где определяется по (1.1); |W| - множитель ослабления, являющийся функцией параметра,
(2.16)
Для значений > 25
|W| 1/. (2.17)
Неоднородная трасса. Напряженность поля над неоднородной трассой, состоящей из двух участков, электрические параметры которых резко отличаются, например при переходе с моря на сушу, определяется по (2.15), где множитель ослабления |W| подсчитывается как среднее геометрическое множителей ослабления двух фиктивных однородных трасс: где и - множители ослабления, вычисленные по (2.16) и (2.17) для трассы протяженностью ( + ) с параметрами и и и . При вычислении берутся параметры и , при вычислении —параметры и .
Береговая рефракция. Фазовая скорость радиоволны, распространяющейся
вблизи земной поверхности, зависит от ее
электрических параметров. При переходе радиоволны с моря на сушу (вблизи береговой
линии) происходит изменение направления распространения волны, называемое береговой
рефракцией. Это создает ошибку в определении направления прихода
радиоволн, что существенно для работы радионавигационных систем.
2.7. Дифракция радиоволн вокруг сферической земной поверхности
Огибание радиоволнами препятствий, встречающихся па пути их распространения, называется дифракцией. Когда протяженность радиолинии и высота расположения антенн таковы, что область, существенная при распространении радиоволн (1-я зона Френеля), частично или полностью перекрывается выпуклостью земной поверхности, то незакрытая часть 1-й зоны Френеля или зон следующих номеров, представляющих совокупность источников сферических волн, создают излучение не только в направлении первоначального движения волны, но и за выпуклостью земной поверхности.
Расстояния, близкие к пределу прямой видимости, когда 1-я зона Френеля закрыта только частично, называются областью полутени (рис. 2.7). Расстояния, при которых 1-я зона Френеля перекрыта полностью, называется областью тени.
В области тени расчет напряженности поля Еm (мВ/м) ведется по формуле предложенной В.А. Фоком:
(2.18)
где Еm св определяется по формуле (1.1); G — множитель ослабления, являющийся произведением трех функций, G = U(x)V()V (), где U(x) — функция расстояния от передатчика, r (м); V() V() —функции высоты подъема антенн передающей и приемной , или, если функции выразить в децибелах, то G (дБ) равно
Для определения функций U(x) и V(y) используются графики, имеющиеся в литературе.
Расчет по этим графикам проводится главным образом для диапазона УКВ, где применяют антенны, высоко поднятые над земной поверхностью. Расчет напряженности поля в диапазонах длинных, средних и даже коротких волн, когда антенны располагают вблизи поверхности Земли, упрощается, поскольку V() = V() = 1.
2.8. Вопросы для самопроверки
1. Записать выражение для определения тангенса угла потерь, дать необходимые пояснения.
2. В каком диапазоне радиоволн плотность потоков смещения в земной поверхности преобладает над плотностью токов проводимости ?
3. При каких токах проводимости и смещениях определяется граничная длина волны ?
4. Указать особенности параметров радиоволн в полупроводящей среде.
5. Пояснить, почему для осуществления радиосвязи с подводными лодками, находящимися в погруженном состоянии, применимы только длинные и сверхдлинные волны ?
6. Какие коэффициенты определяют интенсивность отраженной и преломленной волн? Для каких видов поляризации эти коэффициенты определяются ?
7. Поясните особенности отражения радиоволн от шероховатой поверхности.
8. При каком условии шероховатую поверхность можно считать ровной ?
9. Приведите классификацию случаев распространения земных радиоволн и поясните ее.
10. Запишите интерференционную формулу и назовите условия ее применимости.
11. Запишите формулу Введенского. При каких условиях можно вести расчет напряженности поля по этой формуле.
12. Поясните особенности поля излучателя, расположенного вблизи плоской земной поверхности.
13. Какие составляющие имеет поле вертикального вибратора, расположенного вблизи полупроводящей поверхности земли ?
14. Запишите и поясните формулу Шулейкина-Ван-дер-Поля.
15. Укажите особенности расчета напряженности поля над неоднородной трассой, когда излучатель расположен вблизи плоской земной поверхности.
16. В каком диапазоне волн существенно сказываются ошибки в определении координат излучателя, вызванные береговой рефракцией ?
17. Каким образом учитывается дифракция радиоволн вокруг сферической земной поверхности при расчете напряженности поля ?
3. ТРОПОСФЕРА И ЕЕ ВЛИЯНИЕ НА РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН
3.1.Состав и строение тропосферы
Тропосфера — это ближайший к земной поверхности слой атмосферы, простирающийся до высоты 8—10 км в полярных широтах и до 16—18 км в тропиках. В тропосфере содержится до 4/5 массы газов, составляющих атмосферу, и почти все количество водяных паров.
В электрическом отношении тропосфера представляет собой весьма неоднородную среду, вследствие чего в ней происходит искривление траекторий радиоволн, а следовательно, изменение направления прихода волны и напряженности поля на данном расстоянии.
Чтобы учесть влияние тропосферы на распространение радиоволн, необходимо знать закономерности изменения и , которые определяются физико-химическими свойствами входящих в тропосферу газов. Относительный газовый состав тропосферы остается постоянным по всей высоте, изменяется лишь содержание водяных паров, которое зависит от метеорологических условий и убывает с высотой.
Нормальной тропосферой называют такую гипотетическую тропосферу, свойства которой отображают среднее состояние реальной тропосферы. Нормальную тропосферу характеризуют следующими свойствами: давлением у поверхности Земли (р = 0,1013 МПа), температурой (T = 288 К) и относительной влажностью (S = 60%). С увеличением высоты на каждые 100 м давление уменьшается на 1,2 кПа, температура — на 0,55 К. Границей нормальной тропосферы считают высоту 11 км.
3.2 Диэлектрическая проницаемость и показатель преломления тропосферы
Относительная диэлектрическая проницаемость тропосферы (воздуха) только приближенно может считаться равной единице. В действительности значение несколько больше единицы и зависит от давления р (Па) температуры Т (К) и абсолютной влажности воздуха е (Па)
(3.1)
Второе слагаемое в (3.1) выражает изменение из-за смещения электрических зарядов в неполярных молекулах газов, входящих в состав воздуха, под влиянием внешнего поля и ориентации полярных молекул водяного пара.
Коэффициент преломления тропосферы
и связан с величиной тропосферы выражением
(3.2)
У поверхности Земли значение n в зависимости от климатических условий равно 1,00026—1,00046. Для расчетов удобнее пользоваться величиной, называемой приведенным показателем преломления тропосферы, N=(n—l)106, для Земли N = 260 460.
Для нормальной тропосферы изменение с высотой над земной поверхностью h (м) подчиняется экспоненциальному закону
,
где з = 5,78 — отклонение от единицы у земной поверхности; — вертикальный градиент при h = 0.
Экспоненциальная зависимость от высоты наблюдается при усреднении значительного числа наблюдений, тогда как единичные конкретные кривые в той или иной мере отклоняются от этого закона. Особенно велики отклонения в летний период на высотах до 2—3 км, где наблюдаются интенсивные облачные слои, частые инверсии температуры и влажности. Практически всегда возникают сравнительно небольшие флуктуации относительно экспоненциальной зависимости, вызванные турбулентным движением воздуха.
Эти флуктуации рассматриваются как неоднородности тропосферы. Размеры мелких неоднородностей определяются несколькими метрами или несколькими десятками метров, а отклонение от среднего значения N составляет DN = l2. Мелкие неоднородности непрерывно изменяются, появляясь и исчезая. Средние значения N претерпевают сезонные и суточные изменения, причем эти изменения максимальны у земной поверхности и падают почти до нуля на высотах 7— 8 км. Максимальные значения N у земной поверхности наблюдаются в июле, минимальные — в январе.
Сезонному ходу приземных значений N сопутствуют соответствующие изменения g. Значения градиентов g и их изменения особенно велики в приземном слое и уменьшаются с высотой. Значения и g зависят от географического положения трассы и меняются вдоль самой трассы.
В приземном слое воздуха для упрощения расчетов возможно аппроксимировать экспоненциальный закон изменения с высотой —-линейным
|
. |
Вводится эффективный вертикальный градиент диэлектрической проницаемости тропосферы , представляющий такой постоянный по высоте градиент , при котором напряженность поля в точке приема будет такой же, как и в случае реального изменения на трассе.
Среднее значение градиента получают в результате статистической обработки большого числа измерений. Значения подчиняются нормальному закону распределения со среднеквадратичным отклонением . Средние значения (1/м) и среднеквадратичные отклонения (1/м) для различных климатических районов в летнее время, когда эти значения максимальны, изменяются в следующих пределах от до от до 11 . Имеются карты с изолиниями среднемесячных значений приведенного коэффициента преломления на уровне моря.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14
