Тропосферное распространение ультракоротких волн в настоящее время уже начинают использоваться для создания ультракоротковолнаиых линий большой протяжённости. В периодич-еской литературе опублишвано большое количество статей, содержащих как результаты экспериментального изучения указанных двух явлений, гак н попытки их теоретического объяснения.

Экспериментально определено, что основные характеристики поля: уменьшение среднего уровня с расстоянием, частотная зависимость, а также ширина полосы частот, которую можно передать без искажений, имеют разные закономерности изменения при удалениях от пере-датчи до 500-600 н в пределах расстояний 1000-2000 км. Установлено, что приём в пределах нескольких сотеи километров обусловлен дальним распространением укв через тропосферу, приём на удалениях 1000-2000 км - дальним ионосферным распространением). Естественно, что электрические

Рис. 2

свойства

) в некоторых работах, появившихся в последнее время в периодической литературе, высказывается предположение о том, что в пределах расстояний ОТ 500-600 км до !000 км связь может обеспечиваться за счёт рассеяния а стратосфере.

тропосферы и ионосферы совершенио различны, поэтому н условия распростраиення укв в обоих случаях имеют свои особенности. В настоящее время доказана возможность использования дальнего тропосферного распространения для практических целей в участке диапазона укв от 100 до 10 0 Мдц {>. = 3 лг 3 сл). с шириной полосы частот передаваемого сигнала в несколько мегагерц. Дальнее ионосферное распространепие-укв можно нополь-зовать в метровом диапазу е(/.=5 10 лг),!причём ширина полосы сигнала в этом случае ограничивается €дин;и и килогерц.

В дальнейшем каждый из видов распространения рассматривается отдельно и более подробно.

II. МЕХАНИЗМ ДАЛЬНЕГО РАСПРОСТРАНЕНИЯ УЛЬТРАКОРОТКИХ ВОЛН

Механизм распространения электромагнитных воля может быть раскрыт, если известны электрические характеристики среды, в которой происходит распространение этих волн. Для penj-ния интересующей нас задачи необходимо располагать данными о структуре атмосферы с точки зрения флуктуации в пространстве и времени диэлектрической проницаемости иа разли х вы-тах. К сожалению, такие характеристики изучены пока мало, и теоретическое обоснование дальнего распространения укв до конца не доведено.

Выдвигаются две основные концепции дальнего распространения. Одна из и- , нашедшая сейчас наибольшее расиро-сгр&нение. объясняет возможность дальнего приёма укв рассеянием электромагнитных волн на локальных неоднородностях диэлектрической роницаемости среды ( рассеив'ателях , глобулах или раднооблаках ), появляющихся из-за турбулентных ( вихревых) процессов в атмосфере. Эта теория применяется для объяснения как тропосферного, так и ионосферного распространения.

В тропосфере диэлектрическая проницаемость г зависит от влажности, температуры и давления воздуха. Турбулентные движения воздушных потоков приводят к честным изменениям влажности, температуры и давления и как следствие к появлению местных неоднородностей диэлектрической проницаемости.

В ионосфере, где газ сильно разрежен и иС1нязН(ро.ван, диэлектрическая проницаемость г определяется в овном электронной плотностью газа и зависит от рабочей частоты. Вихревые движения потоков газа приводят к местным сгущениям и разрежениям электронной плотности и опять к появлению местных иеоднородиостей диэлектрической проницаемости. Распыление ме- теоров в ионосфере также вызываетэти неоднородности.

3 простейшем случае, когда электромагнитная волна падает а неоднородность ( Дг ) с линейными размерами L, соизмеримыми с длиной волны X, и изменение диэлектрической проницаемости Дг невелико, т. е. Д^ < г процесс рассеяния упрощённо можно представить следующн.м образом.

/Плоская волна, падающая на неоднородность, остаётся плоской из-за малой вел'Ичнны Дг. Влияние неоднородности про--Является в том, что, кроме невозмущённой плоской волны, появляется небольшое, рассеянное этой неоднородностью, поле. Для оценки характера рассеянного поля можно представить неоднородность в виде антенны, равномерно облучаемой плоским полем. ТаК как размеры неоднородностей соизмеримы с длиной волны, интенсивность вторичного поля, излучённого такой антенной, неравномерно распределяется ib пространстве. Основное излучение происходит в прямом направлении, т. е. в направлении движения первичной волны, н, кроме того, появляется излучение по боковым направлениям, Упрощённая картина рассеяния единичной иеодиородностью представлена на рнс. За.

В реальной атмосфере на пути распространения волны встречаются случайные движущиеся вознйк]ающие и исчезающие неоднородности различных размеров L и различной интенсивности Дг. К.Ж показывают эксперименты, результирующее поле рассеяния, представляющее сумму элементарных полей, характеризуется диаграммой рассеяния, ъ которой интенсивность поля в боковых направлениях значительно меньше, чем в прямом (рис. 36). Рассеяние такого характера называют рассеянием вперёд .

Понятно, что при приёме иа больших расстояниях за горизонтом (риг. 4), невозможно использовать компоненты поля, движущиеся в прямом направлении АВ. Сигнал может достигнуть точки С только за счёт распространения боковых составляющих, рассеянных в некотором объёме V, образованном пересечением телесных углов диаграмм направленности передающей и приёмной антенн. В этом случае на приемную антенну воздействует как бы вторичное поле, состоящее из многих компонентов, пришедших из разных областей рассеивающего объёма. Эти компоненты сдвинуты во времени и 1незавич;н-М0 друг от друга меняются шо фазе и амплитуде вследствие хаотического движения неоднородностей в

3-1 07 7

Рис. 3

Рис. 4

Пределах рассеивающего объёма. Для оценки напряжённости поля вводят понятие об угле рассеяния ©, определяя его как угол между направлениями мйксимальнога излучения передающей и приёмной алтени (рис. 4).

Напряжённость поля в-месте приёма зависит от статистических характеристик в-пространстве и во времен числа, размеров L и величины Дг неоднородностей диэлектрической проницаемости, охватываемых рассеивающим объёмом V. Эти характеристики определяют диаграмму рассеяния. На интенсивность поля влияют также размеры рассеивающего объёма V.

Теория рассеяния радиоволн на турбулентных неоднородно-стях хорошо объясняет значительную часть явлений, наблюдаемых при дальнем приёме укв. Однако в ряде случаев между теорией и экспериментом получаются существенные количественные расхождения, которые являются результатом иеоовершенства теории и идеализации исходных данных о неоднородностях диэлек.-тритеской проницаемости атмосферы. Эти расхождения могут появиться и в том случае, если одновременно действует и другой механизм распространения, не учитываемый данной теорией.

Вторая теория предполагает возможность дальнего приёма укв за счёт образования полей путём частичных внутренних отражений, получающихся при прохождении волны через ноодиород-иую среду. Эта рия разрабатывается пока для тропосферного распространения укв и предполагает, что в тропосфере частичные внутреннне отражения радио^воли возможны как вследствие плавных и непрерывных изменений диэлектрической проницаемости с высотой, так и в результате появления слоистых неоднородностей с резкими градиентами диэлектрической проницаемости.

Эта гипотеза позволяет объяснить наблюдаемые средние уровни полей за горизонтом, ио с её помощью ие представляется возможным истолковать некоторые характеристики этих полей, например, флуктуационные.

Весьма вероятно, что процессы дальнего распространения укв обусловлены не только двумя указанными выше явлениями, но и другими, пока ещё ие раскрытыми.

При дальнейшем рассмотрении процессов дальнего тропосферного и ионосферного- распространения укв мы будем интерпретировать ряд экспериментально выявленных закономерностей, пользуясь первой гипотезой, т. е. теорией рассеяния радиоволн на локальных неоднородностях диэлектрической проницаемости.

III. ДАЛЬНЕЕ ТРОПОСФЕРНОЕ РАСПРОСТРАНЕНИЕ УЛЬТРАКОРОТКИХ ВОЛН

Диэлектрическая проницаемость тропосферы

При рассмотрении процессов дальнего тропосферного распространения ультракоротких волн необходимо иметь в виду следующие закономерности изменения диэлектрической проницаемости тропосферы, известные иа сегодняшний день. При средних условиях состояния атмосферы относительная диэлектрическая проницаемость воздуха у по-верхности Земли немного больше единицы и постепенно уменьшается с высотой, достигая единицы на очень больших высотах. В разных метеорологических и климатических условиях у поверхности Земли величина s имеет порядок

Е= 1 -f (5,8-9,2) 10-*

Монотонное изменение диэлектрической проницаемости приводит к рефракции, т. е. к плавному искривлению траектории движения радиоволн в тропосфере. Прн среднем состоянии атмосферы искривление траектории иез11ачительно и предельное расстояние прямой видимости за счет рефракции увеличивается так. как если бы прямолинейное распростран е происходило над более плоской Землей с радиусом, равным 4/3 истинного. Степе1нь и характер рефракции меняется в зависимости от метеорологических условий. Изменение рефрэ'кции приводит к медленным изменениям среднего уровня напряжённости поля в точке приёма.

Измерения при помощи эефрактометров, а также непосредственные измерения флуктуации температуры, влажности и давления воздуха показали, что, кроме монотонных изменений диэлектрической проницаемости в тропосфере, имеются местные, локальные изменения , вызванные турбулентными движениями потоков воздуха. Как уже указывалось выше, наличие таких местных неоднородностей и обусловливает рассеяние радиоволн.

Отклонение диэлегстр]!ческой лроницэе.мости от среднего значения е выражается через изменения плотности -воздуха Д 5, абсолютной температуры 4Г и влажности в виде

Лг= 0.45 ip-b 3.4 10з^ Л,л7~у

К настоящему времени изучены флуктуации давления и температуры. Флуктуадии влажности исследованы очень мало, между тем как попытки построить теорию рассеяния без уча флуктуации влажности приводят к огромному расхождению с опытными данными.