Elektromagnetinių bangų refrakcija troposferoje
Troposferos lūžio rodiklis, priklausomai nuo aukščio, mažai kinta. Tačiau dėl radijo ryšio linijų ilgio šio pokyčio poveikis elektromagnetinių bangų sklidimui yra reikšmingas. Dėl šio pokyčio elektromagnetinių bangų trajektorija nukrypsta nuo tiesialinijinės. Toliau išvesime elektromagnetinių bangų trajektorijos kreivumo spindulio išraišką ir aptarsime galimus refrakcijos tipus. 
Elektromagnetinių bangų trajektorijos kreivumo spindulys.Tarkime, kad Žemės paviršius plokščias, o troposferos lūžio rodiklis priklauso tiktai nuo aukščio, t. y. n = n(h) ir kinta šuoliškai. Tai reiškia, kad troposfera su tolydžiai kintančiu lūžio rodikliu pakeičiama sluoksniuota struktūra. Sluoksnio ribose lūžio rodiklis pastovus ir kinta šuoliškai pereinant į kitą sluoksnį. Šie sluoksniai lygiagretūs plokščiam Žemės paviršiui (8.9 pav.). Šiame paveiksle skaičiais 1–1, 2–2, 3–3 pažymėtos sluoksnius skiriančios ribinės plokštumos. Tarkime, kad į ribinę plokštumą 2–2kampu jkrinta banga. Pereidama ribinę plokštumą ji lūžta. Lūžio kampas j+dj kartu yra ir bangos kritimo į ribinę plokštumą 3–3 kampas ir t. t. Bangos trajektorijos BC elementas yra djkampu pasuktas trajektorijos AB elemento atžvilgiu. Iš B taško išvedame statmenį AB atkarpai, o iš C taško – statmenį BC atkarpai. Šie statmenys susikerta trajektorijos kreivumo centre O. Kampas tarp šių statmenų prie kreivumo centro yra dj. Tada bangos sklidimo trajektorijos kreivumo spindulys: 
. (8.4) Iš BCD trikampio 
. Gautąją BC išraišką įrašę į (8.4), gausime: 
. (8.5) Pagal Snelio dėsnį, 
, arba 
. Atmetę antrosios eilės mažus dydžius, iš pastarosios lygties gauname, kad 
. Įrašę tai į (8.5), gausime tokią elektromagnetinės bangos trajektorijos kreivumo spindulio išraišką: 
. (8.6) Atmosferos lūžio rodiklis n »1. Praktiškai daugiau domina bangos, kurių kritimo kampas j » p/2. Šioms bangoms sinj»1. Tai įvertinę, gausime: 
. (8.7) Iš (8.7) matome, kad troposferoje sklindančios bangos trajektorijos kreivumo spindulys priklauso nuo lūžio rodiklio kitimo greičio keičiantis aukščiui ir nepriklauso nuo absoliučiosios jo reikšmės. Minuso ženklas prieš išvestinę (8.7) formulėje rodo, kad bangos trajektorija bus išlenkta aukštyn, jeigu lūžio rodiklis, didėjant aukščiui, mažės, ir ji bus išlenkta žemyn, jeigu, didėjant aukščiui, lūžio rodiklis didės. Normalioje troposferoje, per kurios visą storį dN/dh= – 4.10-21/m yra pastovus dydis, bangos trajektorija bus apskritimo lanko dalis, o jo spindulys 
km. Svarbu žinoti, kad elektromagnetinių bangų refrakcija normalioje troposferoje yra didesnė negu šviesos spindulių. Pastarųjų bangų trajektorijos kreivumo spindulys Rt= 50.000 km. Taip yra todėl, kad troposferos dielektrinė skvarba šviesos diapazono bangoms yra mažesnė negu žemesnio dažnio elektromagnetinėms bangoms. Ekvivalentinis Žemės rutulio spindulys. Refrakcijos iškraipyta bangos sklidimo trajektorija apsunkina elektromagnetinio lauko skaičiavimą. Todėl prieš skaičiuojant elektromagnetinį lauką transformuojama bangos trajektorija ir Žemės paviršiaus krei
vumas. Transformacijos metu ištiesinama bangos sklidimo trajektorija ir įvedamas ekvivalentinis Žemės rutulio spindulys. Įvedant ekvivalentinį Žemės rutulio spindulį, reikalaujama, kad santykinis kreivumas tarp bangos sklidimo krypties ir Žemės paviršiaus išliktų nepakitęs. Analitinėje geometrijoje santykiniu kreivumu vadinamas toks skirtumas: 
čia R1ir R2yra dviejų lyginamųjų paviršių kreivumo spinduliai.Pareikalavę, kad santykinis kreivumas realioje (8.10 pav.,a) ir ekvivalentinėje (8.10 pav., b) sistemose būtų vienodas, gauname 
. Iš čia: 
; (8.8) čia Rt – realioje troposferoje sklindančios elektromagnetinės bangos trajektorijos kreivumo spindulys. Įrašę į (8.8) bangos trajektorijos kreivumo spindulio išraišką iš (8.7), gausime: 
, arba 
. (8.9) Žinome, kad normaliai atmosferai dN/dh = – 4.10 -2. Tada aekv »8500 km, o k = 4/3. Refrakcijos tipai.Galimi trys pagrindiniai refrakcijos tipai: neigiamoji refrakcija, nulinė refrakcija ir teigiamoji refrakcija. Teigiamoji refrakcija dar skirstoma į sumažintąją, normaliąją, padidintąją, kritinę ir superrefrakciją. Ši refrakcijų klasifikacija ir jų susidarymo sąlygos pateiktos 8.1 lentelėje. Neigiamoji refrakcija susidaro, kai lūžio indeksas didėja kylant aukštyn, t. y. kaidN/dh > 0. Šiuo atveju elektromagnetinių bangų sklidimo trajektorijos kreivumo spindulys yra neigiamas dydis. Tai rodo, kad trajektorijos kupra nukreipta žemyn. Elektromagnetinė banga sklisdama tolsta nuo Žemės (8.1 lentelė). Dėl to mažėja tiesioginio matomumo nuotolis. Neigiamoji refrakcija yra pakankamai retas reiškinys. Jeigu tam tikrame aukščių intervale lūžio indeksas nekinta, tai šioje erdvės dalyje refrakcija nepasireiškia (8.1 lentelė). Teigiamoji refrakcija gaunama, kai lūžio indeksas, kylant aukštyn, mažėja, t. y. kai dN/dh < 0. Bangų trajektorijos kupra šiuo atveju nukreipta aukštyn. Dėl to didėja tiesioginio matomumo nuotolis. Normalioje troposferoje, kurios lūžio rodiklio kitimo greitis dN/dh = – 0,04 1/m, pasireiškianti teigiamoji refrakcijavadinama normaliąja. Jeigu šio dydžio modulis yra mažesnis už 0,04, turime teigiamąją sumažintąją refrakciją, o jeigu didesnis – teigiamąją padidintąją refrakcija (8.1 lentelė). Kritine vadiname teigiamąją refrakciją, kai radijo bangų trajektorijos kreivumo spindulys yra lygus Žemės rutulio spinduliui, t. y. kai Rt = a. Tai gauname, kai lūžio indekso kitimo greitis dN/dh = – 0,157 1/m. Šiuo atveju pagal (8.9) formulę ekvivalentinis Žemės rutulio spindulys aekv = ¥. Tai rodo, kad ekvivalentinėje elektromagnetinių bangų sklidimo schemoje Žemė tampa plokštuma, o radijo banga sklinda pastoviame aukštyje lygiagrečiai su šia plokštuma. Taigi, esantkritinei refrakcijai, elektromagnetinė banga gali apskrieti Žemės rutulį (8.1 lentelė). Esant superrefrakcijai, elektromagnetinės bangos trajektorijos spindulys yra mažesnis už Žemės rutulio spindulį. Dėl to nedideliu kampu išspinduliuota banga troposferoje lūžta ir tam tikru atstumu nuo antenos pasiekia Žemės paviršių. Atsispindėjusi nuo jos elektromagnetinė banga daro kitą kilpą ir t. t. Taip po daugkartinių atspindžių elektromagnetinė banga gali pasiekti labai nutolusius Žemės paviršiaus taškus ir net apskrieti Žemės rutulį. Iš (8.9) formulės išplaukia, kad superrefrakcijos atveju ekvivalentinis Žemės spindulys yra neigiamasis dydis, o tai rodo, kad ekvivalentinėje schemoje Žemės paviršius tampa įgaubtas (8.1 lentelė). Tiesialinijinėmis trajektorijomis sklindančios elektromagnetinės bangos nuosekliai atsispindėdamos nuo įgaubtojo paviršiaus pasiekia tolimiausius taškus. Superrefrakcijos atveju lūžio indeksas, priklausomai nuo aukščio, mažėja maždaug 4 kartus greičiau negu normaliosios refrakcijos atveju. Superrefrakcijai būtinos didelės neigiamos lūžio indekso gradiento reikšmės, būdingos troposferos sritims su temperatūrine inversija*) ir ypač greitu drėgmės mažėjimu, didėjant aukščiui. Tačiau svarbiausias vaidmuo tenka temperatūrinei inversijai. Temperatūrinės inversijos susidarymą skatina horizontalusis oro masių judėjimas ir radiacinis Žemės paviršiaus atšalimas. Tokios sąlygos susidaro, kai šilto oro masė užplaukia virš šalto oro sluoksnio arba virš šaltos Žemės. Pavyzdžiui, pavasarį virš dar nenutirpusiu sniegu padengto Žemės paviršiaus iš pietų užslenka šiltojo oro masė. Arba virš šaltesnio jūros paviršiaus iš sausumos užnešama šiltojo oro masė. Jūrai banguojant, nuo bangų keterų atsiskiriantys vandens purslai didina drėgmę prie pat jūros paviršiaus. Kadangi iš sausumos atnešamas oras yra sausas, tai susidaro sąlygos staigiam drėgmės kitimui kylant aukštyn. Tačiau superrefrakcijai būtinos sąlygos yra nestabilios, todėl šis reiškinys labai retas.
Puslapiai: 1 2