Общие вопросы распространения радиоволн. Упругие продольные и поперечные волны

Примерами вторичных линий с совмещенным расположением передатчика и приемника могут служить радиолокационная станция (роль тела С выполняет обнаруживаемый объект) и ионосферная станция вертикального зондирования (роль тела С выполняет отражающая область ионосферы).

1.2. КЛАССИФИКАЦИЯ РАДИОВОЛН ПО СПОСОБУ

РАСПРОСТРАНЕНИЯ

Успехи в области освоения космического пространства заставили пересмотреть ту классификацию, которая успению применялась до последнего времени, когда радиостанции размещались либо на поверхности Земли, либо на небольшой высоте над ней. В прошлые годы речь шла о различных способах распространения радиоволн над поверхностью Земли. В настоящее же время классификация должна включать случаи осуществления радиосвязи с объектами, находящимися в космическом пространстве.

В однородных и изотропных средах радиоволны распространяются по прямолинейным траекториям с постоянной скоростью. Космическому пространству  можно  в  первом приближении приписать свойства однородной изотропной среды и считать, что распространение волн в нем происходит, как в свободном пространстве. Такие волны принято называть свободно распространяющимися или прямыми. Траектория свободно распространяющейся волны условно показана на рис. 4. Необходимо считаться с тем, что в некоторых случаях при прохождении сквозь земную атмосферу луч может несколько искривиться. Очевидно, что связь между двумя космическими объектами также осуществляется при помощи свободно распространяющихся волн. Наконец, все радиоастрономические наблюдения ведутся над свободно распространяющимися волнами, излучаемыми звездами, туманностями и другими радиоисточниками.

Исследование условий распространения радиоволн над поверхностью Земли позволило установить, что воздействие близости Земли и особенностей строения атмосферы  на распространение радиоволн проявляется в виде трех факторов:

1) влияние близости и сферической формы поверхности Земли;

2) воздействие неоднородности тропосферы (т. е. нижней, примыкающей к поверхности Земли части атмосферы, простирающейся примерно до высоты 15 км);

3) влияние ионосферы   (верхних ионизированных слоев  атмосферы,  расположенных в интервале высот от 60 до примерно 600 км).

Для того чтобы выявить в чистом виде влияние близости Земли, предположим, что земной шар находится в безвоздушном пространстве. Присутствие полупроводящей поверхности Земли, с одной стороны, искажает структуру радиоволн и вызывает поглощение радиоволн (вследствие проникновения волны в толщу Земли), с другой стороны, из-за сферической формы поверхности Земли распространяющиеся над ней волны испытывают дифракцию.

Явление дифракции заметно проявляется в тех случаях, когда размеры препятствия на пути распространения волн соизмеримы с длиной волны. Таким препятствием в рассматриваемом случае можно считать шаровой сегмент высотой h(рис. 5), отсекаемый плоскостью, перпендикулярной плоскости рисунка и проходящей через хорду АВ, соединяющую пункты передачи А и приема В. Судить о размерах этого препятствия можно по данным, приведенным в табл. 2.

Табл.2

Размер hнастолько больше длин радиоволн оптического диапазона, что последние практически на земном шаре дифракции не испытывают и распространяются по прямолинейным траекториям. Наоборот, радиоволны, длина которых измеряется километрами и метрами, удовлетворяют условиям, благоприятствующим возникновению дифракции. Траектория дифрагирующей волны схематически показана на рис.5 сплошными стрелками. На том же рисунке пунктирной линией показан путь распространения волны, не испытывающей дифракции и распространяющейся вдоль касательной к поверхности Земли в точке А.

Дифракцией можно объяснить лишь частичное огибание радиоволнами выпуклой поверхности земного шара. Даже в наиболее благоприятных условиях (на самых длинных волнах) дальность дифракционного распространения не превышает 3000—4000 км.

Определение. Радиоволны, распространяющиеся в непосредственной близости от поверхности Земли и частично огибающие выпуклость земного шара вследствие явления дифракции, получили название земных или поверхностных волн.

Тропосфера представляет собой неоднородную среду, свойства которой под действием метеорологических условий изменяются во времени и которая характеризуется не только постепенным уменьшением коэффициента преломления с высотой, но и обладает локальными (местными) неоднородностями коэффициента преломления. Плавное изменение однородности тропосферы приводит к искривлению траекторий распространяющихся в ней радиоволн, что способствует огибанию радиоволнами выпуклости земного шара. Таким образом, тропосфера влияет известным образом на условия распространения земных волн, как правило, способствуя повышению дальности распространения.

Локальные неоднородности претерпевают флуктуации. Они непрерывно изменяются во времени и в пространстве