книги из ГПНТБ / Керблай, Т. С. О траекториях коротких радиоволн в ионосфере

Ряс. 17. Карта градиентов f0F2, связанных с изменением широты. Январь 1958 г., полуденные часы

Значения градиентов вычислялись по формуле

3/. dD

где А и /2— значения критических частот для станций с коорди­ натами cpj, Ц и ср,Д, (cpj ср2, ^ « У ; D — расстояние между станциями.

Результаты расчета представлены в форме гистограмм распре­ деления dfJdD для утренних, дневных и вечерних часов местно­ го времени станций. Полученные гистограммы для ряда пар стан­ ций приведены на рис. 18 и 19 для января и июня 1958 г.

Анализ гистограмм распределения df/dD для станций, распо­ ложенных в различных областях земного шара, показал, что ши­ ротные градиенты в зимний период имеют максимум в высоких широтах и экваториальной области. Величины градиентов дости­ гают наибольших значений в дневное время. В летний период основной максимум в географическом распределении наблюдается в экваториальной области. Значения градиентов зимой в основном выше значений в летнее время.

Градиенты отдельных дней значительно отличаются от месяч­ ных медианных величин градиентов. Это отличие наиболее су­ щественно для экваториальных и высокоширотных станций.

39

Рис. 18. Гистограммы распределения градиентов по данным f0F2 за каждый день. Январь 1958 г.

а — Москва — Ростов; б — Вакканай — Акита

Сравнение долготных и широтных градиентов показывает, что для средних широт долготный градиент выше, чем широтный, в экваториальной области широтные градиенты превышают дол­ готные по величине. Этот вывод в равной мере относится к медиан­ ным величинам градиентов и ежедневным.

Приведенный в данпой главе материал 1 дает возможность ус­ тановить время, сезон и направление радиолиний, на которых сле­ дует ожидать максимальных изменений в характеристиках радиосвязи, обусловленных горизонтальным градиентом крити­ ческой частоты f 0F2.

§ 4. Горизонтальные градиенты геометрических параметров слоя F 2 7ьт и у т

В настоящее время единственно доступным материалом, позво­ ляющим составить представление о величинах градиентов геомет­ рических параметров, их планетарном распределении, зависи­ мости от времени суток, сезона, солнечной активности, являются карты геометрических параметров и их градиентов, приведенные в работах [5, 6]. На основании этих карт можно отметить, что

1 Часть материала дана в прил. 1.

40

дУт / д В 7 х м / і 0 0 км

Декабрь. W= -WO

Рис. 20. Зависимость величины градиента ymF2 от местного времени

ЪЬт /дДг км/МОкм

Рис. 21. Зависимость величины градиента hmF2 от местного времени

Г л а в а II I

ПАРАМЕТРЫ ТРАЕКТОРИИ РАДИОВОЛНЫ В ГОРИЗОНТАЛЬНО-ОДНОРОДНОЙ ИОНОСФЕРЕ

§ 1. Глубина проникновения радиоволн в слой

Наиболее простым для вычисления, ио одним из важнейших параметров траектории радиоволн является глубина проникно­ вения в слой (высота точки отражения), связанная с длиной пути

При заданном законе распределения электронной концентра­ ции с высотой Дотр определяется как функция угла падения ф0 радиоволны на нижнюю границу слоя и параметров слоя (см. обозначения рис. 23). Для фиксированных параметров слоя и за­ данной рабочей частоты і?0тр является функцией только угла

падения ф0. В общем случае ф0 может меняться от 0 до 90°, однако

наибольшие углы падения не могут быть достигнуты с поверхности Земли вследствие ее кривизны. Так, при высоте слоя h0 = 100 км предельный угол ф = 80°, при /г = 200 км ф„ = 75°, . Углы,

близкие к 90°, могут осуществляться в тех случаях, когда излу­ над Землей и находится вблизи нижней границы

На рис. 24 приведены в графическом виде результаты расчётов horр в зависимости от ф0. Здесь приняты следующие обозначения: высота отражения выражена в долях ут, х = (hm — hmp)/ym;

44

из рисунка, до уровня максимальной электронной концентрации может проникнуть только радиоволна с частотой, равной крити­ ческой частоте слоя, ///с = 1. Радиоволны как с меньшими, так и с большими частотами отражаются от более низких уровней. Уменьшение максимального уровня отражения с увеличением

частоты по сравнению с / = /0 следует из того обстоятельства, что функция nR, определяющая уровень отражения для заданной частоты, имеет экстремум (минимум) на высоте, меньшей /гт [53]. Положение этого минимума по высоте зависит от рабочей частоты. С увеличением отношения ///с экстремум опускается, приближаясь к нижней границе слоя. Отражение от высот, превышающих (rai?)min, может происходить только в случае, если радиоволны падают на слой с внешней стороны ионосферы (рис. 25). Минимум (иі?)-функции располагается значительно ниже максимума слоя. Это характерно для слоя параболической формы и других близких к ней (бипарабола, косинусоида), у которых рост иониза­ ции вблизи максимума замедляется.

Как видно из рис. 24, для более высоких частот меньше диапа­ зон углов фо, падая под-которыми радиоволны могут отражаться

45

слой

от слоя. На рис. 24 справа вертикальной тонкой линией показан максимальный угол ф = 75,° , который может быть достигнут

200

С увеличением высоты нижней границы слоя hQкривые х0Тр (фо) меняются незначительно. В масштабе рис. 24 их невозможно за­

метить. При h0 — 300 км существенно изменится только граница максимальных углов, ф = 72,°4, отмеченная на рис. 24.

Изменение глубины проникновения радиоволн в слой в зави­ слоя показано иа рис. 26. Сплошной линией

1 6

сят от полутолщины слоя. При этом следует помнить, что речь идет об относительных глубинах, выраженных в долях ут. Естест­ венно, высоты отражения, выраженные в абсолютных единицах,

Щ

Рис. 25. Схема отражений радиоволн, падающих на ионосферу снизу и сверху

Рис. 26. Зависимость изменения глубины проникновения радиоволн в слой от толщины слоя

•Оѵт = 60 к.«; г) ут = 120 км

Отдельного рассмотрения заслуживает вопрос о высотах отра­ жения максимальных применимых частот МПЧ. В стандартных методах расчета принимается, что МПЧ независимо от длины ра­

при

На основании расчетов [54] можно провести оценки высот отраже­ ния МПЧ. Эти величины действительно довольно близки к уровню

длины трассы, и с ее увеличением высоты отражения МПЧ воз­ растают.

На рис. 27 изображена зависимость абсолютного значения глубины проникновения в слой г/отр = /готр — h0 для МПЧ от длины радиолинии D при различных высотах начала слоя и при ут = 100 км. Видно, что высота отражения МПЧ сильно зависит от высоты слоя (от толщины слоя относительная высота отраже­ ния почти не зависит). Минимум высоты отражения МПЧ соот­

Зависимость высоты отражения МПЧ от протяженности радио­ линии определяется различными факторами. Здесь играют роль

48