няющейся волны и свойств земной поверхности. Так, табл. 6-4 показывает, что почва для различных волн может проявлять себя как диэлектрическая полупроводящая или проводящая среда. Естественно, что наибольщие потери энергии радиоволн будут в среде со свойствами диэлектрика.

Рефракция радиоволн - явление искривления траектории распространения радиоволи, происходящее при переходе их из одной среды в другую (вследствие различия скорости распространения в этих средах) и при распространении радиоволи в неоднородной среде (из-за изменения скорости распространения от точки к точке). Например, при переходе распространяющейся радиоволны из воздуха в почву или воду или при распространении радиоволн в тропосфере, являющейся неоднородной средой.

Рефракция радиоволн в тропосфере

Явление рефракции в тропосфере объясняется изменением диэлектрической проницаемости и соответственно показателя преломления п с высотой. У Земли значение показателя преломления =/1о незначительно превышает единицу и в зависимости от метеорологических и климатических условий равно 1,00026-1,00046. В зависимости от метеорологических условий температура, давление и влажность воздуха сложным образом могут изменяться с высотой и во времени, что приводит к соответствующим изменениям показателя преломления, а значит, и к различному проявлению рефракции.

Радиус кривизны траектории радиоволны в тропосфере (при пренебрежении кривизной земной поверхности) может быть определен по формуле

(6-13)

ф - угол падения волны на преломляющую границу раздела; dnjdh - градиент показателя преломления (рис. 6-12). Знак минус у градиента показателя преломления означает, что радиус кривизны будет положительным, а траектория лучей обращена выпуклостью вверх только при уменьшении показателя преломления с высотой.

Учитывая, что п 1, а для наиболее интересного случая пологих лучей зшф~1, имеем:

dNJdh

(6-14)

где Nu={n-l)W - индекс преломления.

Формула (6-14) показывает, что радиус кривизны радиолуча в тропосфере определяется не абсолютным значением коэффициента преломления, а быстротой его изменения с высотой.

При распространении в нормальной тропосфере, характеризующейся постоянством градиента индекса преломления в тропосфере, траектории радиоволн, идущих под небольшими углами к поверхности Земли, имеют форму дуг окружности с радиусом Р=25000 кт. Атмосферная рефракция, происходящая в нормальной тропосфере, называется нормальной.

Учет влияния атмосферной рефракции при линейной зависимости показателя п от высоты производится с помощью э к в и -

Рис. 6-12. к определению радиуса кривизны траектории радиоволн в тропосфере.

валентного радиуса Сэ Земли. Предположим, что радиоволны, испытывающие рефравдию, распространяются не по криволинейным траекториям, а по прямолинейным траекториям над некоторой воображаемой поверхностью, эквивалентный радиус кривизны которой Сэ получается не равным радиусу Земли а=6 370 км (рис. 6-13). Значение эквивалентного радиуса определяется из условия сохранения постоянства относительной кривизны между радио-

Рис. 6-13. к определению эквивалентного радиуса Земли Qg.

с - траектория радиоволны при рефракции в реальных условиях: б - эквивалентная схема распространения рефрагирующей волиы над прямолинейной землей с эквивалентным радиусом а .

лучом и поверхностью земли в действительных и эквивалентных условиях распространения радиоволны:

1+а.10-в

(6-15)

Для нормальной рефракции

и величина

Сэ 8 500 км [Л. 1, 2].

Под влиянием различных метеорологических условий в тропосфере может-возникнуть изменение индекса преломления с высотой, значительно отличающееся от условий, определяющих возникновение нормальной рефракции. В соответствии с этим рефракция может быть отрицательной, отсутствовать или быть положительной.

При отрицательной рефракции индекс Лп не уменьщается, как обычно, с высотой, а, наоборот, возрастает, т. е. dNafdh>0. При этом -R<0 и траектория радиоволны обращена выпуклостью вниз -радиоволна удаляется от поверхности Земли. Подобная рефракции возникает крайне редко.

Если индекс при изменении высоты остается постоянным, то рефракция отсутствует.

Наиболее часты на практике случаи, когда индекс Лп с высотой уменьщается, т.е. dNldhKO. Траектория радиоволны в этом случае обращена выпуклостью вверх - наблюдается положительная рефракция.

Положительная рефракция подразделяется на пониженную (радиус кривизны траектории радиоволны больше, чем при нормальной рефракции), нормальную повышенную (радиус кривизны траектории радиоволны меньше, чем при нормальной рефракции), критическую (радиус кривизны траектории радиоволны равен радиусу земного шара) и сверх-рефракцию (радиус кривизны траектории радиоволны меньше радиуса земного шара). При сверхрефракции радиоволны, излученные под небольшими углами возвышения, испытывают в нижних слоях тропосферы полное внутреннее отражение и возвращаются к поверхности Земли. При последовательных отражениях от земной поверхности радиоволны могут распространяться на значительные расстояния за пределы прямой видимости .

С целью прогнозирования вида рефракции в настоящее время применяются специальные приборы - рефрактометры, измеряющие индекс показателя преломления. В табл. 6-5 приведены классификация различных видов атмосферной рефракции и условия их возникновения.

других процессов. На рис. 6-14 видны наложенные на изменение зависимости индекса iVn от высоты флюктуационные колебания, характеризующие локальные неоднородности тропосферы. Колебания индекса Na и объясняют расссяние радиоволн в разных направлениях относительно основного направления распространения. Дейст-

iZ? , .- .... ...... .-

итосительные значения иивекса А1

Рис. 6-14. Кривая изменения с высотой индекса преломления Af , снятая с помощью рефрактометра.

вительно, поскольку в вихревых неоднород-ностях, которые существуют всегда, скорость распространения радиоволн от участка к участку воздушной сферы произвольно меняется, флюктуирует, то различные участки фронта волны за один и тот же промежуток времени проходят различные пути и фронт волны становится криволинейным, рассеивающим (рис. 6-15).

Условная oimcmbjwmpodfwc

Рис. 6-15. К объяснению явле-радис Ьере.

иия рассеяния радиоволн в тро-посф

Рассеяние радиоволн неоднородностями турбулентной тропосферы

Возникающее в нижних слоях тропосферы рассеяние радиоволн проявляется в виде произвольного (беспорядочного) изменения направления распространения радиоволн и связано с наличием вихревых (турбулентных) неоднородностей в тропосфере, образующихся при перемешивании восходящих и нисходящих потоков воздуха и

Искривления фронта невелики, и основная часть энергии радиоволны распространяется в прежнем направлении. Небольшая часть энергии под небольшими углами к первоначальному направлению распространения поступает за пределы прямой видимости.

В связи с небольшими размерами вихревых неоднородностей тропосферы явление рассеяния радиоволн проявляется в основном в диапазоне ультракоротких волн.

6 этом диапазоне воли рассеяние является причиной того, что при работе радиопередатчиков постоянно существует слабое поле далеко за пределами прямой видимости (на расстояниях до 1 ООО км).

Для приема рассеянных полей необходимы чувствительные приемники и направленные антенны. Прием рассеянных сигна-

Рис. 6-16. Дифракция у клиновидного препятствия при учете отражений от поверхности земли.

лов связан с довольно глубокими замираниями и характерен искажениями сигналов, особенно тех, которые имеют широкий спектр частот (импульсные, частотно-модулированные и др.). Эти искажения происходят вследствие появления в месте приема сигналов, рассеянных в различных участках тропосферы и имеющих поэтому существенные фазовые сдвиги.

Влияние рельефа и электрических неоднородностей земной поверхности

Рельеф местности может оказать существенное влияние на распространение поверхностных волн. Высокие холмы, горы сильно возмущают поле радиоволны. При этом за препятствием может произойти как ослабление сигнала, так и его усиление , по сравнению с полем при дифракции радиоволн вокруг гладкой поверхности земли. Для расчета поля за препятствием обычно последнее аппроксимируют полуплоскостью, клином, полусферой, полуцилиндром или другой поверхностью, для которой дифракционная задача имеет рещение. Явлению усиления сигнала за препятствием можно дать следующее физическое объяснение: если высота препятствия М много больше высоты антенн hi и Л2 (рис. 6-16), то множители ослабления прямой волны (АМБ) и отраженной (АВМГБ) имеют один порядок, а коэффициенты отражения от почвы близки к единице (главным образом в диапазоне УКВ). Поэтому при благоприятных фазовых соотношениях напряженность результирующего поля в месте приема может в 4 раза превышать поле Е, которое создалось бы в случае распространения одного луча при отсутствии препятствия. На рис. 6-17 приведена зависимость коэффициента (множителя ослабления поля F

(дб), на который надо умножить значение Е, от высоты препятствия для радиолинии протяженностью 80 км (сплошная линия) и 240 км (пунктирные линии) при высоте антенн Ai= 2=30 м для частоты 100 Мгц. Так, при протяженности радиолинии 80 км максимальное усиление сигнала составило около 23 дб (при высоте препятствия 500 м).

Электрические неоднородности земной поверхности, имеющие место, например, на границе море - суша, приводят к искажению направления распространения радиоволн - береговой рефракции [Л. 3, 6]. Амплитуда и фаза поверхностей волны зависят от комплексной диэлектрической проницаемости е* подстилающей поверхности. На береговой линии значение е* испытывает скачок, и вблизи берега поле волны искажается, фронт волны несколько изменяет свое направление, если только угол между нормалью к фронту волны и береговой линией не равен нулю. Если передатчик и приемник поменять местами, то направление искривления фронта волны изменяет свой знак. Учет береговой рефракции важен при радиопеленговании, поскольку ошибка пеленгования при этом может на средних волнах достигать 6-8°.

По мере удаления от берега ошибка пеленгования уменьшается. Происходит это потому, что вдали от берега поле волны

Зй препятствием

О ев

Рис. 6-17, Зависимость коэффициента ослабления поля от высоты препятствия.

определяется не возмущенной волной, распространяющейся от береговой линии, а волнами, идущими от расположенных высоко над Землей невозмущенных участков фронта волны. По этой же причине береговая рефракция быстро убывает по мере подъема хотя бы одной из антенн - приемной или передающей.

Пространственные волны

Распространение пространственных радиоволн на большие расстояния объясняется преломлением в ионосфере.

Скорость движения фронта радиоволны в ионосфере отлична от скорости распространения его в воздухе и зависит от