Распространение радиоволн. Особенности распространения радиоволн УКВ диапазона, страница 2

При распространении волны в материальной среде (например, в земной атмосфере, в толще Земли, в морской воде и т.п.) происходят изменение её фазовой скорости и поглощение энергии. Это объясняется возбуждением колебаний электронов и ионов в атомах и молекулах среды под действием электрического поля волны и переизлучением ими вторичных волн. Если напряжённость поля волны мала по сравнению с напряжённостью поля, действующего на электрон в атоме, то колебания электрона под действием поля волны происходят по гармоническому закону с частотой пришедшей волны. Поэтому электроны излучают радиоволны той же частоты, но с разными амплитудами и фазами. Сдвиг фаз между первичной и переизлучённой волнами приводит к изменению фазовой скорости. Потери энергии при взаимодействии волны с атомами являются причиной поглощения радиоволн. Поглощение и изменение фазовой скорости в среде характеризуются показателем поглощения c и показателем преломления n, которые, в свою очередь, зависят от диэлектрической проницаемости e и проводимости s среды, а также от длины волны l:

  (1)

                                       

  Коэффициент поглощения b = 2pc/l, фазовая скорость u = c/n. В этом случае r_д определяется не только характеристиками передатчика, приёмника и длиной волны, но и свойствами среды (e, s). В земных условиях Р. р. обычно отличается от свободного. На Р. р. оказывают влияние поверхность Земли, земная атмосфера, структура ионосферы и т.д. Влияние тех или иных факторов зависит от длины волны.

Формула радиолокации

-эффективная поверхность рассеивания объекта (ЭПР).

 ;                  

6.Особенности распространения радиоволн УКВ диапазона

На УКВ диапазон основное влияние оказывает тропосфера Земли. Тропосфера – примыкающий к поверхности Земли слой воздуха. Это неоднородная среда, показатель преломления которой уменьшается с высотой по следующему закону:

                                   

Показатель преломления Земли  , но такой цифрой пользоваться неудобно, поэтому используют понятие индекс преломления:

                                               

Отсюда следует, что показатель преломления по этой формуле будет равен 325.

                                       

Ввиду того, что тропосфера неоднородная она вызывает основной эффект – Рефракция радиоволн (искривление). Как получить радиус траектории луча при его распространении? Радиус за счет рефракции можно получить, рассмотрев модель плоскослоистой тропосферы.

                               

                                 

Воспользуемся законом преломления Снелиуса:

                               

Используя формулы тригонометрии:

В последнем равенстве пренебрежем малыми членами и получим выражение:

                                    

                                               

Если рассматривать пологие траектории лучей, то

                                                        

Если в выше написанную формулу подставить значение , то получим кривизну траектории луча в нормальной тропосфере 25 000 км.

Существуют следующие виды рефракции:

- Положительная рефракция

- Отрицательная рефракция

- Нулевая рефракция

Критическая рефракция луч

Сферхрефракция  

В этом случае наблюдается эффект тропосферного волновода.

6.1 Понятие эквивалентного радиуса земли

    По определению эквивалентного радиуса Земли вводится следующее соотношение: , где - радиус траектории луча. Понятие эквивалентного радиуса Земли вводится для того чтобы упростить расчеты трасс распространения радиоволн, а именно криволинейные траектории заменяются на прямолинейные.

                     

                                                 

Если воспользоваться формулой  , то 

                                                        

За счет рефракции дальность прямой видимости возрастает на 15%, при условии, что отсутствуют потери.

Основными потерями при распространении волн УКВ диапазона являются:

1.Резонансное поглощение молекулами воды и кислорода: если взять всю толщу тропосферы, то интегральный коэффициент поглощения радиоволн на частоте 60кГц составляет 90дБ. В субмиллиметровом диапазоне длин волн поглощение существенно возрастает и достигает значений около 100-150дБ.

                          

2.Потери за счет рассеяния и поглощения на макрочастицах: дождь, снег, пыль. Дождь – до 10дБ/км, при интенсивности дождя примерно 15мм/час, 100мм/час – 80дБ – это в диапазоне длин волн порядка единиц миллиметров.