НОВОСТИ    БИБЛИОТЕКА    ССЫЛКИ    О САЙТЕ




предыдущая главасодержаниеследующая глава

§ 4.10. Применимость приближения геометрической оптики при исследовании отражения радиоволн от ионосферы

Распространение и отражение радиоволн в ионосфере мы рассматривали с позиций геометрической оптики.

Выясним справедливость такого подхода для случая нормального падения волны на слой ионосферы. Как и раньше, будем считать ионосферу плоскослоистой средой, т. е. предположим, что диэлектрическая проницаемость меняется только в вертикальном направлении вдоль оси h (см. рис. 4.10).

В этом случае напряженность поля Е зависит только от координаты h и должна удовлетворять волновому уравнению


где ε - функция частоты и высоты.

Если бы ионосфера была однородной, то решение уравнения (4.50) записалось бы в виде


Если среда неоднородна, но на протяжении длины волны ее свойства меняются мало, то распространение волн на небольшом участке пути близко к распространению волн в однородной среде с коэффициентом преломления, соответствующим данному участку неоднородной среды. Таким образом, распространение радиоволн в неоднородной среде должно быть примерно таким же, как распространение радиоволн в однородной среде с меняющейся диэлектрической проницаемостью. Это значит, что уравнение в этом случае должно быть аналогичным (4.51) с заменой  

на  

т. е. иметь вид


Условие медленного изменения свойств среды на протяжении длины волны считается выполненным, если соблюдается неравенство

dε/dh << ε/λср,

где λср - длина волны в среде.

На протяжении длины волны в среде отклонение диэлектрической проницаемости от среднего значения должно быть значительно меньше этой величины.

Условие применимости приближения геометрической оптики не соблюдается, если имеется резкое изменение диэлектрической проницаемости (велика производная dε/dh) или мала величина диэлектрической проницаемости ε. В ионосфере резкие градиенты ε наблюдаются только при появлении спорадических слоев (см. § 4.3).

Как было показано [см. уравнение (4.42)], отражение радиоволн при нормальном падении на ионосферу происходит в области, где ε → 0. Ясно, что при этом длина волны в среде  
становится очень большой, и изменение свойств среды на протяжении длины волны не может быть медленным.

Чтобы выяснить, какие явления происходят в случае отражения радиоволн и какова ошибка, возникающая при исследовании процессов отражения с позиций геометрической оптики, рассмотрим результаты строгого решения этой задачи [9].

Распределение электронной плотности по высоте в каждом отдельном слое ионосферы хорошо аппроксимируется параболическим законом:


где Nэmax - электронная плотность в максимуме ионосферного слоя; hmax - полутолщина слоя.

Отсчет высоты ведут от максимума слоя (см. рис. 4.10).

Диэлектрическая проницаемость ионосферного слоя меняется согласно выражению (4.8):


Отражения в точках h = ± hmax не рассматриваются, потому что в действительности имеется плавный переход к области ε = 1 и больших градиентов ε нет.

Подставляя выражение (4.54) в уравнение (4.50), имеем


Производя замену переменных, это уравнение можно привести к виду, решаемому в функциях параболического цилиндра.

В решении можно выделить выражение для падающей и отраженной волн и найти соотношение, определяющее коэффициент отражения от ионизированного слоя:


где


При малых значениях разности. (f2кр - f2)

Анализ формулы (4.56) показывает, что при f = fкр |R| = 0,71 - происходит частичное отражение волны; при f >> fкр |R| → 0 - отражение волны отсутствует; при f << fкр |R| → 1 - происходит полное отражение волны.

Таким образом, в некотором диапазоне частот часть энергии волны проходит через слой ионосферы и отражение является только частичным. При этом чем больше толщина слоя, тем более резко изменяется коэффициент отражения. На рис. 4.13 представлена частотная зависимость |R| для hmax = 20 и 100 км.

Рис. 4.13. Частотная зависимость коэффициента отражения от ионосферного слоя параболической формы: 1 - геометрическая оптика; 2 - hm = 100 км; 3 - hm = 20 км
Рис. 4.13. Частотная зависимость коэффициента отражения от ионосферного слоя параболической формы: 1 - геометрическая оптика; 2 - hm = 100 км; 3 - hm = 20 км

Для имеющихся в ионосфере толщин регулярных слоев область частичного просачивания волны оказывается очень небольшой. Так, при hmax/λкр = 10 и отклонении частоты Δf/f = ±1,7·10-2 коэффициент отражения падает и возрастает соответственно до |R|2 = 0,001 и |R|2 = 0,999.

Таким образом, практически можно считать, что R = 0 при f > fкр и R =1 при f < fкр. Критическая частота является предельной частотой волн, отражающихся от слоя ионосферы при нормальном падении волны. Поэтому для целей практики рассмотрение отражения волн от регулярных слоев ионосферы допустимо с позиций геометрической оптики.

предыдущая главасодержаниеследующая глава


ИНТЕРЕСНО:
  • 'Ростех' показал компьютеры на базе российских процессоров 'Эльбрус-8С'
  • 'Байкал Электроникс' выполнила очередной этап проекта по промышленному производству микропроцессоров
  • Представлен самый сложный на сегодняшний день микрочип, изготовленный из двумерного материала
  • Инженеры IBM уместили 30 млрд транзисторов на чип размером с ноготь
  • Samsung может обогнать Intel и стать производителем чипов №1
  • Отечественный персональный компьютер 'Эльбрус-401 РС' пошёл в серийное производство
  • Появился первый официально признанный «полностью российский чип»
  • 'Ангстрем' представил полностью отечественную линейку изделий силовой электроники
  • Samsung первой в мире запустила производство 10-нанометровых чипов
  • На базе российского процессора КОМДИВ-64 создан защищенный компьютер для военных
  • Названа цена разработки российских процессоров «Эльбрус»
  • В России разработан микроконтроллер «электронного мозга» для транспорта и робототехники
  • «Ангстрем» разработал уникальные космические транзисторы
  • Микрон вошёл в ОЭЗ с проектами производства чипов 65-45-28 нм и собственной территорией
  • Основной российский производитель электролитических конденсаторов получил 280 млн на новый импортозамещающий проект
  • В Томске разработана технология синтеза вещества для производства прозрачной электроники
  • У нас тут своя архитектура
  • Роберт Бауэр - создатель SAGFET-транзисторов
  • В России выпустили 6-ядерный 40-нм процессор
  • После 4 лет простоя Егоршинский радиозавод модернизирует производство
  • Завод радиоэлектроники открыт 'Микраном' в Томске
  • Джек Сент Клер Килби - изобретатель интегральных схем






  • © Сенченко Антонина Николаевна, Злыгостев Алексей Сергеевич, 2010-2017
    При копировании обязательна установка активной ссылки:
    http://rateli.ru/ 'rateli.ru: Радиотехника'