МАВЗУ 15. ЕР АТМОСФЕРАСИДА РАДИОТЎЛҚИНЛАРНИ ТАРҚАЛИШИ

15.1. Радиотўлқинларнинг тарқатилишида атмосферада

кузатиладиган физик жараёнлар

Ер атмосфераси нобиржинсли ютувчи мухит бўлиб, унинг юқори қисми дисперсион ва анизотроп хусусиятларга эга бўлган ионосферали плазмадан иборат. Радиотўлқинларнинг бундай мухитда тарқалишида қуйидаги физик жараёнлар кузатилади:

а) Атмосферанинг фазовий нобиржинслилиги туфайли юзага келадиган тўлқиннинг синиши; синиш жараёни анизотроп ионосферада икки каррали синиш сабабли кийинлашади;

б) Махаллий нобиржинсли атмосферада майдоннинг сочилиши.

в) Тропосфера газларида майдон кучланганлигининг сусайиши (ёмғир, қор ва хоказолар сабабли);

г) Ионосферадаги чекланган ўтказувчанлиги сабабли юзага келадиган ютилиш;

д) Анизотроп ионосферада тўлқин қутбланишининг ўзгариши ва ёғинлардаги деполяризация холати;

е) Атмосферанинг электрик параметрлари ўзгариши сабабли юзага келадиган майдон кучланганглигининг регуляр ва тасодифий ўзгариши;

ж) Қабул қилинаётган майдоннинг дисперсияси ва кўп нурли тарқалиши сабабли юзага келадиган узатилаётган ахборотнинг бузилиши;

Бу жараёнларнинг радиодиапазон оралиғидаги кучли частотавий боғлиқлиги қуйида келтирилади.

15.2. Радиотўлқинларнинг синиши

Умумий тушунчалар: атмосферанинг диэлектрик сингдирувчанлиги баландликка қараб бир текис ўзгаради. Радиотўлқинларнинг бундай мухитда тарқалиши тарқалиш траекториясининг текис қийшайиши, яъни рефракция холати сабабли кузатилади.

Рефракция холатида тўлқин энергиясининг тарқалиш тезлигини кўрсатувчи вектор тўлқин тарқалиш траекториясига урунмали йўналган. Маълумки, таркатилаётган сигнал частота полосасида мужассамлашган холда бундай вектор бўлиб: йукотишсиз мухитда (тропосфера, стратосфера) фаза тезлиги вектори, дисперсияли мухитда гурухий тезлик вектори хисобланади.

Атмосферанинг турли баландликларида тўлқиннинг тарқалиш тезлиги турлича бўлади. Шунинг учун фазода тарқаладиган тўлқин фронтининг элементлари турли тезликларда кўчади. Бу холат, рефракция сабабли, тарқалиш жараёнида тўлқин фронти йўналишини ўзгартиради.

Атмосферадаги радиотўлқинларнинг траекториясини аниқлашда геометрик оптиканинг яқинлашув услуби ишлатилади. Бу услубда тўлқин жараёнининг узлуксизлиги кўриб чиқилади. Бунда тўлқин нобиржинсли мухитда кўп дискрет нурлар йигиндиси сифатида намоён бўлади. Бунда мухитнинг хар бир нуқтаси синган ва қайтган нур манбаи сифатида хисобланади. Нурли тасаввур секин ўзгарувчи синиш коэффициенти n га эга бўлган нобиржинсли мухит учун адолатлики, бунда мухитдаги тўлқин узунлигига яқин қийматли йўл бўлагида ушбу коэффициент n(h) = const деб қабул қилиниши мумкин. Бунда, биринчи яқинлашувда фақат синган нурдан фойдалиш ўринли бўлади. Атмосферада ЎУТ ва УТ (λ > 1000 м) диапазондан ташқари барча радиодиапазонлар учун геометрик оптиканинг яқинлашуви тўғридир.

15.2.1 Тропосферанинг ер юзаси радиотўлқинлари

тарқалишига таъсири

Атмосфера рефракцияси ходисаси. Маълумки, тропосфера нобиржинслилигининг ер юзаси тўлқинлари тарқалиш шароитига таъсири атмосфера рефракцияси ходисаси билан узвий боғлиқ. Атмосфера рефракцияси ходисаси ёруғлик нурларининг синиши, демакки, радиотўлқинларнинг хам Ер атмосферасида тарқалиши жараёнидаги синиши оркали белгиланади.

Тропосферада тарқалган радиотўлқинларнинг огиш траекториясининг радиуси

R=n_т ⁄[sinφ(-dn/dh)].

Маълумки, тропосферада n_т ≈1 га тенг. Нур ёйсимон бўлганда sinφ 1 га интилади. Бундан R=10⁶ ∕ (-dn_т/dh) келиб чиқади.

Ушбу ифода шуни кўрсатадики, тропосферанинг пастки қатламларида нурнинг радиус оғиши синишнинг кўрсаткичининг абсолют қиймати билан эмас, балки, баландлик билан синиш кўрсаткичининг ўзгариш тезлиги оркали аникланади. Хосиланинг манфий ишораси синиш коэффициенти баландлик ошиши билан камайган холда эгрилик радиусини мусбат бўлишини, яъни траектория қавариқлиги тепага йўналганлигини кўрсатади. Бутун қалинлиги бўйича градиентнинг доимийлиги билан тавсифланувчи нормал тропосферада радиотўлқинлар траекториясининг айланаси радиуси R=2500 км га тенг бўлган ёй шаклига эга бўлади. Нормал тропосферада радиотўлқинлар ёруғлик нурларига нисбатан кўпроқ синади.

Бунинг сабаби шундаки, доимий диполь моментига эга бўлган чекланган оғирликли сув молекулалари юқори частотали электромагнит майдон

(4*10¹⁴ Гц ...7,5*10¹⁴ Гц) остида ўз йўналишини ўзгартира олмайди. Аксинча, радио тўлқинлар (f < 3*10¹⁴ Гц) диапазонда тебраниш харакатида қутб молекулалари тўлиқ қатнашади ва синиш коэффициентига ўзгариш киритади. Нурли тўлқинлар учун R=50000 км га тенг. Нормал тропосферадан жой олган атмосфера рефракцияси нормал рефракция деб аталади.

Тўғри кўриниш оралиғидаги радиотўлқинлар тарқалишида атмосфера рефракцясини хисобга олиш. Ер шарининг эквивалент радиуси тушунчасига эга бўлиш

Интерференцион формула ишлатилган шароитда кўтарилган узатувчи ва қабул қилувчи антенналар радиотўлқинларининг тарқалишига атмосфера рефракция таъсирини куриб чиқамиз. Маълумки, бундай шароит фақат ультрақисқа тўлқинлар диапазонида учрайди. Ультрақисқа тўлқинлар диапазонда хисоблашнинг кераклиги шунга боғлиқки, интерференцион формулалар қабул пайтида натижавий майдон тўғри ва ердан акс этаётган тескари нурларнинг геометрик йўллари фарқига боғлиқдир. Интерференцион формулаларга асоланган холда радиотўлқинлар тўғри таркалади, хақиқатда радиотўлқинлар эгри чизик траекториялари бўйича таркалади, кўп йулни босиб утади ва нур йўналишининг геометрик фарқига таъсир эиади. Бундан ташқари баландлик ошиши билан радиотўлқинларнинг тарқалиш тезлигига диэлектрик сингдирувчанликнинг узгариши таъсир этади. 15.1-расмда биржинсли атмосферада тўғрибурчак траекторияси бўйича таркалаётган тўғрида-тўғри узатилган ва ердан акс садо бўлиб қайтган радиотўлқинлар кўрсатилган.

15.1-расм. Реал атмосферада радиотўлқинларнинг траекторияси

Нормал тропосферада радиотўлқинлар эгричизикли траектория бўйича таркалади (расмда калин чизик килиб кўрсатилган). Тўғри чизикли траекторияни айланма ейи билан узгартирилиши нур йўналишидаги фарқнинг охирги кийматини кўрсатади. 1933 йилда Скиллинг, Берроуз ва Феррелллар атмосфера рефракция таъсирини оддий хисобини таклиф килишади. Бу шундан иборатки, иккала нур хам тўғри чизик траекторияси бўйича таркалади, фақат ер юзасининг радиуси А бўйича эмас, балки эквивалент радиуси а_э бўйича таркалади. Эквивалент радиуснинг киймати нур билан ер юзаси орасида доимий эгриликни саклаб туриш шарти ва эквивалент схема бўйича аникланади.

Аналитик геометрияда нисбий эгриликни 1/а-1/r айирма билан ифодалашади. Бундан 1/а-1/r = 1/а_э-1/∞ келиб чиқади. Бу ифодадан ернинг эквивалент радиусини формуласини келтириб чиқарамиз

а_э = а / ( 1 – a / R), а_э = а / [ 1 + а (dN/dh) × 10^-6].

Нормал тропосфера рефракцияси шароитида а_э=8500 км. Ер шари эквивалент радиуси тасаввур этилганда, атмосфера бир турда эмаслигини хисобга олиб формулалардан ер радиуси а ва унинг эквивалент кийматларига қараб узгартирилади. Тўғри куриниш масофасини аниклаш формуласи куйидаги куринишга эга бўлади

.

15.1-жадвалда Ернинг эквивалент радиус кийматлари ва турли хил тропосфера рефракцияларининг реал ва эквивалент траекториялари келтирилган. Ерни юзаси эгри холати хисобга олинмагандагина атмосфера рефракциясини хисобга олмаса бўлади (фақат узаткичдан унча узок бўлмаган масофалардагина).

15.1-жадвал.

15.2.2. Ионосферада радиотўлқинларнинг синиши ва қайтиши

Ионизацияланган катламдан қайтиш шартлари. Шу пайтгача бир жинсли ионизацияланган газнинг ичида радиотўлқинларнинг ичида турли тарқалиш усуллари куриб чикилган. Реал ионосфера аслида бир жинсли бўлмаган ионизациялашган газдан ташкил топади. Бир жинсли бўлмаган ионосферани таъсири шундан куринадики, бу мухитда радиотўлқинлар тўғри чизикли траектория бўйича эмас, балки синик чизикли траектория бўйича таркалади. Маълум бўлган шартларга асосан радиотўлқинлар ионосферадан тулик қайтган холда ерга қайтиб келадилар. Аввал ясси ионосферада радиотўлқинларнинг тарқалиш холатини куриб чиқамиз. Бу холатда ионизацияланган газнинг юзасидаги электрон конунларнинг бир хил кийматлари узаро бир-бирига паралел бўлган текисликларни ташкил этади.

15.2.расм. Ясси катламли атмосферада радиотўлқинларнинг синиши

Бундан ташқари биринчи холатларда биз ионосферанинг калинликлари деярли кичик бўлган ясси катламлар мажмуасидан ташкил топган деб биламиз. Хар бир катламнинг ичида электрон концентрация бир хил кийматга эга. N₁ деб биринчи катлам ичида электрон концентрацияни белгилаймиз. N₂ деб иккинчи катламнинг электрон концентрациясини белгилаймиз ва х.к., лекин N₁ < N₂ < N₃ < ... <N_n тенгсизлик бажарилияпти деб хисоблаймиз. Фараз киламиз, ионизациялашган хаводан энг куйи катламга частотаси f га ва тушиш бурчаги φ га тенг бўлган нур тушмокда (15.2-расм)

Синиш коэффициенти ифодасига асосланган холда, 1 > n₁ > n₂ > …> n_n > n_n+1. ни ёзиш мумкин. Хар бир чегарада синуслар қонуни қўлланганда

n₀ sin φ₀= n₁ sin q₁; n₁ sin φ₁= n₂ sin q₂

ёки

n₀ sin φ₀ = n₁ sin φ₁ = n₂ sin φ₂ =…= n_n sin φ_n ни хосил киламиз.

Етарли синишлар сонидан кейин h_кай баландликдаги N катламдаги бурчак тушиши деярли 90⁰ га етиб келиши мумкин. Фараз килайлик, φ_n≈90⁰ тенг ва четдаги хадларнинг тенглигини сақлаган холда

sinφ₀ = n ёки ёки 1-sin²φ₀ = 80,8N / f², cos²φ₀ = 80,8N / f², ни оламиз. Бу ерда f = f_кр sec φ₀—секанс конуни;

φ₀—ионизациялашган катламга тўлқинни тушиш бурчаги.

Траектория баландлигидаги тўлқин қайилишининг физик сабаби бўлиб унинг тўлик ички қайтиши хисобланади. Таъкидлаш жоизки, тўлиқ қайтиш шу холда содир бўладики, качонки тушиш бурчаги оптик жихатдан анча калин бўлган мухитдан саёзроқ мухитга утганида унинг критик киймати бир неча марта ошади. Кушимча шартлари куйидагилар:

1) радио тўлқин траекториясининг эгрилик радиуси а+h_кай дан кам бўлиши керак;

2) dN/dh радиотўлқин бурилиш нуқтасида унинг киймати критик кийматдан юқори бўлиши керак.

Хисоблар шуни кўрсатадики, охирги шарти деярли доимо автоматик равишда бажарилади ва секанс конуни шарти энг асосийси деб хисобланади.

Кушимча шартнинг амалий киймати куйидагича: Қайтиш нуқтасида электрон концентрацияси албатта ошиши керак, лекин қайтиш электрон концентрациясининг максимум жойида содир бўла олмайди. Шунингдек, баландлик ошиши билан электрон концентрацияси камайиб бораётган жойларда хам қайтиш содир бўла олмайди.

Критик частота деб, нурни вертикал холатда йўналтирилганда берилган ионосфера катламидан қайтган энг катта радио тўлқин частотасига айтилади.

Радиотўлқиннинг бурилиш шарти фақат куйидаги холда бажарилиши мумкин:

Агар тўлқин частотаси f_кр дан юқори бўлмаса. Агар тўлқинлар бу шартга жавоб бермаса, улар ионосферадан қайтмайди, балки ионосферани тешиб утиб кетади.

Ионосферадан вертикал йўналтирилган нурларни қайтиши. Демак, ионосферага нормал шароитда тушаётган радиотўлқинлардан фақат частотаси критик кийматдан юқори бўлмган радиотўлқинлар қайтади. Хақиқатдан хисоб формулаларида f₀=0 деб хисоблаб, n_u=0 ни ёки E_u=0 ни топамиз. Шундай килиб, вертикал йўналтирилган нур фақат диэлектрик сингдирувчанлик нолга тенг бўлган ионосфера катламидан қайтади.

Тахмин киламизки, юқори баландликдаги электрон концентрация ошиб бориши керак ва хулоса киламизки бу баландликдаги электрик сингдирувчанлик манфий бўлади. Хаттоки диэлектрик сингдирувчанликнинг манфий кийматларида синиш кўрсаткичи нолга айланмайди.

15.3. Атмосферадаги нобиржинсли суст диэлектрик сингдирувчанликдаги радиотўлқинларни тарқалиши

Атмосфера бу шундай мухитки, унда баландлик секин ўзгариши билан диэлектрик сингдирувчанлик E(h) ўзгариши кузатилади. Бир вақтнинг ўзида диэлектрик сингдирувчанликка эга бўлган кузгалувчан локал хажмлар мавжуд бўлиб, улар атроф мухитнинг диэлектрик сингдирувчанлигидан ΔE кийматига фарқ килади. Бир текисдаги бир жинслилик каби локал хажмлар хам радио тўлқинларнинг тарқалиш манбаи бўлиб хисобланади.

Тарқалиш жараёни деб, бир жинсли бўлмаган мухитда йўналишлар бўйича электромагнит майдонларнинг қайта нурланишига айтилади.

Тарқалиб кетган майдоннинг структурасини кўп нурли деб фараз килинади. Бу структуранинг элементар ташкил этувчилари бир жинсли бўлмаган мухитнинг бирлик майдонларида тарқалиши натижасида пайдо бўлади. Таркатувчи манбалар хусусиятига қараб 2 хил тарқалиш кузатилади: когерент ва нокогерент. Нокогерент тарқалиш бу фазодаги тартибсиз харакатланувчи локалли бир жинсли бўлмаган диэлектрик сингдирувчанликни бирлик майдонни қайта нурланишининг натижасидир. Бунда элементар майдонларнинг фазаси вакт бўйича тасодифий мустакил конунларга асосан узгаради. Когерент тарқалиш бу детерминантли конунга асосан фазалари узгарувчи элементар майдонларнинг кушилиши натижасидир.

Нобиржинсли мухитни хусусиятлари атмосфера катлами ичида узгариб боради. Радиотўлқинларни тарқалишини тропосфера ва ионосферада кузатилади. Биринчи механизм — узок тропосферадаги тарқалиш (ДТР), иккинчи механизм—ионосферали сочилиш (ИР) деб юритилади. Алока тизимларида асосан узок тропосферадаги тарқалиш ишлатилади(УТТ). Сочилган майдон характеристикасини УТТ (Узок тропосферали тарқалиш) трассалари геометриясига ва тропосфера параметрларига тегишли бўлган холда куриб чиқамиз (15.3-расм).

15.3-расм. Қайтиш бурчаги ва қайтиш хажмини аниклаш

Тарқалиш (сочилиш) шароитларини кўриб, унга бахо берганда—бу тропосферани катламини жуда яхши билиш лозим. Чунки, бу катлам берилган радио линиядаги сочилган майдонни шакллантиришда жуда эффектив иштироқ этади. Бу мухит—эффектив сочилувчи хажм V_соч дейилади. УТТ линияларида қабул килувчи пунктлари асосан горизонт чизигини оркасида жойлашган. Бу ерда қабул килиш бир жинсли бўлмаган мухит хисобига олиб борилади (15.3-расм). Сочилган хажмни куйи чегараси h_min≈r²/(8a_э) баландлигида жойлашган. Урта рефлакция шароитларида трассалар узунликлари r = 200…600 км; h_min=0,6…5 км. Йўналтирилган антенналар билан ишлаганда сочилувчи хажм размерлари узатувчи ва қабул килувчи антенналар йўналтирувчи диаграммаларни бош япроқ мухитлари кесишуви оркали чегараланади. V_соч чизикли улчамлари ΔӨ₀ йўналтириш диаграммалари кенглигига пропорционалдир, хажм V_соч эса ΔӨ₀³*V_соч=r³ ΔӨ₀³/(4Ө_соч); Ө_соч≈ r/а_э га пропорционал. Бу ерда Ө_соч—сочилиш бурчаги 200…600 км Ө_соч≈1,3…4⁰ узунликлардаги трассаларда сочилиш хажми трасса бўйича жуда кўп чузилган. Тропосферадаги сочилувчи хажм жойлашишига қараб бу хажмда уч хил нобиржинсли мухит бор деб хисобланади: турбулент келиб чиккан локал нобиржинсликлар, инверсион катламлар ва равон нобиржинсликлар E_т(h). Биринчи турдаги ножинсликлар –булар нокогерент сочилган майдон манбаидир. Колган иккитаси—майдонни когерент ташкил этувчиларидир.

Назарий тадкикотлар шуни кўрсатадики, нокогерент сочилувчи майдон жадаллиги Ө_соч=0 да (бирлик майдоннинг тарқалиш йўналишида) аник кўрсатилган максимумга эга. Сочилишни бундай тури—олдинга сочилиш дейилади ва унинг манбаи бўлиб суст нобиржинсликлар хисобланади. Бу мухит оркали бирлик майдон энергиясини асосий қисми олдинга утади ва кичик қисмигина фақат ён йўналишлари бўйича сочилади. Бу УТТ да хам кузатилади. Радиолиния узунликлари ошган сари сочилувчи майдон жадаллиги тезда камаяди, чунки сочилиш бурчаги Ө_соч оралик масофа r га пропорционалдир. Ө_соч бурчагини кичрайтириш максадида ва шунингдек, қабул килиш нуқтасида майдон кучланганлигини ошириш учун узатувчи ва қабул килувчи антенналар йўналганлик диаграммаларини ерга яқин килиб жойлаштиришга харакат килинади.

Когерент ва нокогерент сочилиш натижасида шаклланувчи УТТнинг реал майдони вакт ва фазода тез ва секин флуктуацияга учрайди. Майдон амплитудаларини таксимланиши мужмал ностационар тасодифий жараён асосида кечади.

15.4. Ионосферада радиотўлқинларни тарқалишига Ер магнит айдонининг таъсири

15.4.1. Ер шарининг доимий магнит майдони буйлаб радиотўлқинларнинг тарқалиши

Электромагнит тўлқин йуклигида электронлар доимий магнит майдони йўналиши нормали текислигида айлана буйлаб харакат килади. Тўлқинлар тарқалишидаги содир бўлаётган жараёнларни куриб чикиш учун чизикли кутбланган тўлқинни иккита карама-карши йўналишли айланали кутбланган тўлқинлар мисолида кўриб чикиш афзал.

Соат стрелкаси буйлаб харакатланувчи Е вектор тўлқин ташкил этувчилари куйидаги куринишда ёзилади:

E_x1=E/2, E_Y1= -j E/2.

Агар Е вектор соат стрелкасига карама—карши йўналса, у холда :

E_XII=E/2, E_YII= +j E/2.

Агар назорат учун бу тўлқинларни ташкил этувчиларини x ва y уклари буйлаб куйилса, у холда х уки буйлаб Е векторни хосил киламиз. E_I вектор ва электрон харакат йўналишлари бир бирига мос тушади. Доимий магнит майдон ва тўлқин таъсири натижасида электрон силжиши доимо кушилиб боради. E_II электр майдонли тўлқин электронга силжиш йўналиши хакида хабар беради. Бу силжиш электрон айланиш йўналишига карама—карши йўналган ва уларнинг натижавий силжишалари бу силжишлар айирмасига тенгдир. Бундан келиб чиқадики, E_I ва E_II майдон таъсиридаги электрон силжишлари фарқлидир.

15.4-расм. Ернинг доимий магнит майдони йўналишида радиотўлқинларнинг тарқалиши

Е векторни чап ва унг томон айланиши натижасида ионизацияланган газ турлича кутбланади. Кутбланиш мухитнинг диэлектрик сингдирувчанлигини аниклаганлиги сабабли, хар бир мухитнинг ε параметрлари турлича бўлади.

Шундай килиб, агар тўлқин доимий магнит майдон буйлаб таркалса, чизикли кутбланган тўлқин икки тўлқинга ажралади (улар уз навбатида айлана буйлаб карама—карши йўналган Е векторининг кутбланишидир). Бу ерда мухитни диэлектрик сингдирувчанлиги бу тўлқинлар учун хар хилдир ва тўлқинлар турли фазали тезликларга эгадир. Радио тўлқинлар доимий магнит майдон буйлаб таркалганда, таркалаётган тўлқиннинг кутбланиш текислиги бурилади. Турли йўналишлардаги векторлар, тўлқинни E_I ва E_II ташкил этувчилари доимий магнит майдон натижасида турли ютилишларга учайди. Бу эса йигинди тебранишни элиптик кутбланишга олиб келади. Тўлқин тарқалиш жараёнида эллипсни катта уки бурилиши кузатилади ва бир тўлқиннинг жадал ютилиши натижасида эллипс кенгаяди. Бу жараён натижасида эллиптик кутбланиш айланали кутбланишга хам утиши мумкин.

15.4.2. Ер шарининг доимий магнит майдони йўналишига перпендикуляр бўлган радиотўлқинлар тарқалиши

Радиотўлқинларнинг Ер магнит майдони йўналишига перпендикуляр тиркалишини куриб чиқамиз. Тўлқин z уки бўйича таркалсин ва магнит майдони эса у укини манфий киуматлари буйлаб йўналган бўлсин. Бу холда Е вектори хоу текислигида ётади ва Е_Х ташкил этувчига эгадир (15.5-расм).

15.5-расм. Ернинг магнит майдони йўналишига кундаланг йўналишда радиотўлқинларнинг тарқалиши

Куриниб турибдики, электронга ва унинг тезлигига магнит майдон таъсир этмайди, чунки Лоренц кучи нолга тенг. Демак, куч чизиклари буйлаб таркалувчи тўлқин иккита ташкил этувчига ажралади. Биринчи ташкил этувчини Е вектори магнит майдон чизиклари билан мос тушади ва тўлқин тарқалишига халакит бермайди. Бу тўлқин “оддий” дейилади. Тўлқинни иккинчи ташкил этувчи Е вектори доимий магнит майдон куч чизикларига нормалдир. Бу тўлқин фазавий тезлик билан таркалади, бу эса уз навбатида диэлектрик сингдирувчанлик билан белгиланади. Бу шароитда кундаланг ташкил этувчини фазаси билан мос тушмайдиган майдон кучланганлиги ташкил этувчиси пайдо бўлади. Бу майдон эллиптик кутбланган бўлади ва таркалаётган тўлқин текислигида жойлашади. Бу тўлқинни “узгача” дейилади. Шундай килиб, тўлқин оддий ва узгача тўлқинларга ажралади. Оддий ва узгача тўлқин ташкил этувчилари турли ютилишларга эга ва турли баландликларда хар хил қайтади.

15.5. Тропосферада радиотўлқинларнинг сусайиши

Газлардаги сусайиш: Ер атмосферасидаги таркалаётган тўлқин узунликлари 3…5 см дан кичик бўлган эркин фазодаги тўлқинларни йукотилиши билан бирга газлардаги ютилиши хам кузатилади. Табиатда резонанс ва норезонанс ютилишлар бор. Норезонанс ютилиш деб, молекулалар орасидаги ишкаланиш кучини енгиб утиш учун таъсир этувчи майдон энергиясини сарфига айтилади. Резонанс ютилишда хар бир молекула квант механикаси конунларига асосан фақат узини шахсий квантлар энергияси тупламини ёки уларга тегишли бўлган частоталар спектрини ютиши мумкин. Агар бир дискрет частотани майдон частотаси билан мос тушса, ташки майдон энергияси ютилади. Бунинг натижасида молекула юқорироқ энергетик холатга утади. Радиодиапазонда атмосфера газларини ташкил этувчиларидан фақат кислород ва сув бугларининг ютилиш спектри жойлашган. Кислород ва сув бугларидаги майдон кучланганлигини сусайиши газлардаги V_г сусайтириш кўпайтувчиси модули билан улчанади. Одатда дицебелларда улчанади

V_г=γ_H2O+r_H2O+γ_O2r_O2.

Бу ерда γ_О2 ва γ_Н2О – мософали сусайишлар, дБ/км.

r_O2 ва r_H2O –трассаларнинг эффектив узунликлари.

15.6-расм. Турли частоталарда кислород ва сув бугларида радиотўлқинларнинг сусайиши

15.6-расмдан кўриниб турибдики, сув буғлари 22 ГГц, 183 ГГц ва 320 ГГц частоталарда, кислород эса 60 ГГц ва 120 ГГц частоталарда ютилиш полосаларига эга. Трассалар узунлигини эффективлиги трасса буйлаб нотекис ютилиш шартларини хисобга олади. Космик алока линияларида тўлқин тарқалиш йўналиши бутун тропосфера ичидан утади. Бу трассада кислород ва сув буглари таксимланиши баландлик буйлаб узгаради. Бундан ташқари, космик аппарат ердаги пунктга нисбатан силжийди ва йўналиш узунликлари горизантал линиясига нисбатан олинган траектория кўтарилиш бурчагини тарқалишига қараб олинади.

15.7-расмда турли Δ бурчаклардан ва турли частоталарда сусайиш кўпайтвчисини бирликлари хисоблари келтирилган. Бу тинч тропосферани тулик сингиб утувчи тўлқин учун ўринли.

Ёғингарчилик ва тумандаги сусайишлар

Атмосферадаги турли хил шаклланишлар - сув буглари конденсаторларидан ташкил топган - ёмғир , туман, булут, дул, қорлар (уз навбатида томчи ва муз парчаларидан ташкил топган), радио тўлқин майдон кучланиш сусайишини сабабларидир. Сусайишлар асосан биринчидан, заррачалардаги норезонанс ютилишлар ва иккинчидан заррачаларда энергияни тарқалишида содир бўлади.

Аник белгиланган ёғингарчилик чизигидан қайтиш хисобига хам сусайиши содир бўлиши мумкин. Ёғингарчиликлардан сусайиш f > 6 ГГц (λ<5 см) частотадан бошлаб сезилади ва f > 10 ГГц дан юқорида жуда яхши сезилади. Сусайишлар асосан ёмғир, туман ва булутларда кўпроқ кузатилади.

15.7-расм. D=const да Vг(f) нинг боғлиқлиги

15.8-расм. Ёмғирдаги сусайиш

Ёмғирда сусайиш: Ёмғирда сусайиш кўпайтувчиси децибелларда белгиланади.

V_Д=γ_Д*r_ЭД.

15.8-расмда погонали сусайишни γ_Д частотага бўлган боғлиқлиги келтирилган.

Кўриниб турибдики, ёмғир интенсивлиги ва майдон частотасини ошиши билан γ_Д кўрсаткич ошади. Трассанинг эффектив узунлиги r_ЭД ёмғир ёгишини жадаллигини хисобга олади. Паст ва йирик жадалликдаги ёмғирларда ер устида (J_Д<20 мм/соат, r_ЭД≈r) кузатилади. Колган холларда r_ЭД =k_r*r, бу ерда k_r - коэффициент.

15.6. Ионосферадаги сустлашиш

Ионосферада тарқалишда тўлқин энергияси сустлашишни 2 тури ажратилади: ютилиш (иссиклик йукотилиши) ва Фарадей эффекти хисобига кутбланишли йукотишлар.

Ютилиш. Чекланган утказувчанликка эга бўлган ионосферада сусайиш кўпайтувчисининг модули V=exp(-Г_и(r)), бу ерда Г_и(r) – r йўналишидаги ютилишни интеграл коэффициенти. δ_и доимий деб хисоблаш мумкин бўлган dr элементар кесмада ютилиш , бу ерда с₀ – ёруғлик тезлиги.

Бу ифодани синиш коэффициенти n_и² = ε_и оркали ёзамиз. Бунинг учун солиштирма утказувчанлик ифодасини σ_и = ε₀γ_эф(1-ε_и) деб фараз киламиз ва узгартириш киритиб уни ютилиш коэффициенти δ_и = γ_эф(1-n_и²)/(2с₀n_н) га келтирамиз.

Ютилишни хосиблашнинг икки холатини ажратадилар. Биринчи холати бу чекланадиган ютилиш. Котиш содир бўладиган катламда тўлқин таректорияси тўғричизикли траекториядан анча чекланади. Бу холда n_и<1 ва ютилиш коэффициентини хисоблашда охирги формула бўйича олиб боришади. Иккинчи холати бу радиотўлқин синишсиз утадигшан катламларга таълукли ва бу катламда синиш коэффициенти n_и ≈ 1 га тенг. Бу катламларда ютилишларни чекланмайдиган деб аташади ва δ_и = γ_эф(1-n_и²)/(2с₀) га тенг деб хисоблашади. Эслатиб утамиз, Г_и ютилишни интеграл коэффициенти нафақат δ_и балки масофа узунлиги r га хам боғлиқ. Чекланмайдиган мухитда Г_и киймати частота камайиши ва трасса масофасини узайиши билан катталашади. Чекланадиган мухитда боғлиқликлар тескаридир. Трасса узунлигини узаиши ва частота камайиши билан чекланувчи ютилиш камаяди, чунки қайтарувчи катламга тўлқинлар сингишининг чукурлиги камайиб боради. Ютилиш кийматнинг натижаловчи частотавий боғлиқлиги, чекланувчи ва чекланмайдиган ютилишларни суммаси каби хар хил бўлиши мумкин.

Фарадей эффекти хисобига кутбланишли ютилишлар. Ернинг доимий магнит майдони таъсири натижасида ионосфера анизотроп хусусиятларга эга бўлади. Ионосферадаги бирламчи чизикли кутбланувчи тўлқин иккита ташкил этувчига бўлинади: биринчиси айланма кутбланишга эга, иккинчиси майдон векторини йўналишига карама карши. Хар бир ташкил этувчининг уз синиш коэффициенти бор: оддийсида – n_и⁰ , оддий бўлмаганида – n_и^н. Бу уларни турли тарқалиш тезликлари ва фазаларнинг турли фазовий югуришлари билан шартланади. Ионосферадаги r_и масофасини утишда пайдо бўладиган φ⁰ ва φ^х фазалар силжиши куйидаги ходисани сабаби бўлади: чизикли кутбланган майдонни натижавий кутбланиш тезлиги бошлангич холатидан ψ_ф бурчак остига бурилади.

Анизотроп мухитда тарқалиш натижасида кутбланиш майдон текислигини бурилиши Фарадей эффекти дейилади. Бу эффект узатувчи ва қабул килувчи антенналар кутбланишларини узаро мослашишини бузади, бу эса уз навбатида йукотилишлар билан эквивалентдир.