ствующих данных первых двух строк табл. 32.1 получены значения с 7да299 690 и 299 700 км/сек F1461, что хорошо совпадает с результатами оптических измерений.

На ультракоротких и микрорадиоволнах измерения проводились в условиях прямой видимости и влияние Земли вряд ли сказывалось. Применялся импульсный метод, так что определялась групповая скорость радиоволн в воздухе. Однако дисперсия на этих частотах ничтожно мала, поэтому измеренные значения скорости v в пределах точности измерений близки к фазовой скорости. Наиболее точные измерения скорости радиоволн проведены в сантиметровом диапазоне волн (девятая строка табл. 32.1). Полученное в этих опытах значение с, в результате пересчета v, хорошо совпадает с результатами измерений скорости света: <:=299 792,9+1,6 км/сек [151]. Из более ранних опытов, как известно, получалось с=299 776 км/сек.

§ 33. ПОЛЕ В НИЖНЕЙ СРЕДЕ

Когда рассматривается поле радиоволн ниже уровня земной поверхности (при погружении в воду или же под землей), наиболее интересны два предельных случая: 1) источник и точка наблюдения оба помещаются в нижней среде; 2) источник находится на поверхности раздела (в воздухе), а точка наблюдения в нижней среде.

Физическую картину распространения волны от источника до точки наблюдения можно себе уяснить в обоих этих случаях главным образом из анализа граничных условий, и на этой основе получить необходимые количественные соотношения, зависящие от модуля комплексной диэлектрической постоянной нижней среды

(33.1)

При этом часто полезно рассматривать соответственно два случая: длинных или коротких волн, когда

41:0

(33. 2)

т. е. Земля - хороший проводник или диэлектрик.

Таблица 32.1

Скорости распространения радиоволн, измеренные в разных опытах

Анализ граничных условий для вертикальной и горизонтальной компонент поля дают приведенные ниже следствия, которые и определяют характер поведения поля волны в нижней среде.

1. Из условия непрерывности горизонтальной составляющ,ей и скачкообразного изменения вертикальной составляющей Е при переходе из одной среды в другую следует, что прием горизонтальной составляющей поля более благоприятен в нижней среде, чем прием вертикальной составляющей. Действительно, как известно,

Е.,Е.., (33.3)

где индекс О означает верхнюю, а индекс 1 - нижнюю среду. Поэтому, если e*Jl, что обычно бывает на опыте, вертикальная составляющая поля значительно уменьшается при переходе через границу.

2. При соблюдении условия e*jl из граничных условий и волнового уравнения непосредственно следует, что поле во второй среде удовлетворяет соотношению

E,{z)E,{(})e , (33.4)

где Ei{0) - поле на поверхности раздела (при z=0), а z -глубина точки наблюдения.

Простое соотношение (33. 4) и является основной формулой расчета поля в нижней среде; опа верна во всех случаях до тех пор, пока расстояние между источником л. точкой наблюдения и значение [ z \ велики по сравнению с длиной волны [152].

3. Необходимо использовать следующую связь между горизонтальной и вертикальной составляющими поля на поверхности раздела (при 2=0):

. = 7т--

Таким образом, из (33. 3) - (33. 5) следует, что отношение горизонтальной и вертикальной составляющих поля под границей раздела равно

е.. () ~ ~

\1е\ (33.6)

т. е. амплитуда горизонтальной составляющей всюду в среде в \/е* раз больше амплитуды вертикальной составляющей поля, несмотря на то, что на поверхности раздела Е Е.

Как мы видим, формула (33. 4) аналогична формуле, описывающей поле плоской волны в однородной среде, где

-г - уе *

Ее--е (33.7)

и показывает, что поле, проникающее в среду, определяется при больших е* [ лишь ближайшим к поверхности раздела участком. Физически этот факт можно истолковать следующим образом [1]. Размер участка, формирующего поле в какой-либо точке среды, определяется радиусом первой зоны Френеля

o/й]/Щ, (33.8)

где А - длина волны в среде.

для моря £-=80, o3.6.i0io, \е для суши е- -4, 0 = 9-107,

.2/1.1062,5.102, 6.-1034.

Таким образом, для моря хорошо выполняется условие [е*] 1, вплоть до сал1ых малых длин волн радиодиапазона. Свойства суши на ультракоротких волнах все больше приближаются к свойствам диэлектрика 47го/ о)дае, и условие s* 1, использованное при выводе приведенных формул, хотя и ослабляется, но все же не нарушается си.]тьно и на этих волпах.

Если теперь иметь в виду, что \/е* 1, то в различных рассмотрениях можпо ограничиться глубинами z \, поскольку уже при этих значениях Z амплитуда поля ничтожна мала [см. (33. 4)]. Поэтому линейные размеры сечения пучка волп, формирующего поле в среде, малы по сравнс-пию с длиной волны в воздухе, и излучаемые им колебания почти синфазны, так что возбуждаемая ими в среде волна ведет себя как плоская.

Итак, когда источник помещается па поверхности раздела, волна, принимаемая в какой-либо точке среды, распространяется сначала вдоль поверхности раздела от источника до точки, лежащей над точкой наблюдения, а затем ~ как нлоская волна - на соответствующую глубину z. Если же обе точки помещаются в среде, то, в зависимости от их взаимного расстояния И глубины, наиболее благоприятным путем распространения (дающим наименьшее затухание) может быть не кратчайшее между ними расстояние, а иной нуть. Сначала волна может распространяться от источника вверх до границы раздела как плоская волпа [(формула (33. 7) 1, затем следовать вдоль границы раздела до точки, лежащей над источником, затухая пропорционально (/(р) или \ V{x, О, 0,)1, и после этого достигать точки наблюдения как плоская волна [см. (33.4)J.

Для двух типов почв, использовапных для расчетов оценим в заключение пределы изменения е*( па различных волнах радиодиапазоиа. С помощью (33. 1) получаем: