Vplyvy na šírenie vĺn
8.4 Vplyv meteorologických pomerov v dolných vrstvách atmosféry na šírenie veľmi krátkych vĺn
V pásme veľmi krátkych vĺn sa prejavuje difrakcia len veľmi slabo, okrem toho sa vlny tohto pásma len zriedka odrážajú od ionosféry. Preto všetky prípady šírenia veľmi krátkych vĺn na veľké vzdialenosti (rádu stoviek kilometrov) možno vysvetliť len lomom v dolných vrstvách troposféry.
Rešpektovanie atmosferického lomu efektívnym polomerom zemegule dáva dostatočne dobré výsledky len vtedy, keď má derivácia dn/dh stálu, alebo aspoň takmer stálu hodnotu v oblasti výšok, do ktorých prenikajú elektromagnetické vlny. Pre kvalitatívne a kvantitatívne zhodnotenie vplyvu atmosferického lomu na šírenie veľmi krátkych vĺn je výhodná zaviesť "modifikovaný index atmosferického lomu", ktorý umožňuje nahradiť rozbor šírenia elektromagnetických vĺn v nehomogénnej atmosfére nad guľovou zemou rozborom šírenia elektromagnetických vĺn v istej modifikovanej atmosfére (atmosfére so zmenenými vlastnosťami) nad rovinnou zemou.
Pri praktických výpočtoch je výhodnejšie používať namiesto indexu lomu modul lomu, ktorý súvisí s modifikovaným indexom lomu vzťahom
M = (nmod -1)106 = (n-1)106 + 0,157 h (8.31)
kde h je výška bodu, v ktorom sa určuje hodnota modulu. Modul M sa líši
od veličiny (n-1).10 členom (h/r)106 ktorý sa zavádza vzhľadom na krivosť
Zeme. Deriváciou (8.31) podľa h nájdeme:
dM/dh = (dn/dh)106 + 0,157 (8.32)
Odtiaľ vypočítame hodnotu dn/dh a dosadíme ju do (8.26), čím dostaneme.
K = (R´/R) = (106/M´R) = (0,157/M´) (8.33)
kde sme pre stručnosť označili gradient dM/dh symbolom M´.
Pre typické stavy atmosféry prijíma modul M hodnoty od 200 do 500. Činiteľ k má dosť zložitú závislosť od výšky.
Aj pri tomto veľmi zjednodušenom ponímaní atmosferického lomu ja účelné roztriediť ho na tieto prípady.
a) Atmosferický lom nevzniká: dn/dh = 0 V tomto prípade je
M´ = 0,157 k = 1 R´ = R
Efektívny polomer zemegule sa nelíši od skutočného.
b) Záporný atmosferický lom. Ide o taký stav dolných vrstiev atmosféry, že lúče sa vzďaľujú od povrchu zeme. Vzniká vtedy, keď index lomu vzrastá s výškou. Za tohto stavu sa dĺžka spoja skracuje:
V tomto prípade má efektívny polomer zemegule menšiu hodnotu ako skutočný.
c) Kladný atmosferický lom. Vzniká za podmienky dn/dh < 0 Trajektórie sú vypuklé smerom nahor. Pri rozbore kladného atmosferického lomu musíme rozlišovať tri osobitné prípady.
1.štandardný atmosferický lom. V dobre premiešanej atmosfére a pri adiabatickom priebehu teploty podľa výšky je gradient indexu lomu prakticky nezávislý od výšky a má hodnotu 4,45 l0 m . Dôkladne premiešaná atmosféra sa nevyskytuje často a ako normálna hodnota sa berie
Pritom je
Tento prípad sa považuje za priemernú normálnu hodnotu atmosferického lomu.
2. Kritický lom. Keď index lomu klesá s výškou rýchlejšie ako pri strednom
stave atmosféry, potom pri istej hodnote gradientu vznikajú podmienky,
pri ktorých je polomer krivosti trajektórie rovný polomeru Zeme. Tieto
podmienky vzniknú pre
Potom je
Nekonečná hodnota efektívneho polomeru zemegule zdôrazňuje skutočnosť, že trajektória vodorovného lúča zachováva nezmenenú výšku nad zemou. Lúč sa v tomto prípade šíri ako nad rovinnou zemou. Takýto priebeh indexu lomu podľa výšky v dolných vrstvách atmosféry nazývame stavom kritického lomu.
3. Vznik vlnovodového kanála v dolných vrstvách atmosféry. Keď klesá index lomu s výškou rýchlejšie ako v prípade kritického lomu, vznikne úplný odraz. Vodorovný lúč opisuje krivočiaru trajektóriu a vráti sa na zem. Tento jav sa podobá odrazu priestorových vĺn od ionosféry. Podmienkou vzniku vlnovodového kanála ν dolných vrstvách troposféry je nerovnosť
Potom je
Záporná hodnota efektívneho polomeru zemegule znamená, že ekvivalentný povrch zeme je v tomto prípade vydutý. Fyzikálne možno vysvetliť tento jav tak, že lúč sa šíri priamočiaro a môže dopadnúť na povrch zeme len vtedy, keď je tento vydutý.
Vznik vlnovodového kanála má dvojaký vplyv na šírenie veľmi krátkych vĺn. jednak sa zväčšuje medzná dĺžka spojenia, jednak sa značne zväčšuje intenzita poľa oproti hodnote, ktorá bola pred vznikom vlnovodového kanála.
Šírenie elektromagnetických vĺn vo vlnovodovom kanáli treba prešetrovať vlnovými metódami.
Nedostatky lúčovej metódy pri riešení týchto problémov vyplývajú z tejto okolnosti: Je známe, že index lomu v dolných vrstvách troposféry nezávisí od frekvencie. Pri vlnách kratších ako 0,5 cm, pri ktorých sa pri šírení v daždi prejavuje závislosť tlmenia od frekvencie a ešte pri kratších vlnách, kde sa začína prejavovať molekulárna štruktúra atmosféry, nemožno už uvažovať index lomu nezávislý od frekvencie. Pri vzniku vlnovodového kanála sú podmienky šírenia aj pre vlny dlhšie ako l cm závislé od frekvencie. Táto závislosť je spôsobená tým, že podľa vzťahu medzi výškou kanála a vlnovou dĺžkou sa môžu vo vlnovodovom kanáli súčasne šíriť vlny rôznych typov, ktoré následkom vzájomnej interferencie vytvoria istú výslednú hodnotu intenzity poľa v mieste prijímacej antény.
