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

из рисунка, до уровня максимальной электронной концентрации может проникнуть только радиоволна с частотой, равной крити­ ческой частоте слоя, ///с = 1. Радиоволны как с меньшими, так и с большими частотами отражаются от более низких уровней. Уменьшение максимального уровня отражения с увеличением

частоты по сравнению с / = /0 следует из того обстоятельства, что функция nR, определяющая уровень отражения для заданной частоты, имеет экстремум (минимум) на высоте, меньшей /гт [53]. Положение этого минимума по высоте зависит от рабочей частоты. С увеличением отношения ///с экстремум опускается, приближаясь к нижней границе слоя. Отражение от высот, превышающих (rai?)min, может происходить только в случае, если радиоволны падают на слой с внешней стороны ионосферы (рис. 25). Минимум (иі?)-функции располагается значительно ниже максимума слоя. Это характерно для слоя параболической формы и других близких к ней (бипарабола, косинусоида), у которых рост иониза­ ции вблизи максимума замедляется.

Как видно из рис. 24, для более высоких частот меньше диапа­ зон углов фо, падая под-которыми радиоволны могут отражаться

45

слой

от слоя. На рис. 24 справа вертикальной тонкой линией показан максимальный угол ф = 75,° , который может быть достигнут

200

С увеличением высоты нижней границы слоя hQкривые х0Тр (фо) меняются незначительно. В масштабе рис. 24 их невозможно за­

метить. При h0 — 300 км существенно изменится только граница максимальных углов, ф = 72,°4, отмеченная на рис. 24.

Изменение глубины проникновения радиоволн в слой в зави­ слоя показано иа рис. 26. Сплошной линией

1 6

сят от полутолщины слоя. При этом следует помнить, что речь идет об относительных глубинах, выраженных в долях ут. Естест­ венно, высоты отражения, выраженные в абсолютных единицах,

Щ

Рис. 25. Схема отражений радиоволн, падающих на ионосферу снизу и сверху

Рис. 26. Зависимость изменения глубины проникновения радиоволн в слой от толщины слоя

•Оѵт = 60 к.«; г) ут = 120 км

Отдельного рассмотрения заслуживает вопрос о высотах отра­ жения максимальных применимых частот МПЧ. В стандартных методах расчета принимается, что МПЧ независимо от длины ра­

при

На основании расчетов [54] можно провести оценки высот отраже­ ния МПЧ. Эти величины действительно довольно близки к уровню

длины трассы, и с ее увеличением высоты отражения МПЧ воз­ растают.

На рис. 27 изображена зависимость абсолютного значения глубины проникновения в слой г/отр = /готр — h0 для МПЧ от длины радиолинии D при различных высотах начала слоя и при ут = 100 км. Видно, что высота отражения МПЧ сильно зависит от высоты слоя (от толщины слоя относительная высота отраже­ ния почти не зависит). Минимум высоты отражения МПЧ соот­

Зависимость высоты отражения МПЧ от протяженности радио­ линии определяется различными факторами. Здесь играют роль

48

не только законы распространения волны в ионизированном слое, но и геометрия траектории волны в неиошізироваггиом простран­ стве между Землей и ионосферой.

С увеличением расстояния увеличивается угол падения на слой, что ведет к уменьшению глубины проникновения в слой, с другой стороны, растет частота, соответствующая МПЧ, что ведет к увеличению глубины проникновения. Начппая с рас­

стояний 2000 км преобладающим становится второй фактор и мум в

уменьшение высоты отражения сменяется ростом, образуя мини­

области расстояний 1000—2000 км.

Сильная зависимость глубины проникновения в слой от высо­ ты нижней границы слоя объясняется тем, что изменение h0 при­ водит к изменению углов падения для заданного расстояния. При уменьшении /г углы ср возрастают, МПЧ для определенного расстояния соответствует большему углу ф и отражение осущест­

электронной концентрации эффективным является использование

переменных ср0 и относительной глубины проникновения х = = (hm — h)/ym- С достаточной для практических целей точностью можно найти универсальные соотношения между ///с, ср0, х0ТІ), которые могут быть использованы для слоев с разными высотами

ной концентрации в слое от его нижней границы до высоты макси­ мума линейным законом, то многие особенности распространения радиоволн, связанные с глубиной проникновения в слой, будут иными. Высота отражения радиоволн фиксированной частоты

для сравнения нанесены соответствующие кривые для параболи­ ческого слоя.

В отличие от параболического слоя максимальной высотой отражения для всех частот является высота максимума слоя. В случае, если верхняя часть слоя (внешняя ионосфера) также линейна и слой имет треугольную форму, то границей раздела между лучами, излученными с Земли и отражающимися в нижней части слоя, и лучами из внешнего пространства, отражающимися в верхней части (подобно изображенным на рис. 25 для парабо­ лического слоя), является высота hm, которая совпадает с уровнем НІ?)ш1п-

49

1 —'линейный слой; г — параболический

Влияние изменения ут на относительные глубины проникно­ вения в слой такое же, как и для параболического слоя. Измене­ ния Яотр при изменениях /і0 пренебрежимо малы. Что касается высот отражения МПЧ, то при линейной форме слоя они во всех случаях совпадают с hm.

Существенно различается форма кривых г/Отр(ф0) Для парабо­ лического и линейного слоев. Для параболического слоя глубина проникновения в слой быстро возрастает с приближением к пре­

§ 2. Расстояние, соответствующее пути радиоволны в ионосфере

В случае отсутствия горизонтальной неоднородности расстоя­ ние Di, соответствующее пути радиоволны в ионосфере, опреде­ ляется по формуле

50

где 0; — центральный угол между точкой вхождения радиоволны в ионосферу и точкой отражения.

Для наиболее часто употребляемых моделей ионосферы инте­ грал (3.2) не выражается в элементарных функциях. Для вычисле­ ния его обычно пользуются одним из следующих приемов:

1) разложение в ряд подынтегральной функции и пренебреже­ ние малыми членами с целью сведения интеграла к табличному;

2)подбор аналитического выражения N (/^-распределения таким образом, чтобы интеграл (3.2) выражался в элементарных функциях;

3)решение интеграла (3.2) численным методом с применением

ЭВМ.

Интеграл (3.2) имеет особенность: подынтегральная функция стремится к бесконечности при верхнем пределе. Однако иссле­ дования этого интеграла, проведенные в [55, 56], показали, что

интеграл имеет конечный предел при всех значениях входящих в него переменных, за исключением одного частного случая, когда

Параболический слой. Широкое распространение параболи­ ческой аппроксимации N (h), практическая потребность в опре­ делении характеристик радиосвязи для этой формы слоя привели к созданию ряда приближенных методов определения расстояния Di и других параметров, характеризующих распространение ра­ диоволн. Наиболее ранней работой этого направления является работа [57], где путем преобразований подынтегрального выра­ жения (3.2) и пренебрежения высокими степенями малой величины

где k = f/fc. Другие формулы для D t получены в работах [58, 59].

В работе [58] преобразование подынтегрального выражения производится таким же способом, как и в [57], однако сохранены

51