Влияние атмосферы на распространение радиоволн в зоне прямой видимости. Существенная область однородного пространства, влияющая на распространение радиоволн, страница 2

В реальных условиях расстояние между излучателем и точкой приема всегда на много больше длины волны (), поэтому эллипсоиды представляющие существенную и  минимальную области, очень вытянуты. В пределе при  он вытягивается в прямую линию.

Следует заметить, что данные о существенной области верны при использовании ненаправленных излучателей, в случае же использования направленных антенн размеры области изменятся. В реальных условиях данные выражения (3.1.3) и (3.1.5) применимы, так как угловые размеры существенной области (см. рис. 3.2) всегда существенно меньше ширины диаграммы направленности используемых антенн

;                                                                                                                             (3.1.6)

   .                                                                                                                                                                                          (3.1.7)

Выражения о размерах зон Френеля позволяют в каждом конкретном случае определить области пространства, влияющие на распространение радиоволн. В некоторых случаях, для высокогорных районов в зону существенной области не попадают никаких  сред влияния, в этом случае возможно использование выражений, определяющих распространение радиоволн в свободном пространстве.

3.2. Пространственно-временные изменения диэлектрической

проницаемости тропосферы

При распространении радиоволн в тропосфере диэлектрическая проницаемость отличается от проницаемости в свободном пространстве, что вызывает дополнительные потери, вызываемые смещением связанных свободных зарядов в нейтральных молекулах или атомах под влиянием воздействующего поля.  Остальные факторы влияния на распространение радиоволн из–за отсутствия свободных зарядов в тропосфере несущественны.

Потери энергии в тропосфере обусловлены нерезонансным поглощением электромагнитной энергии за счет взаимного «трения» молекул и за счет резонансного поглощения, вызванного переходом молекул и атомов на более высокие энергетические состояния, за счет энергии воздействующего поля. Поглощение в газах земной атмосферы проявляется на частотах выше 15-20 гГц.

Диэлектрическая проницаемость зависит от термодинамических характеристик среды, т.е. существует зависимость от давления влажности и температуры, которые различны в разных географических метах и в разные сезоны года. Эта зависимость определяется выражением

,                                                                                                                              (3.2.1)

где Т – температура по абсолютной шкале; р – давление в миллибарах; w- абсолютная влажность, т. е. давление водяных паров в миллибарах.  Величина  тем больше, чем больше р и w и ниже Т. Эта закономерность очевидна, так как чем больше давление и влажность плотность молекул газа повышается, что, в свою очередь повышает ток поляризации – j_П     ().         Увеличение Т повышает хаотическое тепловое движение молекул, что препятствует упорядоченному смещению зарядов молекул.

Значение  даже в тропосфере незначительно превышает единицу (на несколько десятитысячных), поэтому для удобства вместо  часто вводят приведенный коэффициент преломления тропосферы

,                                                                                                                                            (3.2.2)

где  - коэффициент преломления (используется в геометрической оптике).

Существенные изменения диэлектрической проницаемости всегда существуют по мере увеличения высоты над уровнем Земли, которая согласно экспериментальным данным хорошо аппроксимируется экспоненциальной зависимостью

,                                                                                                                                           (3.2.3)

где  - отклонение  от единицы у поверхности Земли;  – вертикальный градиент диэлектрической проницаемости воздуха у земной поверхности. Значения  и g претерпевают сезонные изменения и различны для разных климатических условий.

Стандартными значениями  и g считаются: ,  . Подставляя эти значения в выражения (3.2.3) получим

.                                                                                                                               (3.2.4)

Следует заметить, что на высотах до 7-8 км, где располагается существенная область наземных радиотрасс связи и телерадиовещания, а также РРЛ, выражение определяющее зависимость диэлектрической проницаемости от высоты с достаточной точностью аппроксимируется линейной функцией

.                                                                                                                                         (3.2.5)