Научно-исследовательская работа 4
Распространение радиоволн в тропосфере
Радиоволны над поверхностью Земли распространяются в ее газообразной обо- лочке – атмосфере. Строение атмосферы изменчиво в пространстве и во времени. Обычно ее разделяют на тропосферу, стратосферу и ионосферу. Тропосфера – самый нижний слой атмосферы. Она лежит от поверхности Земли до высот по- рядка 15 км.
Цель работы
Целью работы является изучение электрических свойств тропосферы и закономерностей распространения радиоволн в ней.
Краткие теоретические сведения
Электрические свойства тропосферы зависят от температуры, давления и влажности воздуха. Нижние слои атмосферы нагреваются рассеянной земной поверхностью солнечной энергией. С ростом высоты в тропосфере температура падает. Давление столба газа также падает с ростом высоты. Влажность тоже резко убывает с высотой. У верхней границы тропосферы облака не образуются. На частотах до 15–20 ГГц потери в тропосфере малы. Относительная диэлектрическая проницаемость тропосферы
(36)
где p – давление газа в миллибарах, ϖ – абсолютная влажность воздуха (давление водяных паров) в миллибарах, T – температура в градусах по шкале Кельвина. Постоянные a1 и a2 определены экспериментально. Наиболее вероятные их значения a1 = 1,552 · 10–4, a2 = 0,745. Тогда
(37)
Значения метеорологических параметров p, ϖ, T претерпевают регулярные и случайные изменения. Наиболее существенные регулярные изменения диэлектрической проницаемости происходят по высоте. Эта зависимость близка к экспоненциальной
|
|
|
(38)
где ∆ε0 = 1 – ε(0) – отклонение относительной диэлектрической проницаемости от единицы на поверхности Земли (h = 0); 
– вертикальный градиент диэлектрической проницаемости у земной поверхности.
Существует понятие «стандартной радиоатмосферы», для которой ∆ε0 = 5,78 · 10–4; g = –7,85 · 10–8 1/м. Стандартная радиоатмосфера характеризует среднестатистическое, наиболее вероятное состояние тропосферы в умеренных климатических условиях и используется как некоторый эталон. Реально эти параметры претерпевают сезонные изменения. При определенных метеорологических условиях могут наблюдаться существенные отклонения от среднестатистических зависимостей.
Если диэлектрическая проницаемость атмосферы плавно меняется по высоте, то распространение радиоволны в ней сопровождается искривлением траектории – явлением рефракции.
Рассмотрим плоскослоистую модель тропосферы (рис. 65).
Координата x направлена вдоль поверхности Земли, координата y направлена вертикально вверх. По высоте тропосфера разбита на плоские слои толщиной ∆h.
|
|
|
Рис. 65. Плоскослоистая модель тропосферы
В пределах слоя диэлектрическая проницаемость полагается постоянной. На гра- нице между слоями волна преломляется. Диэлектрические проницаемости слоев и углы движения волны в них связаны соотношением
, (39)
где ϕ0 – направление луча радиоволны у поверхности Земли.
Таким образом, луч радиоволны проходит через слои тропосферы под углом,
меняющимся с высотой
. (40)
Длина пути волны внутри слоя также зависит от высоты
. (41)
Пусть траектория луча начинается в точке начала координат (0,0) (рис.65). Переходя по высоте от слоя к слою, будем иметь координаты пересечения лучом i-го слоя:
. (42)
Рефракция называется положительной, если траектория радиоволны изгибается в сторону Земли.
Это происходит при убывании диэлектрической проницаемости с высотой (g < 0).
Рефракцию называют отрицательной, если траектория волны отклоняется от поверхности Земли. Это происходит при росте диэлектрической проницаемости с высотой (g > 0).
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 285; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!