![]() |
Лекция 4: ПЕРЕИЗЛУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ
ЭНЕРГИИ ОТ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ АТМОСФЕРЫ
План занятия:
Время |
№п/п |
Содержание раскрываемого вопроса: |
35 мин. |
1 |
Отражение от неоднородностей атмосферы. Коэффициенты отражения |
55 мин. |
2 |
Отражение радиоволн от слоев и полупространства |
4.1 Отражение от неоднородностей атмосферы. Коэффициенты отражения
При распространении радиоволн в неоднородной земной атмосфере, помимо процесса преломления радиоволн, происходит процесс переизлучения электромагнитной энергии, т.е. энергия распространяется не только в направлении основной волны.
Процесс переизлучения электромагнитной энергии в сферической-слоистой неоднородной атмосфере сводится к генерации отраженной волны при распространении проходящей волны через толщу атмосферы.
Так как радиус сферичности земной атмосферы очень велик, а расстояние от границы раздела до источника и точки приема всегда значительно больше длины волны, возможно применение приближенной модели с плоской волной (рис. 4.1).
![]() |
Рис. 4.1. К пояснению процесса отражения радиоволн в атмосфере
В этом случае
применимы френелевские формулы коэффициентов отражения плоской волны от границы
раздела двух неоднородных сред. Если первая среда имеет диэлектрическую проницаемость
, а вторая – значение
и из первой среды падает
плоская волна (см. рис. 4.1), вектор напряженности электрического поля которой
параллелен плоскости
раздела (горизонтальная поляризация), то коэффициент отражения
, будет равен
, (4.1.1)
где -
угол скольжения, т.е. угол между плоскостью раздела и направлением падающей
волной (см. рис. 4.1). При вертикальной поляризации, когда вектор
лежит в плоскости,
перпендикулярной плоскости раздела, коэффициент отражения определяется выражением
. (4.1.2)
В земной
атмосфере перепады диэлектрической проницаемости очень малы , поэтому формулы (4.1.1) и
(4.1.2) приводятся к одинаковому приближенному выражению:
, (4.1.3)
т.е. при коэффициент
отражения не зависит от вида поляризации волны.
В случае, если
величина отрицательна и
удовлетворяет неравенству
(4.1.4)
то ,
т.е. имеет место полное отражение, а фаза коэффициента отражения при этом равна
. (4.1.5)
В случае, когда
любого знака, но при
выполнении неравенства
(4.1.6)
коэффициент отражения согласно формуле (4.1.3) приближенно равен
. (4.1.7)
Если в данном случае , то
, а при
.
4.2 Отражение радиоволн от слоев и полупространства
Представим
околоземнуют атмосферу в виде бесконечно протяженного в горизонтальном
направлении слоя толщиной , с некоторым
распределением диэлектрической проницаемости
,
на нижнюю границу которого под углом скольжения
падает
плоская волна (рис. 4.2). Разобьем слой на тонкие слои толщиной
, настолько тонкие, что в
пределах каждого слоя
можно считать величиной
постоянной. На границах раздела между такими тонкими слоями
претерпевает скачек
. (5.2.1)
То есть,
предположим скачкообразное изменение на границах
между такими слоями: плавная зависимость
заменена
ступенчатой (см. рис. 4.2).
|
|||||||
![]() |
|||||||
![]() |
|||||||
|
|||||||
|
|
|
|||
|
|||
Рис. 4.2. К пояснению процесса отражения от слоя неоднородной атмосферы
При прохождении
волны в слое происходит ее преломление. При скачкообразном изменении траектория волны представляются
ломанной линией, наклон которой по отношению к нижней границе слоя будет
уменьшаться в тех областях слоя, где
уменьшается
и возрастать, где
увеличивается.
В пределе, когда
линейно -
ломанная траектория превратиться в плавную кривую.
Кроме того, от
каждой границы между тонкими слоями будет происходить отражение и напряженность
поля отраженной волны можно
представить в виде геометрической суммы
, (4.2.1)
где и
- соответственно, амплитуда
и фаза волны, отраженной от k-й границы.
В нашем случае
функция меняется достаточно
медленно, это позволяет значительно упростить вывод формулы для коэффициента
отражения. Так как
в этом случае,
согласно формуле (4.2.1) будет удовлетворять условиям (4.1.6), амплитуду волны
отраженной от k-й границы, можно определить, воспользовавшись
приближенной формулой (4.1.7):
(4.2.3)
где через h обозначена высота k-й границы (см. рис.2).
Учитывая достаточно малое изменение угла
скольжения, примем приближение при выводе формулы: пологая, что угол
скольжения для любой границы постоянен ().
Данное приближение корректно, так как в дальнейших расчетах используется
эквивалентный радиус Земли, учитывающий явление рефракции.
При выполнении условий (4.1.6) коэффициент отражения от любой k-й границы будет очень малым, поэтому можно пренебречь в пределах слоя hc изменением амплитуды падающей волны на k-ю границу, за счет отражения от предыдущих (k-1) границ.
Принимая фазу отраженной от нижней границы волны за нулевую, определим относительную фазу волны, отраженной от k-й границы
, (4.2.4)
где -
разность хода между длиной пути волны, отраженной от k-й границы
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.