Раби метод




НазваниеРаби метод
страница7/19
Дата конвертации30.11.2012
Размер2.27 Mb.
ТипДокументы
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   ...   19

Низкочастотные волны в ионосфере.

Осн. часть энергии низкочастотных (НЧ) и очень низкочастотных (ОНЧ) радиоволн практически не проникает в ионосферу. Волны отражаются от её нижней границы (днём — вследствие сильной рефракции в D-слое, ночью — от Е-слоя, как от границы двух сред с разными электрич. свойствами). Рас­пространение этих волн хорошо опи­сывается моделью, согласно к-рой однородные и изотропные Земля и ионосфера образуют приземный вол­новод с резкими сферич. стенками, в к-ром и происходит Р. р. Такая модель объясняет наблюдаемое убы­вание поля с расстоянием и возра­стание амплитуды поля с высотой. Последнее связано со скольжением волн вдоль вогнутой поверхности вол­новода, приводящим к своеобразной «фокусировке» поля. Это явление ана­логично открытому Рэлеем в акус­тике эффекту «шепчущей галереи». Амплитуда радиоволн значительно возрастает в антиподной по отношению к источнику точке Земли. Это объ­ясняется сложением радиоволн, оги­бающих Землю по всем направлениям и сходящихся на противоположной стороне.

619


Влияние магн. поля Земли обуслов­ливает ряд особенностей распростра­нения НЧ волн в ионосфере: сверх­длинные волны могут выходить из приземного волновода за пределы ионосферы, распространяясь вдоль си­ловых линий геомагн. поля между сопряжёнными точками А и В Земли (рис. 13). Из формулы (5) видно,



что при <<H в случае продольного распространения n2e20/H нигде не обращается в 0, т. е. волна прохо­дит через ионосферу без отражения. В ночной атмосфере прибл. геом. оп­тики нарушается и частичное прохож­дение есть при любом угле падения. Разряды молний в атмосфере — ес­теств. источник НЧ волн. В диапазоне 1—10 кГц они приводят к образованию т. н. свистящих атмосфериков, к-рые распространяются указанным обра­зом и создают на выходе приёмника сигнал с характерным свистом.

При Р. р. инфразвуковых частот с <<H важную роль играют колеба­ния ионов, и ионосфера ведёт себя, как проводящая нейтральная жидкость, движение к-рой описывается ур-ниями магнитной гидродинамики. В ионо­сфере возможно распространение неск. типов магнитогидродинамич. волн, в частности альфвеновских волн, распро­страняющихся вдоль геомагн. поля с характерной скоростью vA=H0/p4, где  — плотность газа, и магнитозвуковых волн, к-рые распространя­ются изотропно (подобно звуку).

Нелинейные эффекты при Р. р. в ионосфере проявляются уже для ра­диоволн сравнительно небольшой ин­тенсивности и связаны с нарушением линейной зависимости поляризации среды от электрич. поля волны (см. Нелинейная оптика). «Нагревная» не­линейность играет осн. роль, когда характерные размеры возмущённой электрич. полем области плазмы во много раз больше длины свободного пробега эл-нов. Т. к. длина свобод­ного пробега эл-нов в плазме значи­тельна, эл-н успевает получить от поля заметную энергию за время одного пробега. Передача энергии при столкновениях от эл-на к ионам, атомам и молекулам затруднена из-за большого различия в их массах. В ре­зультате эл-ны плазмы сильно «разо­греваются» уже в сравнительно сла­бом электрич. поле, что изменяет эф­фективную частоту соударений. По-

этому  и  плазмы становятся зави­сящими от поля Е волны, и Р. р. приобретает нелинейный характер. «Возмущение» диэлектрич. проница­емости: ~(Е/Еp)2, где Ер=(3(Тт/е2)(2+v2)) — характерное «плазменное» поле, Т — абс. темп-ра плазмы, б — ср. доля энергии, теря­емая эл-ном при одном соударении с тяжёлой ч-цей, v — частота соударе­ний. Т. о., нелинейные эффекты стано­вятся заметными, когда поле волны Е сравнимо с Ер, к-рое в зависимости от частоты волны и области ионосферы составляет ~10-4—10-1 В/см.

Нелинейные эффекты могут прояв­ляться как самовоздействие волны и как вз-ствие волн между собой. Са­мовоздействие мощной волны приво­дит к изменению её поглощения и глубины модуляции. Поглощение мощ­ной радиоволны нелинейно зависит от её амплитуды. Частота соударений v с увеличением темп-ры эл-нов может как расти (в нижних слоях, где осн. роль играют соударения с нейтраль­ными ч-цами), так и убывать (при соударении с ионами). В первом слу­чае поглощение резко возрастает с увеличением мощности волны («на­сыщение» поля в плазме). Во втором случае поглощение падает (т. н. п р о с в е т л е н и е плазмы для мощной радиоволны). Из-за нелинейного из­менения поглощения амплитуда волны нелинейно зависит от амплитуды па­дающего поля, поэтому её модуляция искажается (автомодуляция и демо­дуляция волны). Изменение n в поле мощной волны приводит к искажению траектории луча. При распростра­нении узконаправленных пучков ра­диоволн это может привести к само­фокусировке пучка аналогично са­мофокусировке света и к образованию волноводного канала в плазме.



Рис. 14. Ионосферная кроссмодуляция про­исходит в области пересечения лучей.


Вз-ствие волн в условиях нелиней­ности приводит к нарушению супер­позиции принципа. В частности, если мощная волна с частотой 1 модули­рована по амплитуде, то благодаря изменению поглощения эта модуляция может передаться др. волне с частотой 2, проходящей в той же области ионосферы (рис. 14). Это явление, наз. к р о с с м о д у л я ц и е й, или Л ю к с е м б у р г - г о р ь к о в с к и м э ф ф е к т о м, имеет практич. значение при радиовещании в диапазоне средних волн.

Нагрев ионосферы в поле мощной волны в коротковолновом диапазоне может вызвать тепловую параметрич. неустойчивость в ионосфере, к-рая

приводит к аномально большому по­глощению радиоизлучения и расслое­нию плазмы (см. Параметрический резонанс). В области резонанса =(20+2H) образуются сильно вытя­нутые вдоль Н0 неоднородности ионо­сферы (с продольным масштабом 1 км, поперечным — 0,5—100 м), к-рые пер­спективны для дальней связи в диа­пазоне УКВ. В поле очень мощных радиоволн эл-ны столь сильно разо­греваются, что возникает электрич. пробой газа.

Если размеры возмущённой полем волны области плазмы много меньше длины свободного пробега эл-нов, н а г р е в н а я н е л и н е й н о с т ь ста­новится слабой. Это имеет место при коротких импульсах и узких пучках радиоволн. В этом случае осн. роль играет т. н. с т р и к ц и о н н а я н е л и н е й н о с т ь, связанная с тем, что неоднородное переменное элект­рич. поле волны оказывает давление на эл-ны, вызывающее сжатие плазмы. Концентрация эл-нов N, а следова­тельно,  и  становятся зависящими от амплитуды поля. Стрикционная нелинейность приводит к изменению диэлектрич. проницаемости сe2E2/8Tm2, меньше нагревного из­менения H на неск. порядков (при той же мощности волны). Стрикцион­ная нелинейность играет важную роль в параметрич. неустойчивости ионо­сферы.

Р. р. в косм. условиях. За исключе­нием планет и их ближайших окрест­ностей большая часть в-ва во Все­ленной ионизована. Параметры косм. плазмы меняются в широких преде­лах. Напр., концентрация электро­нов и ионов вблизи орбиты Земли ~1 —10 см-3, в ионосфере Юпитера ~105 см-3, в солнечной короне ~108 см-3,а в недрах звёзд ~1027 см-3. Из косм. пространства к Земле при­ходит широкий спектр эл.-магн. волн, к-рые на пути из - космоса должны пройти через ионосферу и тропосферу. Через атмосферу Земли без заметного затухания распространяются волны двух осн. частотных диапазонов: «ра­диоокно» соответствует диапазону от ионосферных критич. частот кр до частот сильного поглощения аэрозо­лями и газами атмосферы (10 МГц — 20 ГГц), «оптич. окно» охватывает диапазон видимого и ИК излучения (1 ТГц — 103 ГГц). Атмосфера также частично прозрачна в диапазоне низ­ких частот (<300 кГц), где распро­страняются свистящие атмосферики и магнитогмдродинамич. волны.

В косм. условиях источник радио­волн и их приёмник часто быстро движутся относительно друг друга. В результате Доплера эффекта это приводит к изменению  на = (kv), где v — относит. скорость. Пониже­ние частоты при удалении корреспон­дентов (красное смещение) свойст­венно излучению удаляющихся от

620


нас далёких галактик. Радиоволны в косм. плазме подвержены рефрак­ции, связанной с неоднородностью среды (рис. 15). Напр., вследствие рефракции в атмосфере Земли ис­точник радиоволн виден выше над горизонтом, чем в действительности. Для определения расстояния до пуль­саров и при интерпретации результатов радиолокации Солнца и планет необходимо учитывать, что в косм. плазме vфс.



Рис. 15. Траекто­рии радиолучей с =5 м в солнеч­ной короне.


Возможности радиосвязи с объек­тами, находящимися в косм. про­странстве или на др. планетах, раз­нообразны и связаны с наличием и строением их атмосфер. Если косм. плазма находится в магн. поле (маг­нитосфера Юпитера, области солнеч­ных пятен, магнитосферы пульсаров), то она явл. гиротропной средой, подобно Земной ионосфере. Для всех планет с атмосферами общая труд­ность радиосвязи состоит в том, что при входе косм. аппарата в плотные слои атмосферы вокруг него созда­ётся плотная плазменная оболочка, затрудняющая прохождение радио­волн. На планетах типа Меркурия и Луны, практически не имеющих ат­мосферы и ионосферы, на Р. р. ока­зывает влияние только поверхность планеты. Из-за отсутствия отражения от ионосферы дальность связи вдоль поверхности такой планеты невелика (рис. 16) и может быть увеличена только при помощи ретрансляции через спутник.



Рис. 16. Зависимость дальности r радиосвя­зи на поверхности Луны от частоты /2.


Распространение радиоволн разных диапазонов. Радиоволны очень низких (3-30 кГц) и. низких (30—300 кГц) частот огибают земную поверхность вследствие волноводного распростра­нения и дифракции, сравнительно слабо проникают в ионосферу и мало поглощаются ею. Отличаются высо­кой фазовой стабильностью и способ­ностью равномерно покрывать боль­шие площади, включая полярные рай­оны. Это обусловливает возможность их использования для устойчивой дальней и сверхдальней радиосвязи и радионавигации, несмотря на вы­сокий уровень атм. помех. Полоса

частот от 150 кГц до 300 кГц исполь­зуется для радиовещания. Большое число геофиз. исследований выполня­ется путём наблюдений за сигналами естеств. происхождения, к-рые гене­рируются, напр., молниевыми раз­рядами и ч-цами радиационных поясов Земли. Трудности применения этого частотного диапазона связаны с гро­моздкостью антенных систем с высо­ким уровнем атм. помех, с относит. ограниченностью скорости передачи информации.

С р е д н и е в о л н ы (300 кГц — 3000 кГц) днём распространяются вдоль поверхности Земли (земная или прямая волна). Отражённая от ионо­сферы волна практически отсутствует, т. к. волны сильно поглощаются в слое D ионосферы. Ночью из-за от­сутствия солнечного излучения слой D исчезает, появляется ионосферная волна, отражённая от слоя Е и даль­ность приёма возрастает. Сложение прямой и отражённой волн влечёт за собой сильную изменчивость поля, поэтому ионосферная волна — источ­ник помех для многих служб, ис­пользующих распространение земной волны. Ср. волны используются в радиовещании, радиотелеграфной и ра­диотелефонной связи, радионавига­ции.

Короткие волны (3 МГц — 30 МГц) слабо поглощаются D- и Е-слоями и отражаются от слоя F, когда их частоты <мпч. В результате их отражения от ионосферы возможна связь как на малых, так и на больших расстояниях при значит. меньшем уровне мощности передатчика и го­раздо более простых антеннах, чем в более низкочастотных диапазонах. Этот диапазон применяется для радио­телефонной и радиотелеграфной связи, радиовещания, а также для радиолюбит. связи. Особенность радиосвязи в этом диапазоне — наличие замира­ний (ф е д и н г а) сигнала из-за из­менений условий отражения от ионо­сферы и интерференц. эффектов. Ко­ротковолновые линии связи подвер­жены влиянию атм. помех. Ионо­сферные бури вызывают прерывание связи.

Для очень высоких частот и УКВ (30—1000 МГц) преобладают Р. р. внутри тропосферы и проникновение сквозь ионосферу. Роль земной волны падает. Поля помех в низкочастотной части этого диапазона всё ещё могут определяться отражениями от ионо­сферы, и до частоты 60 МГц ионо­сферное рассеяние продолжает играть значит. роль. Все виды Р. р., за ис­ключением тропосферного рассеяния, позволяют передавать сигналы с ши­риной полосы частот в неск. МГц. В этой части спектра возможно очень высокое качество звукового радиове­щания при дальности 50—100 км. Ра­диовещание с частотной модуляцией работает на частотах вблизи 100 МГц. В этом же диапазоне частот ведётся телевизионное вещание. Для радио-

астрономии выделено неск. узких спектральных полос, к-рые исполь­зуются также для косм. связи, радио­локации, метеорологии, кроме того для любительской связи.

Волны УВЧ и СВЧ (1000 МГц  10000 МГц) распространяются в ос­новном в пределах прямой видимости и характеризуются низким уровнем шумов. В этом диапазоне при Р. р. играют роль известные области макс. поглощения и частоты излучения хим. элементов (напр., линии водорода вблизи от 1420 МГц). В этом диапа­зоне размещены многоканальные си­стемы широкополосной связи для пе­редачи телефонных и телевизионных сигналов. Высокая направленность ан­тенн позволяет использовать низкий уровень мощности в радиорелейных системах, а тропосферное рассеяние обеспечивает дальность радиосвязи ~800 км. Этот диапазон используется в радионавигац. и радиолокац. службах. Для радиоастрономии выделены полосы частот для наблюдения за атомарным водородом, радикалом ОН и континуальным излучением. Для косм. радиосвязи полоса частот ~1000—10 000 МГц — наиболее важ­ная часть радиодиапазона.

Волны СВЧ (>10 ГГц) распрост­раняются только в пределах прямой видимости. Потери в этом диапазоне неск. выше, чем на более низких частотах, причём на их величину сильно влияет кол-во осадков. Рост потерь на этих частотах частично ком­пенсируется возрастанием эффектив­ности антенных систем. СВЧ исполь­зуются в радиолокации, радионави­гации и метеорологии. На линиях связи между поверхностью Земли и космосом могут использоваться ча­стоты <20 ГГц. Для связи в космосе могут применяться значительно более высокие частоты. При этом отсутст­вуют взаимные помехи между косм. и некосм. службами. Диапазон СВЧ важен также для радиоастрономии.

• Г и н з б у р г В. Л., Распространение электромагнитных волн в плазме, 2 изд., М., 1967; Ф о к В. А., Проблемы диффракции и распространения электромагнитных волн, М., 1970; Б р е х о в с к и х Л. М., Волны в слоистых средах, 2 изд., М., 1973; Татарский В. И,, Распространение волн в турбулентной атмосфере, М., 1967; Гуревич А. В., Шварцбург А. Б., Нелинейная теория распространения радио­волн в ионосфере, М., 1973; Железня­ков В. В., Электромагнитные волны в кос­мической плазме, М., 1977; Долуханов М. П., Распространение радиоволн, 4 изд., М., 1972.

П. А. Беспалов, М. Б. Виноградова, Т. А. Гайлит.

РАССЕЯНИЕ ЗВУКА, возникновение дополнит. звуковых полей в резуль­тате дифракции звука на препятст­виях, помещённых в среду, на неоднородностях среды, а также на неровных и неоднородных границах сред, Р. з. имеет место, если препятствия отличаются от среды либо сжи­маемостью, либо плотностью, либо

621


тем и другим. При Р. з. результиру­ющее звуковое поле можно предста­вить в виде суммы первичной звуковой волны (существовавшей в отсутствии препятствий) и рассеянной (вторич­ной) волны, возникшей в результате вз-ствия первичной волны с препят­ствиями. При наличии многих пре­пятствий волны, рассечённые каждым из них, рассеиваются повторно и многократно др. препятствиями.

Рассеивающую способность пре­пятствия характеризуют сечением рас­сеяния  — отношением мощности рас­сеянных волн к плотности потока энергии в первичной волне. Для пре­пятствий, сравнимых с длиной волны или больших её,  по порядку ве­личины равно площади S поперечного сечения тела перпендикулярно на­правлению падения первичной волны. Для малых препятствий величина а мала по сравнению с S и отношение /S~(ka)4, где k — волновое число звука, а — линейный размер тела. Особый случай — Р. з. на газовом пузырьке в жидкости при его резо­нансных пульсационных колебаниях: в этом случае >>S.

Р. з. на случайных неоднородностях среды вызывает расплывание звуко­вого пучка, что приводит к затуханию звука по мере его распространения. На высоких частотах Р. з. на кристал­литах в поликрист. телах позволяет обнаруживать области крупнозернистости, создающие мешающий фон (т. н. структурный шум) при УЗ де­фектоскопии. В гидроакустике су­щественно Р. з. на неоднородностях водной среды, на рыбах, планктоне и др. биол. объектах в водной толще, а также на неровной поверхности волнующегося моря и на неровном и неоднородном дне (объёмная, поверх­ностная и донная реверберация). Мор­ская реверберация может маскировать акустич. сигнал, отражающийся от обнаруживаемого объекта при гид­ролокации.

При падении плоской волны на плоскую периодически неровную или периодически неоднородную поверх­ность, помимо зеркально отражённой волны, образуются рассеянные пло­ские волны, бегущие в дискретных направлениях, определяемых углом падения первичной волны, её длиной К и периодом неровности или неодно­родности А. Если </2, рассеян­ные волны отсутствуют и влияние неровностей или неоднородностей про­является лишь в нек-ром возмущении суммарного поля падающей и зер­кально отражённой волны вблизи по­верхности, а также в нек-ром изме­нении фазы отражённой волны. Для статистически неровных или неодно­родных поверхностей Р. з. происходит по всем направлениям.

• Исакович М. А., Общая акустика, ., 1973; Акустика океана, под ред. Л. М. Бреховских, М., 1974. М. А. Исакович.

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   ...   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