12.2.4. Вплив флуктуаційних процесів у тропосфері на поширення наземних радіохвиль

Значення коефіцієнта заломлення є змінним залежно від висоти h, та змінним за часом, залежно від діелектричної проникності. Це призводить до повільних змінень рівня поля у точці приймання. Флуктуації коефіцієнта заломленняnдодатково негативно впливають на поширення радіохвиль.

Рисунок 12.8. До виникнення явища завмирання

У зоні прямої видимості поле утворено внаслідок інтерференції прямого та відбитого від поверхні Землі променів. Неоднорідності, які є на шляху променів, впливають на поширення, а відповідно і на різницю фаз променів. Флуктуації фаз призводять до змінення рівнів су-марного поля, тобто до завмираньсигналу.

Механізм впливу цих неоднорідностей є більш суттєвим за умови зменшення довжини хвилі (10 см). У деяких випадках завмирання можуть виникати через взаємодію двох основних променів 1, 2 з додатковим 3 (рис. 12.8). Розташування цієї неоднорідності швидко змінюється, тому так само швидко буде змінюватись різниця фаз і, відповідно,сумарне поле в точці приймання. Оскільки поле наземної хвилі значно більше поля хвилі, розсіяної або відбитої від неоднорідностей, то, зазвичай, завмирання на коротких трасах мають невелику глибину та суттєвих спотворень не вносять. Завмирання треба враховувати у процесі проектування радіорелейних трас, особливо великої протяжності через накопичення ділянок, де є завмирання.

12.3. Поширення тропосферних радіохвиль

12.3.1. Вплив явища надрефракції на дальнє тропосферне поширення

Надрефракція– додатній вид атмосферної рефракції, за якої радіус кривизни траєкторії променя більший радіуса Землі. Режимом надрефракції може бути охоплена обмежена за висотою область тропосфери, в якій виконано умову:

. (12.16)

За умови надрефракції індекс заломлення зменшується зі зростанням висоти приблизно у чотири рази швидше, ніж за нормальної рефракції.

За певних метеорологічних умов виникає явище температурної інверсії, яке полягає в тому, що в деякому інтервалі висот температура повітря не зменшується з висотою, а починає збільшуватися, що сприяє виникненню надрефракції. Причини, які спричинюють появу температурної інверсії, такі:

– адвекція (горизонтальне перенесення повітряних мас). Адвекційна інверсія виникає за умови горизонтального перенесення теплих повітряних мас, коли вони розташовані над холоднішим (або охолодженим) шаром повітря.

Прикладом адвекції може бути перенесення теплого нагрітого повітря з суходолу на холоднішу поверхню моря. Схему виникнення такої інверсії показано на рис. 12.9.

Рисунок 12.9. Схема виникнення температурної інверсії в разі перенесення нагрітого повітря на холоднішу поверхню моря

– радіаційне охолодження поверхні Землі. За умови радіаційного охолодження поверхні Землі, що вночі, внаслідок тепловипромінення, в першу чергу охолоджуються шари повітря, які є у безпосередній близькості до ґрунту.

– стиснення повітряних мас. Внаслідок рефракції інверсних шарів (шарів зі змінною температурою) можна досягти відстані поширення радіохвилі 200 – 400 км.

Процес поширення радіохвиль в умовах надрефракції ( рис. 12.10 ), аналогічний процесам поширення в діелектричних хвилеводах. Нижньою стінкою такого хвилеводу є поверхня Землі, що являє собою напівпровідник, а верхньою межею є область надрефракції. Коефіцієнт заломлення всередині цієї області має більше значення, ніж над нею.

Рисунок 12.10. Умови поширення радіохвиль ультрависокої частоти в умовах тропосферного хвилеводу: а – залежність n = f(h), б – модель хвилеводу

Область надрефракції в тропосфері називають тропосферним хвилеводомаботропосферним хвилеводним каналом, а поширення в умовах надрефракції називаютьхвилеводним поширенням. Висота тропосферних хвилеводів досягає декількох десятків метрів, тобто хвилеводне поширення можливе лише для сантиметрових та дециметрових хвиль. На висоті більшій за висоту хвилевода – рефракція нормалізується.

У тропосферних хвилеводах можуть поширюватись лише хвилі, довжина яких не перевищує

, (12.17)

де – висота хвилеводу.

Якщо передавач і приймач розташовано у межах такого хвилевода, є можливим приймання ультракоротких хвиль на значно більших відстанях, проте тропосферні хвилеводи – явище нерегулярне. Також явище хвилеводного поширення спричинює створення завад для станцій, які працюють у сантиметровому діапазоні радіохвиль, а також завад для радіолокаційних станцій виявлення літаків.