Раби метод




НазваниеРаби метод
страница6/19
Дата конвертации30.11.2012
Размер2.27 Mb.
ТипДокументы
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   19
Н орбита может уклады­ваться либо не укладываться в об­разце. В последнем случае Р. э. про­являются в виде осцилляции электро­проводности при изменении магн. по­ля. Аналогичные эффекты возможны и на высоких частотах (радиоча­стотные Р. э.).

Квант. Р. э. обнаруживаются в случае, когда толщина плёнки или диаметр проволоки сравнимы с де-бройлевской длиной волны  эл-на. Р. э. связаны с квантованием квази­импульса эл-на, вследствие чего энер­гетич. зоны электронного спектра рас­щепляются на подзоны (см. Зонная теория). Квант. Р. э. проявляются в осцилляционной зависимости уд. сопротивления  и др. характеристик (кинетич. коэфф.) от толщины образ­ца d.

Анизотропные Р. э. наблюдаются в анизотропных проводниках (как при естеств. анизотропии, так и наведён­ной магн. полем, давлением и т. д.) с неск. группами носителей заряда (эл-ны и дырки, эл-ны разных «до­лин» энергетич. спектра и т. п.). Пропускание тока через образец со­провождается пространств. разделе­нием носителей, относящихся к раз­ным группам, в направлении, пер­пендикулярном к току. Если диффу­зионная длина носителей сравнима с поперечными размерами образца, та­кое разделение носителей приводит к существенной размерной зависимости электропроводности и др. кинетич. коэффициентов.

• Л а р с е н Д. К., Размерные эффекты в электропроводности тонких металлических пленок и проволок, в кн.: Физика тонких пленок, пер. с англ., т. 6, М., 1973; Абри­косов А. А., Введение в теорию нормаль­ных металлов, М., 1972; Р а ш б а Э. И., Грибников 3. С., Кравченко В. Я., Анизотропные размерные эффекты в полупроводниках и полуметаллах, «УФН», 1976, т. 119, в. 1, с. 3—47.

Э. М. Эпштейн,

614


РАЗНОСТНЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЙ, см. Дифференциальный метод изме­рений.

РАЗНОСТНЫЙ ТОН, комбинацион­ный топ с частотой 1-2, возни­кающий в нелинейной акустич. си­стеме при воздействии на неё двух звуковых колебаний с частотами 1 и 2.

РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ между двумя точками стационарного элект­рич. или гравитац. поля измеряется работой, совершаемой силами поля при перемещении единичного положит. заряда или, соответственно, единичной массы из точки с большим потенциа­лом в точку с меньшим потенциалом. Если 1 и 2 — потенциалы нач. и конечной точек траектории заряда (или массы), то Р. п. u=1-2; изменение потенциала =2-1=-u.

Работой произвольного электрич. поля по перемещению единичного по­ложит. заряда из одной точки в дру­гую измеряется электрическое напря­жение между этими точками; в случае потенциального поля напряжение сов­падает с Р. п.

РАЗНОСТЬ ХОДА лучей, разность оптических длин путей двух световых лучей, имеющих общие нач. и конеч­ную точки. Понятие Р. х. играет осн. роль в описании интерференции све­та и дифракции света.

РАЗРЕЖЕННЫХ ГАЗОВ ДИНАМИ­КА, см. Динамика разреженных газов.

РАЗРЕШАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ (разрешающая сила) оптических приборов, характеризует способ­ность этих приборов давать раздель­ное изображение двух близких друг к другу точек объекта. Наимень­шее линейное (или угловое) расстоя­ние между двумя точками, начиная с которого их изображения сливаются и перестают быть различными, наз. линейным (или угловым) преде­лом разрешения. Обратная ему величина служит количеств. ме­рой Р. с. оптич. приборов. Идеальное изображение точки, как элемента пред­мета, может быть получено от вол­новой сферич. поверхности. Реальные оптич. системы имеют входные и выходные зрачки конечных размеров, ограничивающие волновую поверх­ность. Благодаря дифракции света даже при отсутствии аберраций и оши­бок изготовления оптич. система изоб­ражает точку в монохроматич. свете в виде светлого пятна, окружённого попеременно тёмными и светлыми кольцами. Пользуясь теорией дифракции, можно вычислить наимень­шее расстояние, разрешаемое оптич. системой, если известно, при каких распределениях освещённости приём­ник (глаз, фотослой) воспринимает изображение раздельно. В соответ­ствии с условием, введённым англ. учёным Дж. У. Рэлеем (1879), изоб­ражения двух точек можно видеть раздельно, если центр дифракц. пятна каждого из них пересекается с краем первого тёмного кольца другого (рис.).

Если точки предмета самосветящиеся и излучают некогерентные лучи, вы­полнение критерия Рэлея со­ответствует тому, что наименьшая освещённость между изображениями разрешаемых точек составит 74% от освещённости в центре пятна, а уг­ловое расстояние между центрами дифракц. пятен (максимумами ос­вещённости) определится выражением =1,21/D, где  — длина волны света, D — диаметр входного зрачка оптич. системы (см. Диафрагма в оптике).



Распределение ос­вещённости Е в изображении двух точечных источ­ников света, рас­положенных так, что угловое рас­стояние между максимумами ос­вещённости  ра­вно угловой величине радиуса центрального дифракц. пятна (= — условие Рэ­лея).


Если оптич. система имеет фокусное расстояние f, то линейная величина предела разрешения =l,21f/D. Предел разрешения теле­скопов и зрительных труб выражают в угловых секундах и определяют по формуле =140/D (при =560 нм и D в мм) (о Р. с. микроскопов см. в ст. Микроскоп). Приведённые фор­мулы справедливы для точек, нахо­дящихся на оси идеальных оптич. приборов. Наличие аберраций и оши­бок изготовления снижает Р. с. ре­альных оптич. систем. Р. с. реальной оптич. системы падает также при переходе от центра поля зрения к его краям. Р. с. оптич. прибора Rоп, включающего комбинацию оптич. си­стемы и приёмника (фотослой, катод электронно-оптического преобразователя и др.), связана с Р. с. оптич. систе­мы прибора Rос и приёмника Rп при­ближённой формулой 1/Rоп=1/Rос+1/Rп, из к-рой следует, что целесо­образно применение лишь таких со­четаний, когда Rос и Rп одного порядка. Р. с. прибора может быть оценена по его аппаратной функции.

• Тудоровский А. И., Теория оп­тических приборов, 2 изд., т. 1, М.—Л., 1948; Ландсберг Г. С., Оптика, 5 изд.. М., 1976.

Л. Н. Капорский.

РАЗРЕШЁННАЯ ЗОНА, область зна­чений энергии, к-рые может прини­мать квантовая система. См. Зонная теория.

РАЗРЕШЁННЫЕ ЛИНИИ, спект­ральные линии, возникающие при из­лучат. квантовых переходах, для к-рых выполняются отбора правила (в от­личие от запрещённых линий).

РАЗРЫВНЫЕ КОЛЕБАНИЯ, коле­бания, при к-рых наряду со сравни­тельно медленными изменениями ве­личин, характеризующих состояние колебат. системы, в нек-рые моменты происходят столь быстрые изменения этих величин, что их можно рассмат­ривать как скачки, а весь колебат.

процесс в целом — как последова­тельность медленных изменений со­стояния системы, начинающихся и кончающихся мгновенным его изме­нением (скачками или разрывами). Релаксационные колебания часто рас­сматривают как Р. к.

РАЗРЯД С ПОЛЫМ КАТОДОМ, раз­ряд с катодом (чаще всего в виде полого цилиндра), рабочая поверх­ность к-рого охватывает часть раз­рядного пространства. Р. с п. к. характеризу­ется в несколько раз большей концентрацией заряженных и возбуж­дённых ч-ц по сравнению с их концентрацией при обычной форме катода. Это обусловлено спе­цифической конфигурацией электрического поля внутри катода (рис.).



Движение электрона в по­лом катоде.


Эл-ны, эмитируемые внутр. поверхностью цилиндра, ус­коряются в области катодного падения потенциала и, пролетев плазму, по­падают в поле противоположного на­правления, отражаются назад в плаз­му и т. д. В результате время жизни эл-на внутри полого катода оказы­вается большим, что и приводит к более эффективным возбуждению и ионизации атомов.

• Москалев Б. И., Разряд с полым катодом, М., 1969.

Л. А. Сена.

РАЗРЯДЫ В ГАЗАХ, см. Электри­ческие разряды в газах.

РАМAHA ЭФФЕКТ (комбинационное рассеяние света), рассеяние света в-вом, сопровождающееся изменением его длины волны. Открыт в 1928 Г. С. Ландсбергом и Л. И. Мандель­штамом на кристаллах и инд. физи­ками Ч. В. Раманом и К. С. Кришнаном на жидкостях. Термин «Р. э.» распространён в зарубежной лит-ре. Подробнее см. Комбинационное рас­сеяние света.

РАМЗАУЭРА ЭФФЕКТ, в узком смыс­ле — высокая «проницаемость» ато­мов или молекул газа для медленных эл-нов; в более общем смысле — аномальный (с позиций классич. фи­зики) характер вз-ствия эл-нов с нейтральными атомами (молекулами) нек-рых газов. Открыт в 1921 нем. физиком К. Рамзауэром (С. Ramsauer) при изучении рассеяния эл-нов в аргоне.

Р. э. выражается в наличии глу­бокого минимума в эфф. сечении столк­новений эл-нов с атомами. Для атомов Ar минимум наблюдается при энер­гиях эл-нов ок. 1 эВ (так, что эл-ны проходят сквозь газ не рассеиваясь) с последующим возрастанием до мак­симума при энергии ок. 12 эВ. Это явление, необъяснимое в рамках клас-

615


сич. механики ч-ц, истолковывается при рассмотрении с позиций квант. механики тем, что в процессах вз-ствия с атомами медленные эл-ны ведут себя как волны (см. Волны де Бройля). Квантовомеханич. расчёты обосновали экспериментально установленный Р. э. в Ar и др. более тяжёлых инертных газах и его отсутствие в Н2, Не, Ne и др. газах.

• Арцимович Л. А., Элементарная физика плазмы, 3 изд., М., 1969; Месси Г., Б а р х о п В., Электронные и ионные столкновения, пер. с англ., М., 1958.

РАМОЧНАЯ АНТЕННА, антенна в виде одного или неск. витков провода. Р. а. эквивалентна магн. диполю и имеет соответствующую ему торои­дальную диаграмму направленности. Для повышения эффективности Р. а. снабжают ферромагн. сердечниками.

РАМСДЕНА ОКУЛЯР, см. Окуляр.

РАСПРЕДЕЛЁННАЯ СИСТЕМА, то же, что система с распределёнными параметрами.

РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН, процесс передачи эл.-магн. колебаний радиодиапазона (см. Радиоволны) в пространстве от одного места к дру­гому, в частности от передатчика к приёмнику. В естеств. условиях Р. р. происходит в разл. средах, напр. в атмосфере, космической плазме, в по­верхностном слое Земли.

Общие закономерности Р. р. Ско­рость Р. р. в свободном пространстве в вакууме равна скорости света с. Полная энергия, переносимая радио­волной, остаётся постоянной, а плот­ность потока энергии убывает с уве­личением расстояния r от источника обратно пропорционально r2. Р. р. в др. средах происходит с фазовой ско­ростью, отличающейся от с и в рав­новесной среде сопровождается погло­щением эл.-магн. энергии. Оба эффекта объясняются возбуждением колебаний эл-нов и ионов среды под действием электрич. поля волны. Если напряжённость поля E гармонич. волны мала по сравнению с напряжённостью поля, действующего на заряды в самой среде (напр., на эл-н в атоме), то колебания происходят также по гармонич. закону с частотой  пришедшей волны. Колеблющиеся эл-ны излучают вторичные радиовол­ны той же частоты, но с др. ампли­тудами и фазами. В результате сло­жения вторичных волн с приходящей формируется результирующая волна с новой амплитудой и фазой. Сдвиг фаз между первичной и переизлучён­ными волнами приводит к изменению фазовой скорости. Потери энергии при взаимодействии волны с атома­ми явл. причиной поглощения радио­волн.

Амплитуда волны убывает с рассто­янием по закону А =(A0/r)ехр(-(/c)r) ,

а фаза волны по закону =t-(/c)n,

где  — показатель поглощения, n преломления показатель; n и  за­висят от диэлектрической проница­емости среды, её проводимости о и частоты волн :



Фазовая скорость vф=c/n, коэфф. по­глощения =(/c). Среда ведёт себя

как диэлектрик, если (4/)2<<1,

и как проводник при (4p/)2>>1.

В первом случае n, поглощение

мало, во втором n(2/).

В среде  и  явл. функциями ча­стоты  (см. Дисперсия волн). Вид частотной зависимости  и  опре­деляется структурой среды. Дис­персия радиоволн особенно сущест­венна в тех случаях, когда частота волны близка к характерным собств. частотам среды (напр., при Р. р. в ионосферной и косм. плазме, см. ниже).

При Р. р. в средах, не содержащих свободных эл-нов (тропосфера, толща Земли), происходит смещение связан­ных эл-нов в атомах и молекулах среды в сторону, противоположную

полю волны E, при этом n>1, vф
(радиосигнал, несущий энергию, рас­пространяется с групповой скоро­стью vгр<с). В плазме поле волны вызывает смещение свободных эл-нов в направлении E, при этом n<1 и vф>с.

В однородных средах радиоволны распространяются прямолинейно, по­добно световым лучам. Процесс Р. р. в этом случае подчиняется законам геометрической оптики. Однако ре­альные среды неоднородны. В них n, а следовательно, и vф различны в разных участках среды, что приводит к искривлению траектории радио­волны. Происходит рефракция (преломление) радиоволн. В случае плавных (в масштабе ) неоднородностей справедливо приближение геом. оптики. Если n зависит от одной координаты, напр. высоты h (плоско­слоистая среда), то при прохождении

волны через каждый пло­ский слой выполняется Снелля закон преломления: луч, падающий на неодно­родную среду в точке с n0=1 под углом 0, в про­странстве искривляется так, что в произвольной точке среды h соблюдается соотношение:

n(h)sin(h)=sin0. (2)

Если n убывает при уве­личении h, то в резуль­тате рефракции луч, по

мере распространения, отклоняется от вертикали и на некоторой высоте hm становится параллельным горизон­тальной плоскости, а затем распро­страняется вниз (рис. 1, а). Макс. высота hm, на к-рую луч может уг­лубиться в неоднородную плоскосло­истую среду, зависит от угла падения 0 и определяется из условия:

n(hm)=sin0. (3)

В область h>hm лучи не проникают, и, согласно приближению геом. оп­тики, волновое поле в этой области должно быть равно 0. В действитель­ности вблизи плоскости h=hm вол­новое поле возрастает, а при h>hт убывает экспоненциально (рис. 1, б). Нарушение законов геом. оптики при Р. р. связано с дифракцией волн, вследствие к-рой радиоволны могут проникать в область геом. тени. На границе области геом. тени образу­ется сложное распределение волновых полей. Дифракция радиоволн возни­кает при наличии на их пути препят­ствий (непрозрачных или полупро­зрачных тел). Дифракция особенно существенна в тех случаях, когда размеры препятствий сравнимы с .

Если Р. р. происходит вблизи рез­кой границы (в масштабе X) между двумя средами с разл. электрич. свойствами (напр., атмосфера — по­верхность Земли или тропосфера — нижняя граница ионосферы для до­статочно длинных волн), то при па­дении радиоволн на резкую границу образуются отражённая и преломлён­ная (прошедшая) радиоволны. Если отражение происходит от границы проводящей среды (напр., от поверх­ностного слоя Земли), то глубина проникновения в него определяется толщиной скин-слоя (см. Скин-эф­фект).

В неоднородных средах возможно , волноводное Р. р., при к-ром проис­ходит локализация потока энергии между определёнными поверхностя­ми, за счёт чего волновые поля меж­ду ними убывают с расстоянием медленнее, чем в однородной среде (ат­мосферный волновод). В средах с плав­ными неоднородностями локализация связана с рефракцией, а в случае рез­ких границ — с отражением.

В среде, содержащей случайные ло­кальные неоднородности, вторичные волны излучаются беспорядочно в



Рис. 1. а — рефракция радиоволн в плоскослоистой сре­де; б — зависимость квадрата амплитуды напряжённо­сти электрич. поля радиоволны от высоты h.

616


разл. направлениях. Рассеянные вол­ны частично уносят энергию исходной волны, что приводит к её ослаблению. При рассеянии на неоднородностях размером l<< (т. н. рассеяние Рэлея; см. Рэлея закон) рассеянные волны распространяются почти изотропно. В случае рассеяния на крупномас­штабных прозрачных неоднородностях рассеянные волны распространяются в направлениях, близких к исходной волне. При l возникает сильное резонансное рассеяние.

Влияние поверхности Земли на Р. р. зависит от расположения относи­тельно неё передатчика и приёмни­ка. Р. р.— процесс, захватывающий большую область пространства, но наиболее существенную роль в Р. р.



Рис. 2. Эллипсоидальная область простран­ства, существенная при распространении ра­диоволн (радиотрасса); А — излучатель; В — приёмник.

играет область, ограниченная поверх­ностью, имеющей форму эллипсоида вращения, в фокусах к-рого А и В на расстоянии r расположены передат­чик и приёмник (радиотрасса, рис.2). Большая ось эллипсоида равна r+(/4), а малая ось ~(r/2). Ши­рина трассы уменьшается с убыва­нием . Если высоты z1 и z2, на к-рых расположены антенны передатчика и приёмника над поверхностью Земли, велики по сравнению с , то эллип­соид не касается поверхности Земли, и она не влияет на Р. р. (рис. 2, а). При понижении обеих или одной из конечных точек радиотрассы эллип­соид коснётся поверхности Земли (рис. 2, б). Отражение радиоволн от зем­ной поверхности близко к зеркаль­ному, если на ней внутри эллипсоида уложится неск. первых зон Френеля, а проводимость  почвы достаточно высока. При этом радиоволна в точке приёма определяется интерференцией прямой и отражённой волн (см. Ин­терференция волн). Интерференц. мак­симумы и минимумы обусловливают лепестковую структуру поля в зоне приёма, к-рая характерна для метро­вых и более коротких радиоволн. Если (z1/)<1 и (z2/)>1, то радиотрасса выделяет участок поверхности Земли,

ограниченный эллипсом с осями r+(/4)

и (r/2). Качество радиосвязи в этом случае определяется проводимостью а почвы именно в этой области, при­чём особенно большую роль играют оба конечных участка радиотрассы. Почвы, образующие поверхностный

слои земной коры, а также воды морей и океанов обладают значит. электро­проводностью. Напр., для осадочных пород в поверхностном слое земной коры ~107—108 См. Но т. к. n и  — функции частоты , то для сантиметровых волн все виды земной поверхности имеют свойства диэлект­рика. Для метровых и более длинных волн Земля обычно проводник, в к-рый волны проникают на глубину

скин-слоя толщиной d=(1/2)(c0/)

(0 — длина волны в вакууме). По­этому для подземной и подводной радиосвязи используются в основном длинные и сверхдлинные волны.

Выпуклость земной поверхности ограничивает расстояние, на к-ром из



Pис. 3. Дальность прямой видимости r огра­ничена выпуклостью земной поверхности; R0 — радиус Земли, z1 и z2 — высоты пере­дающей A и приёмной В антенн.

точки приёма В «виден» передатчик А (область «прямой видимости», рис. 3). Однако радиоволны могут проникать в область тени на большее расстояние

~3R20(R0 — радиус Земли), оги­бая Землю, в результате дифракции. Практически в эту область за счёт дифракции могут проникать только километровые и более длинные волны (рис. 4). За горизонтом поле растёт



Рис. 4. График, иллюстрирующий связь дальности r распространения от величины W= 20lg|E/E*|, где Е — напряжён­ность поля радио­волны в реаль­ных условиях рас­пространения с учётом огибания выпуклости земной поверхности (излучатель расположен на поверхности Земли), Е* — напряжён­ность поля без учёта дифракции, для разных частот.


с увеличением высоты z1, на к-рую поднят излучатель, и быстро (почти экспоненциально) уменьшается при удалении от него.

Влияние рельефа земной поверх­ности на Р. р. зависит от высоты не­ровностей h, их горизонтальной про­тяжённости I, и угла  падения вол­ны на поверхность. Если неровности достаточно малы и пологи, так что khcos<1 (k — волновое число) и вы­полняется т. н. критерий Рэлея: k2l2cos<1, то они слабо влияют на Р. р. Влияние неровностей зависит также от поляризации волн. Напр., для горизонтально поляризованных

волн оно меньше, чем для волн, поля­ризованных вертикально. Когда не­ровности не малы и не пологи, энер­гия радиоволны может рассеиваться (радиоволна отражается от них). Вы­сокие горы и холмы с h>, «возмуща­ют» волновое поле, образуя затенён­ные области. Дифракция радиоволн на горных хребтах иногда приводит к усилению волны из-за интерфе­ренции прямых и отражённых волн. Вершина горы служит естеств. ре­транслятором. Это существенно при распространении метровых радиоволн в гористой местности (рис. 5).

Фазовая скорость радиоволн, рас­пространяющихся вдоль земной по­верхности (земных волн) вблизи излучателя, зависит от её электрич.



Рис. 5. Траектории радиоволн при дифракции на непологих неровностях.


свойств. Однако на расстоянии в неск. , от излучателя vфc. Если радиоволны распространяются над электрич. неоднородной поверхно­стью, напр. сначала над сушей, а затем над морем, то при пересечении береговой линии резко изменяется амплитуда и направление Р. р. (бе­реговая рефракция, рис. 6).



Рис. 6. Изменение напряжённости электрич. поля волны при пересечении береговой ли­нии.


Р. р. в тропосфере. Тропосфера -область атмосферы между поверхно­стью Земли и т. н. тропопаузой (рис. 7), в к-рой темп-ра воздуха обычно убывает с высотой h. Высота тропопаузы на земном шаре не оди­накова, она больше над экватором, чем над полюсами, а в средних широ­тах, где существует система сильных западных ветров, меняется скачко­образно. Тропосфера состоит из смеси газов и паров воды; её проводимость для радиоволн с  > неск. см пренебрежимо мала.

617




Рис. 7. Зависимость темп-ры Т воздуха и концентрации N эл-нов от высоты h.


Тропосфера обладает свойствами, близкими к вакууму, т. к. у поверхности Земли n==1,0003 и vф лишь немного меньше с. С уве­личением высоты плотность воздуха надает, а поэтому  и n уменьшаются, ещё более приближаясь к 1. Это приводит к отклонению траекторий радиолучей к Земле (рис. 1, а). Такая т. н. нормальная тропо­сферная рефракция спо­собствует Р. р. за пределы прямой видимости, т. к. за счёт рефракции волны могут огибать выпуклость Зем­ли. Практически этот эффект может играть роль только для УКВ. Для более длинных волн преобладает оги­бание выпуклости Земли за счёт ди­фракции.

Метеорологич. условия могут ос­лаблять или усиливать рефракцию по сравнению с нормальной, т. к. плот­ность воздуха зависит от давления, темп-ры и влажности. Обычно в тро­посфере давление газов и темп-ра с высотой уменьшаются, а давление водяного пара увеличивается. Однако при нек-рых метеорологич. условиях (напр., при движении нагретого над сушей воздуха над морем) темп-ра воздуха с высотой увеличивается (и н в е р с и я т е м п - р ы). Особенно велики отклонения летом на высоте 2—3 км, когда часто образуются тем­пературные инверсии и облачные слои. При этом преломление радиоволн в тропосфере может стать столь силь­ным, что вышедшая под небольшим углом к горизонту радиоволна на нек-рой высоте изменит направление и вернётся обратно к Земле. В про­странстве, ограниченном снизу зем­ной поверхностью, а сверху — рефрагирующим слоем тропосферы, вол­на может распространяться на очень большие расстояния (в о л н о в о д н о е р а с п р о с т р а н е н и е).

В тропосферных волноводах, как правило, могут распространяться волны с <1 м (рис. 8).

Поглощение радиоволн в тропосфере пренебрежимо мало для всех радио­волн вплоть до сантиметрового диа­пазона. Поглощение сантиметровых и более коротких волн резко увеличи­вается, когда частота волны  со­впадает с одной из собств. частот колебаний молекул воздуха (резо­нансное поглощение). Молекулы по­лучают от приходящей волны энер­гию, к-рая превращается в теплоту и только частично передаётся вторич­ным волнам. Известен ряд линий резонансного поглощения в тропосфе­ре: =1,35 см, 1,5 см, 0,75 см (по­глощение в парах воды) и =0,5 см,



Рис. 8. Траекто­рии УКВ в тро­посферном волно­воде.


0,25 см (поглощение в кислороде). Между резонансными линиями лежат области более слабого поглощения (о к н а п р о з р а ч н о с т и).

Ослабление радиоволн может быть также вызвано рассеянием на неоднородностях, возникающих при тур­булентном движении воздушных масс (см. Турбулентность). Рассеяние рез­ко увеличивается, когда в воздухе



Рис. 9. Рассеяние радиоволн на мел­комасштабных неоднородностях.


присутствуют капельные неоднород­ности в виде дождя, снега, тумана. Почти изотропное рассеяние Рэлея на мелкомасштабных неоднородностях делает возможной радиосвязь на рас­стояниях, значительно превышающих прямую видимость (рис. 9). Т. о., тропосфера существенно влияет на распространение УКВ. Для декаметровых и более длинных волн тропо­сфера практически прозрачна и на их распространение влияет земная поверхность и более высокие слои атмосферы.

Р. р. в ионосфере. Ионосферу обра­зуют верхние слои земной атмосферы, в к-рой газы частично (до 1%) иони­зированы под влиянием УФ, рентге­новского и корпускулярного солнеч­ного излучения. Ионосфера элект­рически нейтральна, она содержит равное количество положит. и отри­цат. ч-ц, т. е. является плазмой. Достаточно большая ионизация, ока­зывающая влияние на Р. р., начи­нается на высоте 60 км (слой D), увеличивается до высоты 300—400 км, образуя слои E, F1, F2, и затем мед­ленно убывает (рис. 7). В гл. мак­симуме концентрация эл-нов N до­стигает 106 см-3. Зависимость N от высоты меняется со временем суток, года, с солнечной активностью, а также с широтой и долготой. Ионизированный слой между 200 и 400 км состоит в основном из равного коли­чества ионов O+ и эл-нов. Эти ч-цы погружены в нейтральный газ с кон­центрацией 108 см-3, состоящий в основном из ч-ц О2, О, N2 и Не.

В многокомпонентной плазме, со­держащей эл-ны, ионы и нейтральные молекулы и пронизанной магн. полем Земли (см. Земной магнетизм), могут возникать разл. виды собств. коле­баний, имеющих разные частоты. Напр., плазменные (ленгмюровские)

частоты эл-нов 0=(4Ne2/m) и ионов 0=(4Ne2/M), гиромагнитные

частоты эл-нов H=eH0/mc и ионов H =eH0/Mc, где m, М — массы эл-на

и иона, е — их заряд, N — концент­рация, Н0 — напряжённость магн. по­ля Земли. Т. к. М>>m, то 0>>0, H>>H. Напр., для эл-нов H/2= 1,4 МГц, а для ионов атомарного кислорода H/2=54 Гц.

В зависимости от частоты  радио­волны осн. роль в Р. р. играют те или др. виды собств. колебаний, поэтому электрич. свойства ионосферы различны для разных участков ра­диодиапазона. При высоких  ионы не успевают следовать за изменениями поля, и в Р. р. принимают участие только эл-ны. Вынужденные колеба­ния свободных эл-нов ионосферы про­исходят в противофазе с действующей силой и вызывают поляризацию плаз­мы в сторону, противоположную элект­рич. полю волны Е. Поэтому ди­электрич. проницаемость ионосферы <1. Она уменьшается с уменьшением частоты: =1-20/2. Учёт соуда­рений эл-нов с атомами и ионами даёт более точные формулы для  и 

ионосферы: =1-20/(2+v2); =20v/4(2+2). Здесь  - эффектив­ная частота соударений. Для декаметровых и более коротких волн в большей части ионосферы 2>>v2 и показатели преломления n и погло­щения к приближённо равны: n(1-20/2), 2/. Т. к. n<1,

то фазовая скорость Р. р. vф=c/n>с,

групповая скорость vгр=cn<с.

Поглощение в ионосфере пропор­ционально v, т. к. чем больше число столкновений, тем большая часть энер­гии, получаемой эл-ном из волны, переходит в тепло. Поэтому поглоще­ние больше в нижних областях ионо­сферы (слой D), где v больше, т. к. выше плотность газа. С увеличением частоты поглощение уменьшается. Ко­роткие волны испытывают слабое по­глощение и могут распространяться на большие расстояния.

Рефракция радиоволн в ионосфере. В ионосфере могут распространяться

618


только радиоволны с частотой >0. При <0 n становится чисто мни­мым и эл.-магн. поле экспоненци­ально убывает в глубь плазмы. Ра­диоволна с частотой , падающая на ионосферу вертикально, отражается от уровня, на к-ром =0 и n=0. В нижней части ионосферы электрон­ная концентрация и 0 увеличива­ются с высотой, поэтому с увеличением и посланная с Земли волна всё глубже проникает в ионосферу. Макс. ча­стота радиоволны, к-рая отражается от слоя ионосферы при вертикальном падении, наз. к р и т и ч. ч а с т о т о й с л о я: кр=0макс=(4e2Nмакс/m). Критич. частота

слоя F2 (гл. максимума) изменяется в течение суток и года в широких пределах (от 3—5 до 10 МГц). Для волн с >кр (F2) показатель пре­ломления не обращается в ноль и падающая вертикально волна прохо­дит через ионосферу, не отражаясь.



Рис. 10. Схематич. изображение радиолу­чей определённой частоты при разл. углах падения на ионосферу.


При наклонном падении волны на ионосферу происходит рефракция, как в тропосфере. В нижней части ионо­сферы vф увеличивается с высотой (вместе с увеличением N). Поэтому траектория луча отклоняется по на­правлению к Земле (рис. 10). Радио­волна, падающая на ионосферу под углом 0, поворачивает к Земле на высоте h, для к-рой выполнено ус­ловие (3). Макс. частота волны, от­ражающейся от ионосферы при па­дении под углом 0 (т. е. для данной дальности трассы), равна: мпч=крseс0>кр и наз. макс. приме­нимой частотой (МПЧ). Волны с <мпч, отражаясь от ионосферы, возвращаются на Землю, что исполь­зуется для дальней радиосвязи. Вслед­ствие сферичности Земли величина угла 0 ограничена и дальность связи при однократном отражении от ионо­сферы 3500—4000км. Связь на боль­шие расстояния осуществляется за счёт неск. последоват. отражений от ионосферы и Земли «скачков» (рис. 11, а). Возможны и более сложные, волноводные траектории, возникаю­щие за счёт горизонтального гради­ента N или рассеяния на неоднородностях ионосферы при Р. р. с частотой >мпч. В результате рассеяния угол падения луча на слой F2 оказы­вается больше, чем при обычном распространении.



Рис. 11. Распространение коротких волн между Землёй и ионосферой: а — многоскачковая траектория; б — скользящая траектория.


Луч испытывает ряд последоват. отражений от слоя F2, пока не попадёт в область с таким градиентом N, к-рый вызовет отра­жение части энергии назад к Земле (рис. 11, б).

Влияние магн. поля Земли Н0. В магн. поле Н0 на эл-н, движущийся со скоростью V, действует Лоренца си­ла F=-e/c[vH0], под влиянием к-рой

он вращается по окружности в пло­скости, перпендикулярной H0, с гироскопич. частотой H. Траектория каждой заряженной ч-цы — винтовая линия с осью вдоль Н0. Действие силы Лоренца приводит к изменению хар-ра вынужденных колебаний эл-нов под действием электрич. поля волны, а следовательно, к изменению электрич. свойств среды. В результате ионо­сфера становится анизотропной гиротропной средой, электрич. свойства к-рой зависят от направления Р. р. и описываются не скалярной величи­ной г, а тензором диэлектрич. прони­цаемости ij. Падающая на такую среду волна испытывает двойное лу­чепреломление, т. е. расщепляется на две волны, отличающиеся скоростью и направлением распространения, по­глощением и поляризацией. Если на­правление P. p. H0, то падающую волну можно представить себе в виде суммы двух линейно поляризованных волн с ЕН0 и ЕН0. Для первой «необыкновенной» волны (е) характер вынужденного движения эл-нов под действием поля волны E изменяется (появляется компонента ускорения, перпендикулярная E) и поэтому из­меняется п. Для второй (о) «обыкно­венной» волны вынужденное движение остаётся таким же, как и без поля Н0 (при v║H0 сила Лоренца равна 0). Для этих двух волн (без учёта соуда­рений) квадраты показателей пре­ломления равны:



При Р. р. вдоль Н0:



В последнем случае обе волны имеют круговую поляризацию, причём у необыкновенной волны вектор Е вра­щается в сторону вращения эл-на, а у обыкновенной — в противопо­ложную сторону. При произвольном направлении Р. р. (относительно Н0) поляризация нормальных волн эл­липтическая.

По мере Р. р. в ионосфере увеличи­вается сдвиг фаз между волнами и изменяется поляризация суммарной волны. Напр., при Р. р. вдоль Н0 это приводит к повороту плоскости поляризации (Фарадея эффект), а при Р. р. перпендикулярно Н0 — к периодич. чередованию линейной и круговой поляризаций (см. Коттона Мутона эффект). Т. к. пока­затели преломления волн различны, отражение их происходит на разной высоте (рис. 12). Направление вол­нового вектора k при Р. р. в ионосфере может отличаться от vгр.



Рис. 12. Расщепление радиоволны в резуль­тате двойного лучепреломления в ионосфере.

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   19

Похожие:

Раби метод iconФизика, 11 класс Гаврилов Андрей Владимирович, двггу
При решении задач, в которых необходимо провести расчет электрической цепи, наиболее часто используются следующие методы: метод свертывания,...

Раби метод iconКурс: 4 Тип: курсовая работа Прибыль и ее роль в рыночной экономике Содержание
Метод прямого счета, аналитический метод и метод совмещенного расчета

Раби метод icon16. Численные методы решения систем конечных уравнений (метод итераций, метод Ньютона). Метод Ньютона (метод касательных или метод линеаризации)
Численные методы решения систем конечных уравнений (метод итераций, метод Ньютона)

Раби метод icon1 Лангитюдний метод це: форма контролю вид контролю метод поздовжнього зрізу метод поперечного зрізу Правильный ответ: c 2
Який з термінів означає кількісні техніки, що базуються на об'єктив┐ному реєструванні дій піддослідного

Раби метод icon-
Взбранной Воеводе, Заступнице нашей, взирающе на первописанный образ Твой, хвалебное пение воспеваем Ти раби Твои, Богомати. Ты же,...

Раби метод iconВопросы для подготовки к экзамену по дисциплине «Анализ финансовой отчетности»
Методологическая основа финансового анализа: метод абсолютных, относительных и средних величин, метод сравнения, вертикальный анализ,...

Раби метод iconАкафист Пресвятой Богородице пред Ея иконой, именуемой «Всецарица»
Новоявленней Твоей иконе предстояще вернии умильно, воспеваем Ти, Всецарице, раби Твои; ниспосли цельбы к Тебе притекающим ныне рабом...

Раби метод iconЛекция 3 Образовательные технологии «Кейс-стади» и«Дебаты»
Метод case-study или метод конкретных ситуаций (от английского case – случай, ситуация) – метод активного проблемно-ситуационного...

Раби метод iconРаби Нахман из Браслава. Рассказы о необычайном По изд.: Рассказы о необычайном

Раби метод iconЛабораторная работа №1 Экспериментальная проверка основных законов токопрохождения
Цель работы – изучение основных методов расчета сложной линейной цепи при постоянном токе: метод контурных токов (мкт), метод узловых...


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница