12. Тропосфера та її вплив на поширення радіохвиль

12.1. Властивості тропосфери

12.1.1. Склад та основні параметри тропосфери

12.1.2. Діелектрична проникність та індекс заломлення

12.2. Вплив тропосфери на поширення наземних радіохвиль

12.2.1. Явище тропосферної рефракції

12.2.2. Вплив тропосферної рефракції на поширення наземних радіохвиль

12.2.3. Види тропосферної рефракції

12.2.4. Вплив флуктуаційних процесів у тропосфері на поширення наземних радіохвиль

12.3. Поширення тропосферних радіохвиль

12.3.1. Вплив явища надрефракції на дальнє тропосферне поширення

12.3.2. Ефект розсіювання у тропосфері

12.3.3. Багатопроменевість та завмирання радіохвиль

12.3.4. Поглинання радіохвиль у тропосфері

12.4. Спрощений інженерний метод розрахунку тропосферної радіолінії

12.5. Висновки

12.6. Контрольні питання та завдання

Під час опрацювання цього розділу та після завершення, ви маєте:

знати:

– розташування та склад тропосфери;

– основні параметри тропосфери;

– особливості діелектричної проникності тропосфери;

– сутність коефіцієнта заломлення та індексу заломлення;

– сутність явища тропосферної рефракції та поняття радіуса кривизни траєкторії поширення радіохвиль;

– види рефракції залежно від характеру змінення коефіцієнта заломлення;

– обґрунтування введення еквівалентного радіуса Землі;

– вплив тропосфери на поширення наземних хвиль;

– особливості поширення тропосферних хвиль;

– причини виникнення завмирань;

– сутність впливу метеорологічних умов на поширення радіохвиль;

– засади проектування тропосферних ліній зв’язку;

вміти:

– визначити індекс заломлення;

– визначити дальність прямої видимості з урахуванням тропосферної рефракції;

– обчислити еквівалентний радіус Землі стосовно траєкторії поширення радіохвиль;

– обчислити потужність, яку створює хвиля у приймальній антені, з урахуванням ефекту розсіювання у тропосфері;

– обґрунтувати причини виникнення завмирань;

– визначити частоти незастосовні для тропосферних радіохвиль;

– визначити тип рефракції;

– застосовувати положення теорії імовірності для визначення густини розподілу напруженості електричного поля;

– пояснити причини поглинання радіохвиль у тропосфері;

– описати вплив явища надрефракції на поширення тропосферних радіохвиль;

– застосовувати спрощений інженерний метод розрахунку тропосферної радіолінії.

12.1. Властивості тропосфери

12.1.1. Склад та основні параметри тропосфери

Тропосферою називають шар атмосфери, розташований безпосередньо над поверхнею Землі, який сягає висот 7-10 км у полярних широтах, 10-12 – у помірних, 16-18 –у тропіках. Цей шар містить майже 80% маси атмосферних газів і майже всю масу водяних парів. За складом газу тропосфера містить 78% азоту (N₂), 21% кисню (О₂) та 1% інших газів.

Наведемо параметри, що характеризують властивості тропосфери та впливають на значення діелектричній проникності:

Тискр, Па. Тиск у однорідній атмосфері змінюється із зміною висоти за законом:

, (12.1)

де р₀– тиск біля поверхні Землі;

е – параметр, який визначає процес поширенняр_х;

M – маса грам-молекули газу;

h– висота, м;

g = 9,81 м/с² – прискорення вільного падіння ;

R = 8,32 Дж/(градмоль) – універсальна газова стала;

Т– температура (Кельвін).

Абсолютна температура Т, К.З висотою температура зменшується, причиною чого є адіабатичне розширення повітряних мас (рис. 12.1).

Абсолютна вологість або тиск водяної пари.Концентрація водяної пари швидко зменшується з висотою. Так, наприклад, на висоті 1,5 км кількість водяної пари в повітрі майже в 2 рази менше, а поряд верхньої границі – в сотні разів менше, ніж біля поверхні Землі. Абсолютною вологістю атмосфери називають парціальний тиск водяної пари. Відносна вологість атмосфериSпропорційна абсолютній вологості, її визначають у відсотках:

, (12.2)

де – тиск водяної пари, що насичує простір за даної температури.

Густину атмосферихарактеризують відношенням кількості молекул до одного кубічного метра й визначають за формулою:

, (12.3)

де – атмосферний тиск, Па,

= 1,38 10^-23Дж/град – стала Больцмана,

– абсолютна температура, К.

Тропосферу називають нормальною, за середніми значеннями параметрів:

– тиск повітря біля поверхні Землі = 0,1013 МПа;

– абсолютна температура = 288 К (25ºС);

– відносна вологість = 60%.

Зі збільшенням висоти на кожні 100 м знижується тиск на 1,2 кПа та температура на 0,55 К. Межею нормальної тропосфери вважають висоту 11 км.

Криві змінення температури та густини атмосфери за висотою наведено на рис. 12.1.

Рисунок 12.1. Графік змінення температури Т і густини атмосфери N_a за висотою