фазе на 90°. Этот вид поляризации находит широкое применение в радиолокации.

Радиоволны с эллиптической поляризацией отличаются от воли с круговой поляризацией тем, что амплитуда вектора Е при вращении не остается постоянной. Эллиптически поляризованная волна может быть создана искусственно, например с помощью турникетной антенны, плечи которой питаются токами с разной амплитудой (при сдвиге фаз в плечах 90°), но часто подобная волна создается естественно, например, в ионосфере.

Фазовая скорость v - скорость, с которой перемещается в пространстве фаза монохроматической волны, т. е. бесконечной синусоидальной волны. Величина V определяется по формуле (6-1). В связи с тем, что значения е и в ряде случаев (см. ниже) зависят от частоты колебаний, для оценки скорости распространения спектра сигнала, передаваемого радиоволной, фазовая скорость не может быть исчерпывающей характеристикой. Для оценки скорости распространения радиоволн пользуются понятием скорости распространения радиосигнала и.

Скорость распространения радиосигнала (групповая скорость), т. е. скорость распространения модулированных или манипулированных электромагнитных колебаний, представляет собой скорость перемещения группы ( сгустка ) гармонических колебаний, вызывающих необходимую реакцию приемного устройства. Групповая скорость - скорость распространения огибающей модулированных колебаний (речь, сигналы телевидения и т. д.).

При распространении радиосигнала в идеальном диэлектрике, когда значения е и не зависят от частоты, время распространения всех гармонических составляющих сигнала между точками излучения и приема одинаково, так как фазовая скорость распространения разных составляющих спектра сигнала в этом случае не зависит от частоты. При этом групповая скорость и совпадает с фазовой скоростью V, которая в этом случае определяет скорость переноса электромагнитной энергии.

Среда, в которой для распространяющейся радиоволны u=v, называется недис-пергирующей средой. В такой среде радиосигналы распространяются без всяких искажений.

В ряде случаев электрические параметры среды, в которой распространяются радиоволны, зависят от частоты (обычно только величина е зависит от частоты). Такой средой является, например, ионосфера. В подобной диспергирующей среде различные составляющие спектра сигнала распространяются с разными фазовыми скоростями, смещаясь друг относительно друга. В этом случае форма сигнала искажается ц он регистрируется приемным устройством со временем запаздывания, которое отличается от времени распространения самой быстрой или самой медленной составля-

ющей спектра и определяется значением групповой скорости

(6-5)

Если при увеличении длины волны % фа-

зовая скорость V возрастает.

> О, то

групповая скорость и получается меньше фазовой. Если же при увеличеши X фазовая

скорость уменьшается О j, то группо-

вая скорость будет больше фазовой.

Дисперсия, при которой групповая скорость меньше фазовой, называется нормальной дисперсией (случай распространения радиоволны в ионосфере). Дисперсия, при которой групповая скорость больше фазовой, называется аномальной дисперсией (распространение радиоволн в среде с удельной проводимостью о фО). При аномальной дисперсии групповая скорость может превзойти даже скорость света с, так как фазовая скорость может быть равна, меньше и больше скорости света (последнее, например, при значениях е<1, Ц=1). Это не противоречит теории относительности, поскольку при аномальной дисперсии происходит сильное поглощение энергии волн и групповая скорость уже не совпадает со скоростью переноса энергии.

Нормальную дисперсию характеризует соотношение

UV = с.

(6-6)

Отражение радиоволн. При встрече со средой, параметры которой резко отличаются от параметров среды первоначального распространения (например, на поверхности раздела сред: воздух - земля, нижние слои атмосферы - ионосфера), происходит изменение направления распространения волны. Если радиоволна падает на поверхность раздела двух сред, то обычно- часть энергии радиоволны отражается, другая часть, преломляясь, проходит сквозь эту поверхность. Если длина волны соизмерима или больше поверхности раздела, то явления прохождения радиоволн сквозь такую поверхность и отражения от нее дополняются дифракцией, т. е. огибанием радиоволной границ поверхности, на которую падает волна.

Интенсивность отраженного сигнала растет при увеличении размеров отражающих объектов по сравнению с длиной волны и зависит от электрических параметров этих объектов. Явление отражения радповолн лежит в основе радиолокации.

На границе поверхности раздела двух сред обычно рассматривают три радиоволны: падшощую (первоначальную), отраженную и преломленную. В общем случае направление распространения этих радиоволн, их скорость и другие параметры различны.

Коэффициент отражения. Напряженность поля отраженной волны харак-

теризуют коэффициентом отражения р, представляющим отношение напряженности электрического поля отраженной волны Еотр к напряженности электрического поля падающей волны £пад:

Р = -5. (6-7)

Спад

Напряженности электрического и магнитного полей (в плоской волне) связаны соотношением

(6-8)

где 8о - диэлектрическая проницаемость свободного пространства; jio - магнитная проницаемость свободного пространства.

Величина

имеет размерность

сопротивления и называется волновым сопротивлением среды [см. также (6-4)].

Рнс. 6-5. к определению коэффициента отражения для случая горизонтально-поляризованной волны.

Ф - угол падения, угол отражения (угол падения равен углу отражения); ф-угол преломления; в-угол скольжения волны.

Поэтому коэффициент отражения определяется также в виде

Яотр

(6-9)

где Яотр и Япад - напряженность магнитного поля отраженной и падающей волн соответственно.

Величина коэффициента отражения зависит от угла падения, электрических параметров отражающей поверхности, длины волны, вида поляризации.

Для горизонтально-поляризованной

волны (рис. 6-5) и идеально гладкой плоской поверхности раздела коэффициент отражения

Рг =

cos ф - у е. + /бОаЯ, - sin ф cos ф -f - У е -f - /бОоЯ, - sin ф

При переходе к углу скольжения G получим:

Рг =

sin в- У е +/60дЯ - cos в sine-f Уъ-Ь/бОаХ-cos в = Ргв-.

(6-11>

где рг - модуль коэффициента отражения; рг - его фаза.

Рис. 6-6. к определению коэффициента отражения для случая вертикально-поляризованной волны.

й ,град

10 12 14 16 18 20

1,0\l

I о,в

о,г f

О Ofil BfiB 0,12 0,16 0,20 0,21 Ъ.гв 0,32 0,36 в , рад

в ,град

0 2 1 е В 10 12 1 16 W 20

1В0 160

! 120

в , рад

(6-10)

где а - удельная электрическая проводимость среды, cumIm.

Рис. 6-7. Графики изменения коэффициента отражения (о) и фазы (б) ультракоротких волн от морской воды н сухой почвы в зависимостн от угла

скольжения.--морская вода;----сулая

почва; ВП - вертикальная поляризация; ГП - горизонтальная поляризация.

Таблица 6-2

Вид почвы (воды)

пределы изменения

Средние значения

Сухая почва ......

Влажная почва ....

Морская вода.....

Пресная вода рек и озер Лесные массивы ... Крупные города * . . . . Гористая местность ...

Величины а соответствуют диапазону средних волн.

Комплексность коэффициента отражения означает, что при отражении меняется не только амплитуда отраженной волны по сравнению с амплитудой падающей волны, но и фаза отраженной волны.

Для вертикально-поляризованной волны {рис. 6-6) и идеально гладкой плоской поверхности раздела коэффициент отражения

Рв =

(е -f- /бОаЯ) sin в - (е -f /бОоЯ) sin в -f

У е-Ь/бОаЯ -cose Y е--;6О0Я-cose

(6-12)

Для расчета величины коэффициента отражения необходимо знать параметры е и о для различных видов почвы (воды), которые приведены в табл. 6-2.

На рис. 6-7 приведены кривые изменения модуля и фазы коэффициента отражения, вычисленные для случая отражения УКВ от морской воды и сухой почвы.

Интерференция радиоволн- явление взаимодействия в какой-либо точке пространства двух или более радиоволн, создаваемых одним источником излучения, но прощедщих различные пути и в связи с этим имеющих различные фазы. Если - при этом взаимодействующие волны имеют близкие фазы, то в результате происходит усиление суммарного сигнала, если же фазы противоположны илн близки к ним, то амплитуда суммарного сигнала может стать равной нулю или оказывается значительно слабее одиночного сигнала.

6-?. НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ О СОСТАВЕ И СТРОЕНИИ АТМОСФЕРЫ

Состав атмосферы

Атмосфера представляет собой газообразную оболочку Земли, простирающуюся до нескольких десятков тысяч километров и

имеющую в своем составе различные компоненты (табл. 6-3).

Относительный атомарный состав атмосферы почти не изменяется вплоть до высот

Таблица 6-3

Примечание.. Средний молекулярный вес сухого воздуха 28,966.

около 150 КМ над Землей, однако уже на высотах в несколько, десятков километров образуется больщое число молекул озона при максимальной концентрации на высоте около 20 км, а начиная с высот около 40 км и выще, увеличивается содержание атомарного кислорода (рис. 6-8). В верхних, край-

тошрный азот

Область посто11нного ~ состава Ыуха.

Дтошрный кистроВ

МислсроВ

С го НО 60 во 100

Втиоситемное содержание, %

Рис. 6-8. Ориентировочное распространение основных компонент воздуха по объему в зависимости от высоты.