12.2.2. Вплив тропосферної рефракції на поширення наземних радіохвиль

З’ясуємо докладно вплив тропосферної рефракції на поширення радіохвиль для піднятих приймальної та передавальної антен. Застосуємо інтерференційні формулу. Такі умови є лише для діапазону ультракоротких хвиль. Виведення інтерференційних формул обумовлене припущенням, що прямий та відбитий від поверхні Землі промені поширюються вздовж прямолінійних траєкторій з постійною швидкістю. Проте, в реальних умовах жодну з цих умов не виконано. Внаслідок тропосферної рефракції прямий і відбитий від поверхні Землі промені поширюються вздовж криволінійних траєкторій, як показано на рис. 12.6 суцільними лініями. На рисунку штриховими лініями показано також траєкторії променів за відсутності рефракції.

Рисунок 12.6. Форма траєкторій прямого та відбитого від Землі променів за умов урахування тропосферної рефракції

У 1933 р. Скіллінг, Берроуз та Феррел запропонували спрощений спосіб урахування впливу тропосферної рефракції, основою якого є припущення, що радіохвиля поширюється вздовж прямолінійної траєкторії з постійною швидкістю не над реальною поверхнею Землі з радіусом , а над уявною – з еквівалентним радіусом. Значення еквівалентного радіуса визначають за умов зберігання відносної кривизни між променем та поверхнею Землі у реальних умовах та за еквівалентною траєкторією поширення (рис. 12.7).

Рисунок 12.7. Промінь та поверхня Землі: а – в реальних умовах ,

б – за умов еквівалентного радіусу Землі

Відносною кривизною називають різницю .

На підставі цього положення еквівалентний радіус Землі визначають із співвідношення:

(12.12)

(12.13)

Підставимо у формулу (12.13) значення радіуса кривизни (12.11а), маємо:

. (12.13а)

Після підстановки значень для нормальної тропосферної рефракції = – 4·10^-21/м та фактичного радіусу Землі = 6,37·10⁶м у формулу (12.14) отримаємо=8500 км таk= 4/3 – відношення еквівалентного радіуса Землі до фактичного.

Введення еквівалентного радіусу Землі дозволяє застосовувати отримані вище формули для обчислень з урахуванням тропосферної рефракції заміною в них фактичного радіусу на еквівалентний.

Наприклад, визначення відстані прямої видимості без урахування тропосферної рефракції: формули (11.1), (11.1а):

, км.

Якщо підставити у формулу (11.1а) значення еквівалентного радіусу Землі (для нормальної атмосферної рефракції), отримаємо:

км. (12.14)

Під час використання інтерференційних формул, до яких радіус Землі не входить, вплив атмосферної рефракції враховують заміною фактичних висот приведеними:

; (12.15)

(12.15а)

Таким чином, застосування концепції щодо еквівалентного радіуса Землі під час розрахунків за інтерференційними формулами для пологих променів є доцільним.

12.2.3. Види тропосферної рефракції

Описаний вище вплив тропосферної рефракції враховує лише типовий стан тропосфери – за нормальних умов. Реально, якщо брати до уваги певні метеорологічні умови, індекс заломлення у тропосфері є величиною змінною, залежною від висоти. Тропосферна рефракція може набувати різних властивостей.

Нижче надано класифікацію різних видів тропосферної рефракції. В основі класифікації – формули для градієнту індексу заломлення .

Є три групи тропосферної рефракції.

1. Негативна рефракція– якщоNне зменшується, а збільшується,. За таких умов. Радіохвиля віддаляється від поверхні Землі, а дальність видимості відповідно зменшується. Негативна рефракція – рідкісне явище.

2. Нульова(рефракція відсутня).

3. Позитивнарефракція виникає тоді, якщо індексN зменшується з висотою, тобто. Позитивна рефракція сприяє збільшенню дальності поширення хвиль. Позитивну рефракцію поділяють на:

– знижену(викривлення променів менше, ніж за умов нормальної рефракції);

– нормальну;

– підвищену(викривлення променів більше, ніж за умов нормальної рефракції, але не досягає критичного значення);

– критичну(радіус кривизни траєкторії дорівнює радіусу Земної кулі);

– надрефракцію(за умов якої промені викривлюються більше, ніж за критичної рефракції ).

Таблиця 12.1. Види тропосферної рефракції

Вид тропосферної рефракції			Фактична траєкторія	Еквівалентна траєкторія
негативна	> 0	< 6370
позитивна: зніжена	– 0…0,04	6370…8500
позитивна: нормальна	–0,04	8500
позитивна: підвищена	–0,04…0,157	8500…
критична	– 0,157
надрефракція	< – 0,157	< 0

У таблиці 12.1 для кожного з вище згаданих видів рефракції наведено або конкретні значення величин , ρ та, або межі їх змінення. Також показано траєкторії променів і еквівалентні схеми поширення хвиль над поверхнею Землі з еквівалентним значенням її радіуса.