Влияние атмосферы на распространение радиоволн

Радиоволны

Радиоволнами, в широком смысле, являются всевозможные волновые процессы электромагнитного поля в линиях передачи, аппаратуре и природных условиях. В вакууме они распространяются со скоростью света. К естественным источникам радиоволн относятся астрономические объекты и вспышки молний. Искусственно созданные радиоволны используются для подвижной и стационарной радиосвязи, радиолокации, радионавигации, спутниковой связи, радиовещания, организации беспроводной компьютерной сети и т.п. Радиоволны могут классифицироваться следующим образом:

1. Согласно ГОСТ 24375-80 радиоволны делятся на крайне низкие, сверхнизкие, инфранизкие, очень низкие, низкие, средние, высокие, очень высокие, ультравысокие, сверхвысокие, крайне высокие и гипервысокие.
2. По способу распространения радиоволны делятся на прямые, поверхностные, направляемые, пространственные (ионосферные) и тропосферные. Прямые радиоволны распространяются в свободном пространстве от одного объекта к другому. Для данного вида волн влиянием атмосферы, Земли и посторонних предметов можно пренебречь. Поверхностные (земные) волны распространяются вдоль сферической поверхности Земли. К тропосферным волнам относятся радиволны ультравысокочастотные и волны очень высокой частоты, которые распространяются благодаря рассеянию на неоднородностях атмосферы на расстояние не более 1000 километров. Направляемы радиоволны распространяются в направляющих системах - радиоволноводы.

Влияние атмосферы на распространение радиоволн

На распространение радиоволн в слоях атмосферы оказывают влияние такие явления как:

1. Усиливающая или ослабляющая интерференция волн, которые приходят в принимающему объекту.
2. Отражение от построек и растений на поверхности Земли.
3. Поглощение радиоволн метеорологическими осадками и газами.
4. Отражение радиоволн от ионосферы.
5. Отражение от поверхности Земли.
6. Искривление волн тропосфере.
7. Огибание волнами поверхности Земли.

Схема влияния атмосферных явлений на распространение радиоволн изображена на рисунке ниже.

Рисунок 1. Схема влияния атмосферных явлений на распространение радиоволн. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Здесь: ПРД - передатчик; ПРМ - приемник; а - огибание Земли (дифракция); б - рефракция (искривление радиоволн); в - отражение от ионосферы; г - отражение от Земли ; д - прямое прохождение.

Ионосферой оказывается существенное влияние на распространение радиоволн. Некоторая часть радиоволн проходит через нее, а другая отражается, при этом отражение может происходить от разных слоев, в зависимости от длины волны. В процессе распространения поверхностных радиоволн их энергия частично поглощается Землей. При этом объем поглощения энергии волн зависит от их длины. Поверхностные волны в процессе распространения огибают поверхность планеты и встречают на пути препятствия - дифракция.

Распространение радиоволн в тропосфере зависят от ее состояния и процессов, происходящих в ней. Состояние тропосферы определяется давлением, температурой и влажностью. Здесь сосредоточены около 75 % всей массы атмосферы и почти вся ее влага. В ней происходят такие процессы, как формирование погоды (образование снега дождя, облачности и т.п.) и перемешивание воздушных масс. В тропосфере происходит рефракция (искривление направления распространения радиоволн), поглощение, рассеяние неоднородностями рассеяние и поглощения гидрометеорами (капли дождя, туман, частицы снега и т.п.).

Рефракция радиоволн в тропосфере связана с изменением диэлектрической проницаемости в ней - изменение коэффициента преломления волны. Она делится на положительную и отрицательную. Положительная рефракция возникает при условии, что удельная влажность воздуха не изменяется с высотой, а температура снижается пропорционально увеличению высоты. Если метеорологические условия в тропосфере сложились таким образом, что коэффициент преломления радиоволны возрастает с высотой, то такая рефракция называется отрицательной или пониженной, которая может возникать, например, в результате переноса масс холодного воздуха с берега на более теплое море или при снегопаде. Для науки особый интерес представляют сверхрефракция и критическая рефракция. При критической рефракции дальность работы современных радиосредств значительно выше, чем при нормальной, а возникает она в том случае, если влажность убывает с высотой также, как и при нормальной, температура меняется медленнее. Сверхрефракция может наблюдаться, когда температура снижается медленнее, а влажность значительно быстрее, чем при нормальной рефракции. В данном случае дальность действия радиосредств может существенно возрасти, потому что распространение волн происходит вдоль тропосферного волновода.