3.Удельная эффективная площадь

 

 Рассмотрим, каким образом удельная эффективная площадь зависит от отражающих свойств т структуры поверхности земли.

Поверхность земли. Основные факторы, которые влияют на величину отражения сигнала: неровности рельефа, значение угла падения, комплексная диэлектрическая постоянная отражающей поверхности и несущая частота.

Неровность поверхности является одним из основных факторов. Гладкими или зеркальными можно считать поверхности, у которых среднеквадратичное значение колебаний высоты неровностей рельефа значительно меньше длины волны. Для сантиметровых волн, например, гладкими являются поверхности асфальта или бетона. Для гладких поверхностей так же, как и для световых волн, справедлив закон равенства угла падения волны углу отражения. Зеркальное отражение характерно для спокойных водных поверхностей.

Оценить степень неровности поверхности, при которой поверхность считается ещё гладкой, можно используя критерий Релея. Согласно этому критерию поверхность является гладкой, если разность фаз двух лучей, отражённых от гребня и впадины неровности, меньше /2. Из рис.3.8 видно, что разность хода лучей l, отражённых от вершины неровности (А^ О^ В^) и от впадины (АОВ) находится как     

.

По критерию Релея должно быть

.

Это приводит к соотношению

.

(3.58)

Из этой формулы следует, что допустимая высота неровности зависит не только от длины волны, но и от угла падения . Поверхность может внешне казаться, при большом h, неровной, но если угол  мал, то отражение от неё будет скорее зеркальным, чем рассеянным, и такую поверхность можно считать гладкой.

В тех случаях, когда имеются значительные неровности и не  выполняется условие (3.58), поверхности называют шероховатыми. Они дают рассеянное (диффузное) отражение. Сигнал, отражённый от такой поверхности, почти не зависит от поляризации падающей волны, а отношение удельной эффективной площади отражения S_{эфф у} к sin постоянно и не зависит от угла  (закон Ламберта).

Поверхности, покрытые растительностью, имеют изотропное рассеяние, при котором удельная эффективная площадь почти не зависит от угла падения .

 

 

Рис.3.8. Влияние неровностей поверхностей на путь

прохождения лучей.

 

Морская поверхность. Отражения от морской поверхности также носят очень сложный характер. Удельная эффективная площадь зависит от угла падения, состояния моря, поляризации, частоты сигнала.

1. Имеется сильная зависимость S_{эфф у} от угла наклона луча . Как правило, величина S_{эфф у} возрастает с увеличением угла наклона.

Эмпирически получена формула, которая характеризует отражающие свойства поверхности моря и хорошо согласуется с экспериментальными результатами:

.

(3.59)

Данная формула применима для больших значений углов .

2. Изменения величины  S_{эфф у} в зависимости от частоты сигнала исследованы ещё недостаточно. Всё же можно отметить, что при спокойном море удельная эффективная площадь возрастает с увеличением частоты приблизительно пропорционально f⁴. Многие экспериментальные данные говорят о линейной зависимости от 3 – 30 см.

3. Изменения величины S_{эфф у} в зависимости от вида поляризации связаны с частотой излучения и состоянием моря. При спокойном море отражённый сигнал при вертикальной поляризации примерно на 20 – 30 дб больше, чем при горизонтальной поляризации. Если море неспокойно, разница между сигналами при различных поляризациях уменьшается.

При умеренном волнении (волны от 1 до 2 м) отражённые сигналы при обоих видах поляризации примерно одинаковы.

4. Удельная эффективная площадь зависит от направления и скорости ветра. При больших углах  (более 70⁰) величина S_{эфф у} уменьшается при увеличении ветра, а при углах  меньше 70⁰ увеличивается. Эффективная удельная площадь при одинаковом ветре на 5-6дб возрастает, когда луч антенны направлен навстречу ветру.

5. Удельная эффективная площадь S_{эфф у} зависит от волнения моря. В общем случае интенсивность отражённого сигнала возрастает при усилении волнения. Однако было установлено, что увеличивается с ростом высоты волн только до некоторого предела. При высоте волн больше 60 см удельная эффективная площадь для различных волн практически одинаковая. Для волн ниже 60 см можно отметить быстрый рост S_{эфф у} с высотой волн.