Учет рефракции радиоволн

Рефракцией называется искривление траекторий распростра-нения радиоволн, обусловленное неоднородным строением тропос-феры. Основное влияние на рефракцию оказывает неоднородность диэлектрической проницаемости воздуха ε в вертикальном направ-лении, которая характеризуется вертикальным градиентом диэлектри-ческой проницаемости

, (8.13)

, (8.12)

где Т – температура воздуха по абсолютной шкале (Т = 273° + t °),

h – высота над поверхностью земли,

Р – давление воздуха, мбар,

е – давление водяных паров, мбар.

Обычно величину g принято считать отрицательной, когда ε уменьшается с высотой, и положительной, когда ε с высотой воз-растает.

Горизонтальные неоднородности ε значительно меньше верти-кальных и проявляются чаще всего на границе суши с морем.

Распространение укв на интервалах обычных РРЛ происходит в приземном слое тропосферы толщиной десятки–сотни метров, где метеорологические параметры, а следовательно, и ε подвержены особенно сильным изменениям как в пространстве, так и во времени.

Эквивалентный радиус Земли. Для приближенного учета рефракции укв при линейном изменении ε с высотой вводят понятие эквивалентного радиуса земли а_э. Под величиной а_э понимают такое значение радиуса, при котором траектории радиоволн можно считать прямолинейными, причем

, (8.13)

где а = 6370 км – геометрический радиус Земли.

При g=0 а_э = a, т.е. рефракция отсутствует.

Виды рефракции. В зависимости от g и а_э различают следующие виды рефракции радиоволн в тропосфере (рис. 8.2):

1. Отрицательная рефракция или субрефракция, которая наблюдается при g>0, а_э<а. Субрефракция появляется при возрастании влажности воз-духа с высотой, причем наиболее часто осенью или весной во время приземных туманов. Она нередко носит местный характер и отме-чается на трассе РРЛ или ее участке, где имеются низины и застаивается холодный воздух.

Рис 8.2. Виды рефракции

2. Положительная реф-ракция, которая наблюда-ется при g<O, а_э>а.

Частные случаи положительной рефракции:

1) Стандартная рефракция – при g = -8·10^–8 1 /м, а_э = а =
= 8500 км. Это наиболее распространенный случай рефракции, обусло-вленный средним состоянием тропосферы.

2) Повышенная рефракция – при g< -8·10^–8 1/ м, а_э >8500 км.

Наиболеечасто наблюдается в вечерние, ночные и утренние часы летних месяцев, а иногда в эти же часы весной или осенью. Причинойвозникновения являются температурные инверсии (увеличение температуры воздуха с высотой) и резкое уменьшение влажности, связанные с назреванием и охлаждением земной поверхности, сменой теплых и холодных воздушных масс и т. д.

3) Критическая рефракция – при g _к = -31,4·10^–8 1/ м, а_э = ∞, т.е. траектория волны концентрична земной поверхности. Условия возникновения те же, что для повышенной рефракции.

4) Сверхрефракция – при g< -3,14·10^–81 м.

В этом случае волны преломляются к поверхности земли, отра-жаются от нее, снова преломляются и т. д. Распространение укв при сверхрефракции называют волноводным, так как оно происходит в пределах тропосферного волновода. Волноводы могут появляться в приземном (приводном) и в приподнятом слоях воздуха. При этом они обнаруживаются как по всей трассе, так и на отдельных ее участках. Волноводные условия распространения возникают, главным образом, над теплыми морями и над сушей в районах с ровной подстилающей поверхностью.

Несмотря на значительное увеличение дальности связи при вол-новодном распространении (сотни километров), это явление не может быть использовано для практических целей из-за малой вероятности появления волноводов. Его следует рассматривать как источник дополнительных замираний или помех на интервалах РРЛ, работающих на одинаковых или близких частотах.

Эффективный вертикальный градиент диэлектрической проницаемости воздуха. Для учета нелинейного изменения ε с высотой и изменений ε по длине трассы, которые могут наблюдаться в реальных условиях, вводится понятие эффективного вертикального градиента диэлектрической проницаемости воздуха g_э [ ].Под величиной g_э понимают постоянный по высоте градиент ε, при котором напряженность поля в точке приема будет такой же, как и в случае реального изменения ε на трассе. Величина g_э характеризует плавные изменения диэлектрической проницаемости воздуха.

Статистические распределения значений g₃ различны для разных климатических районов. Для большинства климатических районов бывшего СССР g_э подчиняются примерно нормальному закону распре-деления случайных величин со средним значением истандартным отклонением σ, причем дисперсия значений g_э в большинстве случаев значительно больше в летние месяцы.