Поглощение УКВ в тропосфере

При распространении радиоволн в тропосфере ослабление напряженности поля испытывают только радиоволны дециметрового и более коротковолновых диапазонов. Ослабление напряженности поля радиоволн связано с частичным преобразованием электромагнитной энергии в другие виды энергии и с рассеянием; это ослабление проявляется в уменьшении уровня напряженности поля проходящей волны.

Основной причиной поглощения радиоволн в тропосфере является наличие капель воды, присутствующих здесь в виде тумана или дождя. При рассмотрении процесса поглощения различают два явления: поглощение радиоволн капельками воды и рассеяние их в скоплении капель воды.

Поглощение радиоволн капельками воды происходит благодаря тому, что при прохождении радиоволн в каждой капельке наводятся токи поляризации, которые вызывают тепловые потери, увеличивающиеся с повышением частоты.

Рассеяние радиоволн капельками воды также приводит к ослаблению поля проходящей волны. Физика процесса заключается в том, что токи, наведенные радиоволной в капельках, излучают, причем каждая капелька излучает равномерно во все стороны. Это приводит к рассеянию энергии радиоволны, поскольку не вся энергия движется в первоначальном направлении: часть ее оказывается направленной в сторону или в обратном направлении. Рассеяние радиоволн характеризуется коэффициентом рассеяния, который определяется как отношение энергии, рассеянной единицей объема, заполненного каплями, к энергии проходящей волны. Коэффициент рассеяния тем больше, чем крупнее капля и чем короче длина волны.

Суммарный коэффициент поглощения с учетом тепловых потерь и рассеяния определяют расчетным путем и проверяют экспериментально.


Рис. 45. Поглощение УКВ в атмосфере.

Расчетная зависимость коэффициента поглощения радиоволн в децибелах от длины волны для прохождения радиоволн в области дождя и тумана различной интенсивности представлена на рис. 45, а. Из графика видно, что поглощение резко уменьшается с увеличением длины волны и становится ничтожно малым для волн длиннее 10 см.

Сантиметровые радиоволны рассеиваются капельками дождя и тумана, что приводит к появлению отраженных радиолокационных сигналов. Наличие отражений от дождя и туч, занимающих большую площадь на экранах радиолокационных станций, часто мешает нормальной работе этих станций.

Кроме рассмотренных видов поглощения, миллиметровые волны испытывают добавочное поглощение в молекулах водяного пара и кислорода. Это поглощение связано с тем, что молекулы Н2О обладают постоянными электрическими моментами, а молекулы О2 — магнитными моментами. Электромагнитное поле проходящей волны приводит в колебание молекулы, причем когда частота волны совпадает с собственной частотой молекул, возникают резонансные явления и энергия волны переходит во внутримолекулярную энергию. Зависимость коэффициента поглощения от длины волны в сухом воздухе представлена на рис. 45, б. Видно, что интенсивное поглощение происходит на волнах 0,18, 0,25, 0,5 и 1,35 см.