Разпространение на радиовълните в тропосферата
Тропосферата е повърхностната област на атмосферата, простираща се на височина около 10-15 km. Тропосферата е разнородна както във вертикална посока, така и по протежение на земната повърхност, освен това нейните електрически параметри се променят с промените в метеорологичните условия. Тропосферата влияе върху разпространението на земните вълни и осигурява разпространението на така наречените тропосферни вълни. Разпространението на тропосферните вълни е свързано с пречупване (изкривяване на траекторията на вълната) в нехомогенна тропосфера, както и с разсейване и отразяване на радиовълни от нееднородности в тропосферата.
Разпространение на радиовълните в тропосферата. Пречупване на радиовълни. Наземните радиовълни се разпространяват по повърхността на Земята в тропосферата. Проводимостта на тропосферата s за честотите, съответстващи на радиовълните (с изключение на милиметровите вълни), е практически 0; диелектричната проницаемост e и следователно индексът на пречупване n са функции на въздушното налягане и температурата, както и на налягането на водните пари. Близо до земната повърхност n » 1,0003. Промяната на e и n с височина зависи от метеорологичните условия. Обикновено e и n намаляват, докато фазовата скорост u нараства с височина. Това води до изкривяване на радиолъчите (пречупване на радиовълни, фиг. 9). Ако вълна се разпространява в тропосферата под ъгъл спрямо хоризонта, предната част на която съвпада с правата линия av (фиг. 9), тогава поради факта, че в горните слоеве на тропосферата вълната се разпространява с по-висока скорост, отколкото в долните, горната част на вълновия фронт изпреварва долната и вълновият фронт се завърта (лъчът е огънат). Тъй като n намалява с височината, радиолъчите се отклоняват към Земята. Това явление, наречено нормална тропосферна рефракция, допринася за разпространението на радиовълните извън линията на видимост, т.к.поради пречупване, вълните могат да се огъват около изпъкналостта на Земята. На практика обаче този ефект може да играе роля само за VHF, тъй като при по-дълги дължини на вълните преобладава огъването поради дифракция. Метеорологичните условия могат да отслабят или засилят пречупването в сравнение с нормалното.
Тропосферен вълновод. При определени условия (например, когато нагрятият въздух се движи от сушата над морската повърхност), температурата на въздуха не намалява с височината, а се повишава (температурни инверсии). В този случай пречупването в тропосферата може да стане толкова силно, че вълна, излизаща под малък ъгъл спрямо хоризонта на определена височина, ще промени посоката си към противоположната и ще се върне към Земята. В пространство, ограничено отдолу от Земята и отгоре от един вид отразяващ слой на тропосферата, вълната може да се разпространява на много големи разстояния (вълноводно разпространение на радиовълни). Както в металните радиовълноводи, вълните могат да се разпространяват в тропосферни вълноводи, чиято дължина е по-малка от критичната (lcr » 0,085 d3/2, d е височината на вълновода в m, lcr в cm). Дебелината на инверсионните слоеве в тропосферата обикновено не надвишава
50-100 m, така че по вълноводния метод могат да се разпространяват само дециметрови, сантиметрови и по-къси вълни.
Флуктуационно разсейване e. В допълнение към регулярните промени в e с височина, има неравномерни нееднородности (флуктуации) в e в тропосферата, резултат от случайното движение на въздуха. Те разпръскват VHF радиовълни. По този начин област от пространството, ограничена от диаграмите на насоченост на приемните и предавателните антени и съдържаща голям брой нехомогенности e, е обем на разсейване. Разсейването води до флуктуации в амплитудата и фазата на радиовълната, както и до разпространение на VHF на разстояния значителнопревишаване на линията на видимост (фиг. 10). В този случай полето в точката на приемане B се формира в резултат на интерференция на разсеяни вълни. Поради интерференцията на голям брой разпръснати вълни възникват случайни промени в амплитудата и фазата на сигнала. Средната стойност на амплитудата на сигнала обаче значително надвишава амплитудата, която може да се дължи на нормалната тропосферна рефракция.
Абсорбция на радиовълни. Тропосферата е прозрачна за всички радиовълни до сантиметър. По-късите вълни са забележимо отслабени в капкови образувания (дъжд, градушка, сняг, мъгла), във водна пара и атмосферни газове. Отслабването се дължи на процесите на абсорбция и разпръскване. Всяка капка вода има значителна проводимост и вълната възбужда в нея високочестотни токове. Плътността на тока е пропорционална на честотата, следователно значителни токове, а оттам и топлинни загуби, възникват само по време на разпространение на сантиметрови и по-къси вълни. Тези токове причиняват не само топлинни загуби, но са източници на вторично разсеяно лъчение, което отслабва директния сигнал. Плътността на потока на разсеяната енергия е обратно пропорционална на l4, ако размерът на разсейващите частици d>gt; л. Практически през зона с проливен дъжд или мъгла, вълни с l