НОВОСТИ    БИБЛИОТЕКА    ССЫЛКИ    О САЙТЕ




предыдущая главасодержаниеследующая глава

§ 3.2. Диэлектрическая проницаемость и коэффициент преломления тропосферы

Относительная диэлектрическая проницаемость ε тропосферы очень незначительно превышает единицу, однако изменения величины ε во времени и пространстве существенно влияют на распространение радиоволн, особенно УКВ. Потери мощности радиоволн в тропосфере весьма малы во всех диапазонах, кроме волн короче 3 см. Поэтому в первом приближении принимают для тропосферы γ = 0. Метод учета потерь мощности радиоволн в тропосфере рассмотрен в § 3.4.

Из курса теории поля известно, что вектор электрического смещения D‾ связан с вектором напряженности электрического поля Е‾ соотношением [1]

D‾ = εаE‾ = ε0E‾ + р‾э, (3.4)

где р‾э - момент поляризации единицы объема вещества.

В изотропных средах, где диэлектрическая проницаемость не зависит от направления распространения волны, справедливо скалярное соотношение

D = εаЕ = ε0Е + рэ = ε0Е + kэЕ, (3.5)

где kэ - диэлектрическая восприимчивость вещества.

Из выражения (3.5) следует, что

εа = ε0 + kэ, (3.6)

или


Воздух можно представить как смесь сухих газов и водяного пара. Следовательно,


где kэг и kэп - соответственно диэлектрическая восприимчивость газа и водяного пара.

Молекулы газов не обладают начальным электрическим моментом, и их поляризация обусловлена смещением нарядов в молекуле относительно равновесного положения, Поэтому величину kэг определяют из формулы

kэг = k′эгNM. (3.9)

где k′эг - диэлектрическая восприимчивость одной молекулы газа.

Молекулы водяного пара имеют постоянный электрический момент, и их поляризация обусловлена не только смещением зарядов в молекуле, но также поворотом самой молекулы в направлении поля. Повышение температуры увеличивает скорость движения молекул и затрудняет ориентацию молекул в направлении поля, так что величина kэп зависит от температуры воздуха:


Подставляя (3.9) и (3.10) в (3.8) и учитывая (3.1), получим


где рг и pп - соответственно парциальное давление газа и водяного пара.

Коэффициенты, стоящие перед величинами р и Т в этой формуле, определяют экспериментально. Подставляя их значения и выражая суммарное давление р и парциальное давление пара рп в паскалях, температуру Т в абсолютных градусах, окончательно получим


Значение ε очень незначительно превышает единицу, а потери мощности в тропосфере (следовательно, и электропроводность) существенны только в диапазоне сантиметровых и более коротких волн.

Поэтому согласно (1.55) коэффициент преломления тропосферы


откуда


С учетом выражения (3.12).


Коэффициент преломления тропосферы не зависит от частоты для длин волн более 1 см. Для волн миллиметрового диапазона существенно сказываются потери мощности, что можно учесть путем введения комплексной диэлектрической проницаемости воздуха. Тогда коэффициент преломления n будет зависеть от частоты [см. формулу (1.58)].

В силу малого отличия n от единицы удобнее пользоваться величиной N = (n - 1) · 106, называемой индекс преломления тропосферы. Вблизи земной поверхности индекс преломления зависит от климатических и метеорологических условий и колеблется в пределах 260÷460.

В нормальной тропосфере значение N изменяется с высотой линейно, причем для средних широт градиент изменения с высотой составляет

dN/dh = - 40 км-1 или dn/dh = - 4·10-5 км-1.

На высоте 9 км значение N = 109 и постоянно в течение года на всем земном шаре.

В реальных условиях часто наблюдается нерегулярное изменение метеорологических параметров Т, р, рп с высотой, что приводит к сложной зависимости N от высоты.

предыдущая главасодержаниеследующая глава








© Сенченко Антонина Николаевна, Злыгостев Алексей Сергеевич, 2010-2018
При копировании обязательна установка активной ссылки:
http://rateli.ru/ 'rateli.ru: Радиотехника'