23.2.2. Потери при распространении

Интенсивность пучка электромагнитного излучения, проходящего через атмосферу Земли, уменьшается не только вследствие рассеяния энергии из пучка, но также благодаря поглощению [240], когда часть энергии преобразуется в тепло. Эти процессы ведут к экспоненциальному уменьшению интенсивности поля с расстоянием, которое может быть выражено с помощью коэффициента затухания. Ван-Флек [306, 307] теоретически показал, что кислород поглощает благодаря взаимодействию с магнитным дипольным

моментом, а неконденсированные пары воды — с электрическим дипольным моментом.

Типичные результаты для атмосферы с содержанием водяных паров приведены на рис. 23.7, где видно наличие пиков поглощения кислородом на и парами воды на причем последний максимум накладывается на конечный участок интенсивного поглощения инфракрасных лучей.

Рис. 23.7. (см. скан) Затухание в атмосфере на сверхвысоких частотах.

Содержание водяных паров предполагается Кривые являются расчетными с чкспернментальнымн поправками на содержание водяных паров. (См. [306, 307, 23])

Других областей прозрачности не наблюдается вплоть до частоты (длина волны 0,015 мм). Затухание за счет поглощения водяными парами можно вычислить, если оценить долю в общем затухании раздельно одиночной линии поглощения на частоте и всех остальных ротационных линий поглощения на частотах выше Экспериментальные результаты Бэлера и Аутлера [23], которые подтверждаются работами Дайсинга и Каплана 1290], находятся в хорошем соответствии с теорией, учитывающей

отдельные линии поглощения, но они указывают на то, что суммарное затухание, обязанное своим происхождением линиям поглощения на высоких частотах, примерно в четыре раза превышает теоретически вычисленные значения; эти результаты показаны на графике. Были проведены и представлены в форме графиков [267] и другие вычисления затухания в атмосфере [165, 342, 348]. Значения затухания в длинноволновой области диапазона СВЧ при различном содержании водяных паров, полученные Сакстоном и Гопкинсом [257], приведены в табл. 23.1.

Таблица 23.1 Затухание в атмосфере (дб/км)

Поглощение частицами конденсированных паров, как показал Рид [254, 255], является функцией диаметра капель, частоты и комплексной диэлектрической проницаемости. В тумане и мелкокапельных облаках, когда диаметр частиц менее затухание при данных температуре и частоте пропорционально общей массе влаги на единицу объема воздуха. Затухание радиоволне некотором приближении можно связать с пределом видимости в тумане, как показано [257] в табл. 23.2 для температуры Для получения затухания в тумане при тех же пределах видимости, но для температур 15° и 25—30° С, надо приведенные величины умножить соответственно на 0,6 и 0,4.

Так как диаметры капель изменяются от 0,1 до то для затухания невозможно вывести простое соотношение. Однако обнаружено, что коэффициент потерь а и интенсивность выпадения осадков связаны в диапазоне СВЧ приближенным соотношением

где постоянная, зависящая от частоты и температуры. Типичные значения затухания в полярной, умеренной и тропико-экваториальных областях приведены [257] в табл. 23.3.

Таблица 23.2 Затухание в тумане при

Значения Р в умеренной области изменяются от для слабого дождя до для проливного дождя. Осадки с интенсивностью выпадения в течение 1 час, вероятно, можно наблюдать более десяти раз в год, а осадки с интенсивностью в течение 5 мин за год встречаются лишь один раз; интенсивность выпадения осадков редко встречается на площади с диаметром более

В тропических областях Р изменяется от (в большинстве случаев) до (примерно один раз в год). Рассмотрение несферических частиц показывает, что в большинстве практических случаев затухание, вводимое частичками льда в атмосфере в виде града, сухого снега или облаков из ледяных кристалликов, гораздо меньше затухания, вводимого дождем при такой же интенсивности выпадения осадков по массе. Ослабление, производимое градом с диаметром на частотах составляет 0,1 от

Таблица 23.3 (см. скан) Затухание при дожде

ослабления дождем при такой же интенсивности выпадения осадков. Измерения [10, 24,177, 178] поглощения линией кислорода на в значительной степени подтвердили теоретические расчеты. Проведены измерения общего влияния атмосферного затухания на распространение радиоволн в области сантиметровых [251] и, более подробно, в области миллиметровых [70, 78, 176, 222, 240, 297, 317, 385] волн.

Рис. 23.8. (см. скан) Влияние дождя, снега и тумана на распространение радиоволн. Частота 35 Ггц. Кривые: а — при 20° С; б - при 10° С и г - при 18° С расчетные, а в — экспериментальная. (См. [253, 254].)

Расчетное значение затухания для тумана согласуется с результатами, полученными Робинсоном [253] на частоте которые приведены на рис. 23.8, а; затухание, вызванное дождем, показано на рис. а для мокрого снега — на рис. 23.8, в. Влияние дождя изучалось также и на других частотах [4, 54, 231, 252].