Файл: Керблай, Т. С. О траекториях коротких радиоволн в ионосфере.pdf

частоты. Объясняется это тем, что роль градиентов / 0, hm и ут тесно связана с глубиной проникновения радиоволны в слой [79]. В нижней части слоя определяющими в величине градиента пока­ зателя преломления являются градиенты геометрических пара­ метров. Вблизи максимума слоя значительно больше вклад гра­ диента критической частоты. Об этом свидетельствуют кривые рис. 52, на котором представлены вклады отдельных членов, вклю­ чающих различные градиенты, в величину дп/дѲ. Значения гра­ диентов равны максимальным градиентам, имеющим место в сред­ неширотной спокойной ионосфере в периоды восхода. Из рисунка следует, что для лучей, отражающихся на небольших высотах, градиент показателя преломления будет определяться градиента­ ми hm и ут, тогда как для лучей, проникающих до высот, близких к hm, определяющим будет градиент критической частоты.

Глубина проникновения в слой радиоволн с частотами, равными МПЧ, в зависимости от геометрии слоя и расстояния скачка может

частоты становится преобладающим. Отсюда следует, что в боль­ шинстве случаев основное влияние на МПЧ должен оказывать градиент критической частоты. Исключение составляет случай, когда имеют место градиенты геометрических параметров, приво­ дящие к существенному наклону всей толщи слоя. Согласно кар­

dRm/dQ, dfc/dQ на величину дп/дВ [g/j

Цифры у кривых — вначения /0 в Мец

85

11

'У VI ” 140 к . \Ь

У т — 120 к. U

например, при увеличении геометрической полутолщины слоя происходит рост ДМПЧ.

В табл. 6 приведены данные, характеризующие изменение вели­ чины МПЧ с изменением градиента критической частоты слоя F2 для различных моделей слоя (градиенты высоты максимума и полу­ толщины в этих случаях равны — 1,5 и —0,75 км соответствеиио).

В таблице ДМПЧ % характеризует оценку возможного увели­ чения МПЧ вследствие горизонтальной неоднородности ионосферы:

ДМПЧ%

(МПЧ — МПЧо)-100

МПЧо

86

Равенство градиента нулю соответствует случаю сферически-

правку к величине МПЧ, рассчитанной на основе среднемесяч­ ных ионосферных данных в предположении сферичности ионо­ сферы. ДМПЧ%, соответствующая градиенту Д/0 = 0,75 Мгц, дает количественное представление о возможном увеличении МПЧ в те моменты времени, когда величина градиента превышает его медианное значение.

§5. Боковые отклонения траектории

Втрехмернонеоднородной ионосфере пучок лучей, являю­ щийся в точке излучения гомоцентрическим, не сохраняет в точ­ ке приема своей первоначальной формы. Вблизи точки приема будет наблюдаться пространственный спектр лучей, что в ряде случаев, как показано в гл. V, приведет к дополнительной фоку­ сировке или дефокусировке энергии волны.

Для примера на рис. 53 для нескольких углов излучения а приведены величины отклонений точек прихода лучей от плос­ кости дуги большого круга, проходящей через точку приема и излучения, в зависимости от расстояния скачка для рабочей частоты 20 Мгц. Каждая кривая рисунка представляет собой се­ мейство точек прихода лучей, излученных под одним и тем же уг­ лом а, но под разными углами Д. Величины углов а написаны над соответствующими кривыми. По оси абсцисс нанесены отклоне­

ния в километрах (7?зХ), по оси ординат — расстояние скачка в километрах (D). Ось ординат соответствует дуге большого круга. Параметры ионосферы и их градиенты, взятые для расчета, сле­

тронной плотности. Отклонение точки отражения происходит также в сторону роста электронной плотности.

Величина бокового отклонения любой точки траектории за­ висит от степени горизонтальной неоднородности ионосферы, рабочей частоты, длины пути от начальной точки до текущей.

На рис. 54 для серии рабочих частот приведены боковые от­ клонения точек отражения (7?зХ) в зависимости от расстояния Di, которое соответствует горизонтальной проекции длины пути в слое от точки вхождения луча в слой до точки отражения. На кривых указаны рабочие частоты (в Мгц), которым они соот­ ветствуют. Параметры ионосферы те же, что и для рис. 53.

Рис. 54 дает наглядное представление о количественных вели­ чинах отклонений текущей точки траектории лучей, приходящих

87

Оі 'Щ км

Рис. 53. Отклонение точек прихода лучей от линии, соединяющей точки излу­ чения и приема

Рис. 54. Смещение точки отражения относительно плоскости дуги большого круга

на дугу большого круга. Отклонение точек отражения характе­ ризует максимальное отклонение траектории луча, приходящего в точку приема. Из рисунка видно, что величины отклонений точек отражения от дуги большого круга малы по сравнению с рас­ стоянием D і. Поэтому при наличии градиента в направлении, отличном от азимута' линии, основное изменение параметров электронной плотности будет вызываться составляющей гради­ ента в направлении азимута. Этим объясняется слабое влияние градиента в поперечной плоскости на величины МПЧ, расстоя­ ния скачка и углы прихода в вертикальной плоскости.

Поскольку траектория луча выходит из плоскости дуги боль­ шого круга, в точке приема направление луча не будет совпа­ дать с азимутом линии, а составит с ним некоторый угол а. Вели­ чина этого угла, так же как и бокового отклонения траектории, зависит от степени горизоитальной неоднородности ионосферы, рабочей частоты, расстояния скачка. Естественно, для одной и той яш рабочей частоты углы а растут с уменьшением расстояния и достигают максимальных значений на расстояниях, для кото­ рых данная частота становится равной МПЧ. Объясняется это тем, что радиоволна по мере приближения к МПЧ проходит больший путь в слое и, следовательно, эффект горизонтальной неоднородности проявится сильнее, так как ои является инте­ гральным. Для одного и того же расстояния углы а больше для радиоволн более высоких частот. Это связано также с увеличе­ нием длины пути в слое.

88

Рис. 55. Зависимость угла а от расстояния D при горизонтальной неоднород­ ности ионосферы в поперечной плоскости

Рис. 56. Зависимость угла а от расстояния D при произвольном направлении градиента

Для иллюстрации иа рис. 55 и 56 приведены графики зависи­ мости углов а от полного расстояния скачка D . Рис. 55 соответст­ вует случаю dN/dQ — 0, dN/d% =f=0, рис. 56 — случаю dNIdQ =f=О, dNIdx ф 0. Параметры ионосферы в обоих случаях следующие:

в спокойной ионосфере, невелики. Максимальные изменения для частот, не превышающих МПЧ и распространяющихся нижним лучом на расстоянии более 1000 км, составляют 3—5°. Этот вывод находится в согласии с данными экспериментов [99]. На рис. 57 из работы [99] изображены гистограммы вариаций азимута, по­ лученные усреднением суточной вариации за месяц. Гистограм­ мы приведены для ряда радиолиний.

По-видимому, отклонения порядка 20° и более, встречающиеся в практике радиосвязи, за редким исключением, не могут быть объяснены наличием регулярных горизонтальных градиентов электронной плотности. Как правило, в этих случаях связь осу­ ществляется на частотах выше МПЧ и, возможно, является ре­ зультатом рассеяния на неоднородностях электронной плотно­ сти, или земной поверхностью.

89

На рис. 58 приведен пример записи азимута сигнала (15 Мгц), посылаемого с Гавайских островов в ноябре 1955 г. и измерен­ ного в обсерватории Охира (Оігіга). Волна приходит с почти истинного азимута до тех пор, пока частота сигнала ниже, чем МПЧ по дуге большого круга (БК), азимут начинает отклонять­ ся, когда частота стаповптся равной указанной МПЧ, и продол-

Рис. 58. Зависимость вариаций азимута от соотношения рабочей частоты п МПЧ [99]

90