Файл: Красюк Н.П. Электродинамика и распространение радиоволн учеб. пособие.pdf

фактора проявляется более сильно. На рис. 16.9 приведена за­ висимость расчетного коэффициента полного поглощения от высоты полета спутника для частоты 200 Мгц [6].

Как видно из рисунка, поглощение радиоволн имеет наиболь­ шую величину на высотах ЗО-г-50 км.

Наличие плазменной оболочки вокруг спутника вызывает также рассогласование антенны с радиоустройствами спутника вследствие изменения входного сопротивления антенны. Плазменная оболочка искажает диаграмму направленности антенн, а из-за большого на­ грева антенны и поверхности спутника увеличивается эквивалент­ ная шумовая температура антенны, т. е. возникают дополнительные помехи радиосвязи.

Для улучшения условий распространения радиоволн при связи со спутником при вхождении его в плотные слои атмосферы антен­ ны желательно располагать на боковых поверхностях спутника, вблизи которых электронная концентрация меньше, чем у носовой части.

На восходящем участке траектории при запуске спутника вокруг него образуются потоки ионизированного газа, истекающие из соп­ ла работающего ракетного двигателя. При этом ионизации подвер­ гаются вещества, которые являются продуктом горения топлива и которые легко ионизируются под действием высокой температуры струи. В первый момент запуска ионизированные потоки не имеют четко выраженных границ и ионизированный газ окружает всю ра­ кету, что ухудшает условия распространения радиоволн, а следова­ тельно, и условия радиосвязи между ракетой и командным пунктом на Земле. Спустя некоторое время после запуска струя от двигателя приобретает определенную конфигурацию факела.

Максимальная электронная концентрация в струе наблюдается у сопла двигателя, где она достигает значений 1010-М 0 И эл/слг3, что соответствует критической частоте порядка 1 Ггц. По мере удале­ ния от сопла электронная концентрация убывает обратно пропорци­ онально квадрату расстояния. Так же как и плазменная оболочка спутника, струя ионизированного газа от двигателя ракеты вызыва­

486

ет поглощение радиоволн, причем наибольшее поглощение испыты­ вают радиоволны, проходящие через центральную, наиболее плотную часть струи. Для уменьшения поглощения радиоволн необ­ ходимо увеличивать угол между осью ракеты и направлением рас­ пространения радиоволн. Это достигается путем удаления наземной антенны от места запуска ракеты, а также путем удаления антенны ракеты от двигателя.

§ 16.6. ОШИБКИ, ВНОСИМЫЕ АТМОСФЕРОЙ ПРИ ИЗМЕРЕНИИ УГЛОВЫХ КООРДИНАТ СПУТНИКА РАДИОТЕХНИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ

Присутствие атмосферы Земли приводит к тому, что при изме­ рении радиотехническими методами угловых координат спутника и расстояния до него в результаты измерений вносятся ошибки, обус­ ловленные влиянием атмосферы на распространение радиоволн.

О ш и б к и при и з м е р е н и и у г л о в ы х к о о р д и н а т спутника наблюдаются за счет искривления траектории ,волны при ее распрост­ ранении в тропосфере и ионосфере. Они возникают в результате того, что направление прихода радиоволн от объекта не совпадает с истинным направлением на объект.

Для рассмотрения влияния т р о ­ п о с ф е р ы на точность определения угловых координат обратимся к рис. 16.10. Ошибкой за счет рефрак­ ции радиоволн в тропосфере будем называть угол Аф между истинным направлением А С на объект и ка­ сательной A B к траектории волны в точке расположения приемной ан­ тенны, т. е.

А?=9и —<Рк*

Из рис. 16.10 следует, что угол фи как внешний угол треугольни­ ка О А С равен сумме углов а и ф:

487

Выражение для tgcp можно найти из уравнения траектории вол­ ны в тропосфере (14.4), которое в принятых на рис. 16.10 обозна­ чениях имеет вид

п3а sin срк — п Н sin <р,

где п3— показатель преломления тропосферы у поверхности Земли. Отсюда

Подставим (16.17) в (16.16), а затем полученное выражение в (16.15)'. Интегрируя величину da, находил? следующее выражение для угла а:

Здесь h0 — высота нижней границы ионосферы, примерно 60 км, а Ф о — угол падения волны на нижнюю границу ионосферы.

488

Г л а в а 17

ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ САНТИМЕТРОВЫХ, МИЛЛИМЕТРОВЫХ И ОПТИЧЕСКИХ РАДИОВОЛН В ТРОПОСФЕРЕ

§ 17.1. О С Л А БЛ ЕН И Е ЭЛЕКТРОМ АЕНИТНЫ Х ВОЛН В ТРОП ОСФ ЕРЕ

Прежде всего отметим, что, кроме сантиметровых (?.= І4-10 см) и миллиметровых (А,= І4-10 мм) волн, в настоящей главе рассмат­ риваются особенности распространения оптических волн, которые подразделяются на: дальние ИКВ (инфракрасные — субмиллимет­

=0,4 жюи4-0,75 мкм).

Характерной особенностью сантиметровых и более коротких ра­ диоволн является их ослабление в тропосфере. Для учета ослабле­ ния в соответствии с (7.24) в формулы радиосвязи, определяющие мощность принимаемых сигналов, должен быть введен экспоненци­ альный множитель

(17.1)

где ѵ0 = 2а — коэффициент ослабления волн по мощности в тропо­ сфере.

В формулы радиолокации для учета ослабления на прямом и обратном пути распространения волн вводится множитель

(17.1а)

Ослабление радиоволн, как отмечалось в главе 16, происходит как в «чистой» атмосфере (водяной пар и молекулы газа), так и в результате ослабляющего действия взвешенных жидких и твердых частиц (атмосферные образования, например, в виде пыли, осад­ ков, тумана и др.). Поэтому

где уа — коэффициент ослабления в «чистой» атмосфере; \д— коэф­ фициент ослабления в атмосферных образованиях.

Может оказаться, что разные причины, вызывающие ослабление радиоволн, имеют место на различных участках радиолинии. Х а ­ рактерным примером этого является рассмотренная в главе 16 ли­ ния Космос— Земля. Здесь от спутника до верхних слоев ионосфе­ ры практически нет ослабления радиоволн, а на участке от верхних до нижних слоев есть. Далее на участке линии в стратосфере ос­ лабление сравнительно мало, и затем имеет место ослабление в тропосфере. Ослабление радиоволн в тропосфере, обусловленное водяными парами и газами, происходит на протяжении всей тропо­ сферы, а ослабление в гидрометеорах — только на некоторых участ­

489