среды»
Лекция № 11
Направляющие среды свободного пространства
Атмосфера
Оптическая связь в свободном пространстве
Рисунок 1 – Открытые системы связи
2
Атмосферные оптические линии связи (АОЛС)
M T U C I l i b r a r y
M T |
U C |
I |
M |
a i n |
b |
u i l |
d |
i n |
g |
|
|
2 0 0 m |
|
|
M T U C I |
|
|
|
l a b . f a c i l i t y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Терминалы АОЛС МОСТКОМ 3
ХАРАКТЕРИСТИКА СРЕДЫ РАСПРОСТРАНЕНИЯ
Однородной называется среда, показатель преломления которой «n» постоянен и не зависит от координат, т.е. n=const.
Различают абсолютный показатель преломления:
где с – скорость света в вакууме; v – скорость света в среде.
И относительный:
где v1 – скорость распространения света в первой среде; n1 - показатель преломления света в первой среде; v2 – скорость распространения света во второй среде; n2 - показатель n1 преломления света во второй среде
Абсолютный показатель преломления связан с диэлектрической ( ) и магнитной ( ) проницаемостью среды:
где индекс подчеркивает зависимость этих величин от длины волны излучения.
n |
2 |
n |
n3 |
|
|
|
|
Рисунок 2 - Оптические |
|||
неоднородности |
|
||
Неоднородная среда характеризуется непостоянством показателя преломления, т.е. |
4 |
n const. |
|
Изотропной называется среда, оптические свойства которой не зависят от направления падающего света и его поляризации. В изотропных средах:
где D - вектор электрической индукции, Е - вектор электрической напряженности, - диэлектрическая проницаемость.
Под анизотропной понимают среду, оптические свойства которой меняются в зависимости от направления распространения света и его поляризации. Оптическая анизотропия проявляется:
•в двойном лучепреломлении
•дихроизме
•вращении плоскости поляризации
•изменении эллиптичности поляризованного света
Линейной называется среда, у которой параметры не зависят от интенсивности |
|
падающего излучения. |
|
Например, D= E, где диэлектрическая проницаемость не зависит от напряженности поля |
|
Е, т.е. =const. |
|
Для нелинейной среды характерна зависимость ее свойств от интенсивности падающего |
|
излучения. |
|
Например, =f(Е), т.е. под действием падающего излучения меняется диэлектрическая |
|
проницаемость. |
5 |
Структура и газовый состав атмосферы
Давление - единственный метеоэлемент атмосферы, изменчивостью которого во времени и в пространстве можно пренебречь.
На уровне моря Ро = 1013 мб, изменение этой величины в диапазоне 980 1040 мб, что составляет всего 3 .
|
|
, |
|
|
|
|
где Т – температура; R - универсальная газовая постоянная, |
|
|
|
|||
R = 8,314 Дж/(моль∙К); g |
- ускорение силы тяжести. |
|
|
|
||
Для сухого воздуха используется индивидуальная газовая постоянная |
|
|
|
|||
Рисунок 3 – Изменение |
||||||
R’ = 2.87 102 (Дж/К∙кг) |
|
|
||||
|
|
давления с высотой в |
||||
|
|
|
|
атмосфере |
|
|
|
|
Для учета изменения температуры с высотой вводят понятие |
|
|||
|
|
вертикального температурного градиента: . |
|
|||
|
|
Нормальный градиент равен в тропосфере: 6,5 0С/км |
|
|||
|
|
На больших высотах за температуру принимается кинетическая энергия |
||||
|
|
молекул и частиц, длина свободного пробега которых составляет тысячи |
||||
|
|
метров. В этих условиях температура определяется из условия: |
||||
|
|
где m - масса частицы, v - скорость ,частицы, Т – температура, |
||||
|
|
- постоянная Больцмана |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 4 – Вертикальный профиль температуры в 6
атмосфере
Общая характеристика спектров поглощения атмосферных газов
Рисунок 5 – Среднее распределение водяного пара
Рисунок 6 – Среднее |
7 |
распределение озона |
|
|
8 |
|
Рисунок 7 - «Окна» прозрачности атмосферы |
||
|
Лучистая энергия в атмосфере
7 |
1 |
|
Атмосфера |
Облако |
|
НГ |
ВГ |
Н |
|
Н |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
|
|
||
|
|
|
5 |
6 |
|
|
Земная поверхность |
|
|
1.Нисходящее излучение всей атмосферы (—).
2.Составляющая яркостной температуры, эквивалентная дважды отраженному излучению всей атмосферы поверхностью земли и нижней границей облака (---).
3.Составляющая температуры, эквивалентная нисходящему излучению непосредственно облака, находящегося на высоте ННГ и толщиной h = НВГ – ННГ, прошедшего подоблачный слой
атмосферы (—).
4.Восходящее тепловое излучение земной поверхности (—).
5.Восходящее тепловое излучение подоблачного слоя атмосферы, отраженное облаком вниз к наблюдателю (---).
6.Нисходящее излучение подоблачного слоя (—).
7.Излучение атмосферы, падающее на верхнюю границу облака, а также отраженное от нее излучение (---).
ННГ – высота нижней границы облачности НВГ – высота верхней границы облачности
Поток энергии Ф, излучаемой Солнцем во всех длинах волн в окружающее пространство, составляет 3,9∙ 1026 Вт. Воспользуемся формулой, связывающей полную энергию тела Ф с его массой m:
где с — скорость света в пустоте, равная 3∙108 м/с.
Отсюда: m = Ф/с2 = 3,9∙1026/(3 ∙ 108)2 = 4,3∙109 кг = 4,3∙106 т.
Таким образом, Солнце "худеет" каждую секунду на 4,3 млн. т!
Фоновые помехи от посторонних источников
Таблица 1 - Яркости фона для помех различной природы
|
Максимальная яркость фона |
|
Природа фоновых помех |
Вт/см2·ср·мкм |
|
|
λ = 1 мкм |
λ = 10 мкм |
|
|
|
Отражение солнечного излучения водной поверх |
10-1 |
10-5 |
ностью |
||
Рассеяние солнечного излучения атмосферой (яр |
10-2 |
10-7 |
кость безоблачного неба) |
||
|
|
|
Рассеяние солнечного излучения облаками (яр |
10-3 |
10-7 |
кость облачного неба) |
||
|
|
|
Тепловое излучение атмосферы |
10-7 |
10-3 |
Свечение атмосферы |
10-10 |
10-6 |
10