8 Вопрос.

Показатель преломления радиоволн в атмосфере выражается формулой

где е—упругость водяного пара в мб; остальные обозначения прежние.

 Распространение радиоволн в тропосфере.  Проводимостьтропосферы σ для частот, соответствующих радиоволнам (за исключением миллиметровых волн),практически равна 0; диэлектрическая проницаемость ε и, следовательно, показатель преломления nявляются функциями давления и температуры воздуха, а также давления водяного пара. У поверхностиЗемли n ≈ 1,0003. Изменение ε и n с высотой зависит от метеорологических условий. Обычно ε и nуменьшаются, а фазовая скорость υ растет с высотой Так же как в металлических Радиоволноводах, втропосферных волноводах могут распространяться волны, длина которых меньше критической (λ_кр ≈0,085 d³/₂ , d —высота волновода в м, λ_кр в см). Толщина слоев инверсии в тропосфере обычно непревышает Распространение радиоволн 50—100 м, поэтому волноводным способом могутраспространяться только дециметровые, сантиметровые и более короткие волны.

8.2 Отрицательная тропосферная рефракция: dn/dh > 0.

Коэффициент преломления возрастает с высотой и траектория волны обращена выпуклостью вниз (р < 0). Эквивалентный радиус Земли меньше реального (рис. 3.11, а), что согласно выражениям (3.33) и (2.29) приводит к уменьшению напряженности поля в месте приема.

Положительная тропосферная рефракция: dn/dh < 0.

Коэффициент преломления убывает с высотой и траектория волны обращена выпуклостью вверх (ρ > 0).При этом различают три частных случая:

1. Нормальная тропосферная рефракция, когда

Напряженность поля в точке приема больше, чем при отсутствии рефракции (рис. 3.11,б).

2. Критическая тропосферная рефракция, когда

Эквивалентный радиус Земли R_э → ∞, т. е. эквивалентная земная поверхность представляется плоской. Волна распространяется параллельно этой поверхности на постоянной высоте (рис. 3.11, в).

3. Сверхрефракция, когда

Когда область сверхрефракции занимает значительные расстояния над земной поверхностью, УКВ могут быть приняты на весьма больших удалениях от передатчика. Распространение УКВ в этом случае происходит следующим образом. Излученная волна рефрагирует в тропосфере и снова возвращается на Землю, где происходит отражение. Таким образом, радиоволна распространяется путем последовательного чередования двух явлений: рефракции в тропосфере и отражения от земной поверхности. Это явление аналогично распространению радиоволн в металлическом волноводе, поэтому оно получило название распространения волн в условиях тропосферного волновода. Критическая длина волны связана с высотой волновода соотношением

λ_кр = 8·10^-4h_в^3/₂. (3.34)

8.3 Основной причиной затухания радиоволн в тропосфере является наличие капель воды, присутствующих здесь в виде тумана или дождя. При рассмотрении процесса затухания различают два явления: поглощение радиоволн каплями воды и рассеяние их в скоплении капель воды.

Поглощение радиоволн капельками воды происходит благодаря тому, что при прохождении радиоволн в каждой капельке наводятся токи поляризации. Диэлектрическая проницаемость воды велика (см. табл. 2.1), поэтому плотность токов поляризации имеет значительную величину, увеличивающуюся с повышением частоты проходящей радиоволны. Вода не является идеальным диэлектриком, и образующиеся в каплях воды токи поляризации вызывают тепловые потери, которые увеличиваются с повышением частоты.

Рассеяние радиоволн капельками воды также приводит к затуханию поля проходящей волны. Физика процесса заключается в том, что токи, наведенные радиоволной в капельках, излучают электромагнитные волны, причем каждая капелька излучает равномерно во все стороны. Это приводит к рассеянию мощности радиоволны, поскольку не вся мощность движется в первоначальном направлении: часть ее оказывается направленной в сторону или в обратном направлении. Рассеяние тем больше, чем крупнее капля и чем короче длина волны.