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

териалов [54], при малых Ал dB/dAx больше, чем для сферического слоя, при больших Ал — меньше. Однако определяющим для S e является множитель sinAg/cosAx, так как его изменения перекры­ вают изменения dO/dAl. Таким образом, S e-j несколько больше Аео н ПРИ наличии положительного градиента электронной кон­ центрации на радиолинии имеется дефокусировка по сравнению со случаем отсутствия градиента.

б) Электронная концентрация монотонно убывает- в направле­

множителя для сферически-симметричного слоя н, несмотря иа раз­ ные изменения dQ/dA1 при больших п малых углах А, в результа­ те S eft меньше Ае|; и Se0 й имеет место фокусировка как по отно­

ции dN/дхФ 0,.dN/dQ = 0, то в этом случае величину Se можно представить следующим выражением:

Как следует из предыдущей главы, величины А и Ѳ при наличии горизонтального градиента поперечного направления мало отли­ чаются от соответствующих величин при отсутствии градиента, следовательно, tgA и | dQ/dA |не будут существенно отличаться. Чтобы оценить эффекты фокусировки, характерные для рассмат­ риваемого направления градиента, в формуле (5.4) необходимо

ях. Некоторые различия имеют место только иа расстояниях скач­ ка, близких к радиусу мертвой зоны.

На рис. 66 приведены результаты расчетов горизонтальных раз­ меров пучка лучей, приходящих после отражения от сфериче-

104

ского слоя (а) и от слоя с поперечным^ горизонтальным градиен­

том (б).

Так как а 2обычно мало н cos а„ близок к единице, горизонталь­ ный размер пучка достаточно точно может быть оценен величиной

66

щая фиксированному значению а х, представляет собой геометри­ ческое место точек прихода лучей с аг = const н различными уг­

лами А.

При отражении от сферического слоя в пределах рассматри­ ваемых расстояний имеется только расхождение пучка лучей, соответствующее растеканию его вдоль сферического сегмента. При отражении от слоя с поперечным градиентом видно горизон­ тальное смещение пучка, особенно резко увеличивающееся вблизи минимального расстояния скачка (радиуса мертвой зоны). Однако горизонтальный размер пучка для расстояний от 1500 до 3000 км практически не изменяется из-за поперечного градиента иони­

зации.

Некоторое увеличение горизонтального размера пучка при отражении от слоя с поперечным градиентом может быть заме­ чено в сравнительно узком диапазоне расстояний 1400—1500 км (рис. 66), т. е. в пределах 100 км от радиуса мертвой зоны. Это уве­ личение d%примерно в 1,5 раза вызывает дефокусировку в области мертвой зоны, которая должна несколько уменьшать фокусиров­ ку" при приближений к границе мертвой зоны, возникающую при dD/dA.-+0. Таким образом, постоянный поперечный градиент электронной концентрации в ионосферном слое не вызывает замет­ ных изменений пространственного ослабления радиоволны, отра­ жающейся от этого слоя, по сравнению с отсутствием поперечного

градиента.

Большая фокусировка (или дефокусировка в зависимости от знака градиента) может быть получена при непостоянном или ме­ няющем знак поперечном градиенте. Качественно это ясно из рассмотрения рис. 66. Если в пределах пучка лучей меняется по­ перечный градиент, например, иа левой границе пучка градиент отсутствует и горизонтальный размер пучка будет подчиняться закону, изображенному на рис. 66, а, на правой границе пучка градиент /с будет равен 0,01 Мгц/км, что соответствует расчету, представленному на рис. 66, б, то с уменьшением расстояния D горизонтальный размер пучка будет сильно уменьшаться, приводя

к фокусировке.

На рис. 67 приведены отношения эффективного расстояния для слоя с неравномерным поперечным градиентом Sej_ к S e0 для сфе­ рического слоя. Расчет Se± выполнен в предположении, что на од­

106

ной границе пучка лучей шириной 2° dfjdx — 0, а на другой гра­ нице ö/c/9% = 0,01 Мгц/км и скорость роста /с непрерывно уве­ личивается. Из рисунка следует, что для больших расстояний имеется незначительная фокусировка по сравнению со сфериче­ ским слоем, на расстояниях 2000—3000 км она не превышает 1 дб. С уменьшением расстояния фокусировка увеличивается, до­ стигая 3 дб при D — 1500 км и 6 дб при 1450 км (радиус мертвой зоны 1380 км). Еще больших значений фокусировка может до­ стигать, когда на границах пучка поперечные градиенты имеют разные знаки. Такой случай является весьма актуальный! и осу­ ществляется в слое F2 ионосферы в ранние утренние часы, когда f 0F2 имеет минимум, сменяющийся затем очень резким подъемом.

^ei ^eo

Рис. 67. Эффект фокусировки при наличии непостоянного поперечного градиента

В этом случае на радиолиниях меридионального направления на­ блюдающийся градиент электронной концентрации имеет попе­ речное направление и должны наблюдаться эффекты фокусиров­ ки. В некоторой степени это относится и к вечерним часам.

Выше рассматривались эффекты фокусировки прн уменьше­ нии электронной концентрации от границ пучка лучей к цен­ тру. Естественно, что обратное направление градиента вызывает дефокусировку.

3. Горизонтальный градиент произвольного направления,

непостоянный по величине. Рассмотренные частные случаи пока­ зывают, что в зависимости от направления градиента по отноше­ нию к радиолинии могут возникать эффекты фокусировки и де­ фокусировки пучка радиоволн. Учитывая, что реальная ионосфера характеризуется меняющимися во времени и пространстве вели­ чинами и направлением градиентов электронной концентрации, ясно, что могут создаваться самые различные условия, влияющие на пространственное ослабление радиоволн.

Однако если не интересоваться величиной сечения пучка ра­ диоволн в самой ионосфере и оценивать только степень ослабле­ ния их в наземном пункте приема, то вычисления траектории ра­ диоволн в ионосфере с градиентом электронной концентрации произвольного направления, рассматривавшиеся в предыдущей

107

Гл а в а VI

СПОСОБЫ РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН НА ЛИНИЯХ СВЯЗИ

§1. Общие замечания

оспособах распространения радиоволн на линиях связи

Впредыдущих главах преимущественно рассматривалась тра­ ектория радиоволны в пределах одного скачка, в этой главе при­

водятся некоторые сведения о распространении радиоволн па рас­ стояния, превышающие среднюю дальность одного скачка (3500— 4000 км).

Наиболее часто встречающийся способ распростраиеыия корот­ ких радиоволн на дальние расстояния — это скачковое распро­ странение между Землей и ионосферой, но он не является един­ ственно возможным.

В последние годы большое внимание уделяется изучению раз­ личных, нестандартных способов распространения радиоволн, включающих эффекты рассеяния Землей и ионосферой, распро­ странение волноводного типа (рикошетпроваиие, при отражении от ионосферных слоев пологопадающей волны, возникновение виутриионосферного канала, концентрация энергии вдоль маг­ нитной силовой линии) и другие. Рассмотрение всех этих спосо­ бов выходит за рамки данной книги. Однако следзшт заметить, что часто более сложные способы распространения возникают в комбинации со скачковыми способами или как бы являются их крайним случаем. Так, скачковая траектория при отражении от слоя с отрицательным градиентом электронной концентрации вдоль пути распространения может перейти в рикошетирующую траекторию по мере увеличения асимметрии скачка. Возникно­ вение сильно асимметричной траектории на первом скачке может обеспечить вход волны в ионосферный канал различных типов. Поэтому рассмотренные ниже эффекты горизонтальной неодно­ родности ионосферы и их количественные оценки могут быть ис­ пользованы при определении вероятности возникновения различ­ ных нестандартных способов распространения радиоволн.

Наиболее простой способ распространения — это отражение от одного слоя (например, слоя F2) с примерно равными скачками.

ствляется. Параметры распределения электронной плотности вдоль радиолинии не остаются постоянными, что объясняется из­ менением местного времени и широты областей отражения радио-

109