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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Radiometeorologia esquecida. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Tecnologia de medição Por que esquecido? E o que é essa ciência afinal? Por definição, a radiometeorologia é a ciência da relação dos processos meteorológicos (clima) com os processos de propagação de ondas de rádio na atmosfera. No entanto, o significado dado a esta definição mudou várias vezes ao longo da história do desenvolvimento da engenharia de rádio. Lembre-se de que o primeiro receptor de rádio de A. S. Popov foi usado como detector de raios, ou seja, o primeiro uso prático do rádio foi o rádio meteorológico! A observação da atmosfera - pulsos de emissão de rádio causados por descargas atmosféricas tornou-se bastante difundida nos anos 20-30. Por exemplo, era conhecido o instrumento do físico suíço Lujon, que se chamava atmoraradiografia e era um detector de raios Popov aprimorado combinado com um anemocinemógrafo meteorológico [1]. As observações foram feitas em ondas ultralongas (frequências de dezenas de quilohertz), que possuem grande faixa de propagação, de forma que foi possível registrar fontes remotas de atividade de trovoadas, inclusive tropicais. Durante a Segunda Guerra Mundial, quando a Suíça ficou sem fontes de informação meteorológica, graças às observações da atmosfera, foi possível registrar a ocorrência de ciclones até mesmo na costa da Flórida. Atravessando o Atlântico, esses ciclones determinaram o clima na Europa. Mais tarde, para localizar com mais precisão as fontes atmosféricas, o grupo Lujon organizou em 1957-1959. postos de observação em Zurique e Svalbard. A determinação de direção com uma base de 4200 km permitiu registrar tempestades em quase todo o hemisfério norte. As técnicas de observação atmosférica melhoraram significativamente quando os receptores de localização de direção apareceram com uma indicação de pulsos recebidos não de ouvido, mas na tela CRT. O diagrama de blocos de um moderno localizador de direção de raios é mostrado na fig. 1]. Este é um receptor de amplificação direta contendo três canais idênticos com filtros passa-banda Z2-Z1 sintonizados na frequência recebida (por exemplo, 3 kHz) e amplificadores A27-A1. Dois canais recebem um sinal das antenas de loop WA3 e WA1 cruzadas em ângulos retos (os magnéticos podem ser usados com igual sucesso) e o terceiro canal recebe um sinal da antena chicote omnidirecional WA2. O sinal do terceiro canal é limitado em amplitude pelo limitador U3 e serve como modelo para a operação de dois detectores síncronos U4 e U1 instalados nos dois primeiros canais.
Nas saídas dos detectores síncronos, os sinais demodulados são proporcionais ao seno e cosseno do ângulo de chegada das ondas de rádio. Após aplicá-los, após amplificação e formação adequadas nos dispositivos U5 e U6, nas placas de deflexão horizontal e vertical do CRT, obtemos o ângulo de deflexão do feixe proporcional ao arco tangente da relação de tensão nos canais com antenas de loop, ou seja, o azimute do ângulo de chegada da onda. O alinhamento inicial do localizador de direção é realizado girando as antenas de loop e o deslocador de fase U3 no circuito do sinal de referência. Como você pode ver, o localizador de direção é bastante simples, não contém dispositivos móveis para rotação de antenas, mas permite determinar o azimute com uma precisão bastante alta. A atmosfera na tela é observada na forma de uma ejeção do feixe do centro da tela na direção correspondente ao azimute, e o comprimento da ejeção corresponde à amplitude atmosférica. Assim, um diagrama de intensidade polar da atmosfera é formado. Tufões e furacões dão um máximo agudo sobre ele, enquanto as regiões frontais de tempestades têm um máximo amplo em direção e menor em intensidade [1]. A técnica de localização da direção do raio, de alguma forma, não recebeu cobertura adequada na literatura doméstica e no rádio amador está completamente ausente. Ao mesmo tempo, prever trovoadas, furacões, rajadas, aguaceiros e observar sua evolução é de extrema importância, principalmente em áreas rurais. Parece que existe um amplo campo de atividade para radioamadores. Outra vertente da radiometeorologia está relacionada com as observações da passagem dos sinais de rádio na atmosfera. Nas décadas de 20 e 30, acreditava-se que a recepção de rádio estava relacionada ao estado do tempo. Havia até um sinal entre os operadores de rádio: "Bom tempo - má recepção, mau tempo - bom!". Paralelamente, muitos trabalhos e estudos foram realizados, comprovando a ligação entre a propagação de ondas longas, médias e curtas (LW, SW e HF) com as condições meteorológicas. Os radioamadores G. I. Kazakov (Tashkent), M. A. Benashvili (Tbilisi), L. S. Leonov e A. P. Shchetinin (Moscou) participaram deles. Suas observações deram resultados muito valiosos, mas agora poucas pessoas sabem sobre eles. Durante a Grande Guerra Patriótica, não houve tempo para a radiometeorologia, mas o radar foi desenvolvido, as faixas de decímetro, centímetro e depois do milímetro foram dominadas. Então, já nos anos 50-60, foram realizados estudos teóricos e experimentais sobre a propagação de longo alcance do VHF devido à refração na troposfera, espalhando-se nas inomogeneidades troposféricas, descobriu a existência de guias de ondas troposféricos. As reflexões do radar foram recebidas de nuvens, zonas de precipitação e até mesmo de "céus limpos" - seções da troposfera com grandes flutuações no índice de refração. Assim, já se formou a "terceira" radiometeorologia, que estuda a propagação e reflexão do VHF na troposfera [3]. Muitas vezes também inclui o estudo da atmosfera com a ajuda de balões equipados com transmissores de rádio. Recordemos a famosa radiossonda do sistema do prof. Molchanov, lançado pela primeira vez em janeiro de 1930. Foi projetado com tanto sucesso que, mesmo muitos anos depois, foi usado pela maioria das estações meteorológicas domésticas. Foi esta radiometeorologia, mais a meteorologia de radar, que se tornou dominante nos anos do pós-guerra, substituindo completamente a antiga radiometeorologia relacionada com o Extremo Oriente, SW e SW. Os conhecidos cientistas Pedersen e Austin também contribuíram para isso "acidentalmente", em 1927-1931. que falaram a favor da independência da distribuição de DW, SW e HF das condições meteorológicas (na verdade, sua conclusão foi feita como resultado de observações na América do trabalho de estações européias, e qualquer tipo de clima ocorre em tais espaços abertos [1], portanto não pode haver dependência). Desde então, foram estabelecidas disposições na ciência da propagação de ondas de rádio que podem ser encontradas em qualquer livro didático: a propagação de DW, SW e KB não está relacionada ao clima, os parâmetros da ionosfera são determinados apenas por processos no Sol e o campo magnético da Terra, e a propagação de longo alcance das ondas de rádio nessas faixas é determinada pelo estado da ionosfera. A influência da troposfera é observada apenas em VHF e SHF. Anteriormente, o autor dessas linhas também tinha certeza disso, mas vários casos da prática abalaram muito essa confiança. O primeiro caso ocorreu em um local de teste geodésico perto de Serpukhov, 100 km ao sul de Moscou. Em uma tarde de verão, enquanto ouvia uma estação de rádio de Moscou em ondas longas, fiquei surpreso ao encontrar flutuações no nível do sinal com uma oscilação de mais de 12 dB e com uma frequência de vários segundos! Ajudou que a recepção fosse realizada em um medidor de nível de interferência, no qual não havia AGC, mas havia um indicador de ponteiro do nível do sinal de entrada, desbotando no LW ao se propagar por uma curta distância por uma onda terrestre? Não pode ser! No entanto, a flecha teimosamente caminhou por toda a escala. Em total perplexidade, saindo da tenda, vi no céu uma enorme e bela nuvem de tempestade se aproximando do sul. Uma comparação da velocidade da nuvem com o comprimento de onda mostrou claramente que o desbotamento foi causado pela interferência de uma onda terrestre comum e uma onda refletida da nuvem. Outro incidente ocorreu em uma embarcação hidrográfica que realizava trabalhos científicos no estreito entre as Ilhas Curilas. Apesar do afastamento de grandes centros populacionais, o ar estava cheio: no NE havia muitas emissoras japonesas, no Extremo Oriente Khabarovsk, Petropavlovsk-Kamchatsky, Vladivostok e Magadan eram bem ouvidos. Mas uma bela manhã (nebulosa como sempre) o receptor na sala dos oficiais recusou-se a receber qualquer coisa no Extremo Oriente e Norte e eles me chamaram para consertá-lo. O receptor estava correto. Ouvir o ar em um grande receptor de comunicação com os operadores de rádio do navio mostrou que os sinais das estações de rádio mencionadas foram absorvidos quase completamente, apenas o portador da estação de rádio de Petropavlovsk-Kamchatsky foi recebido, em vez adivinhado, no modo telégrafo por dois pontos. O éter reviveu apenas em frequências acima de 3,5 MHz, onde foi observada uma transmissão normal para KB. Por três dias no Extremo Oriente e Nordeste ficou "surdo como em um tanque", e só aos poucos a passagem foi restaurada. Muitos anos depois, o autor recebeu um livro maravilhoso [1] de Dmitry Nikolayevich Nasilov, um cientista da Universidade Estadual de Moscou, escrito principalmente com base nos resultados de pesquisas nas décadas de 20 e 30. Pela primeira vez na literatura, li sobre um incidente semelhante que ocorreu em uma região completamente diferente do globo - durante a viagem do navio da expedição Perseus de Arkhangelsk para Franz Josef Land (FJL). Observou-se que, ao deixar a corrente quente da Corrente do Golfo nas águas frias do Ártico, todas as estações de rádio localizadas ao sul tornaram-se quase inaudíveis ou desapareceram completamente. Mas ao se aproximar do FJL, a audibilidade foi restaurada, ao mesmo tempo, os hidrólogos notaram o aparecimento de outro jato quente da Corrente do Golfo. Os observadores explicaram a "zona de silêncio" pela refração das ondas de rádio em uma poderosa e extensa camada de neblina sobre uma corrente quente que invade águas frias. Observe que a situação é semelhante nas Ilhas Curilas: a corrente quente Kuro-Sio, vinda das ilhas japonesas, colide com as águas frias do Mar de Okhotsk. A explicação do efeito Kuril-Kola não foi apoiada por cientistas respeitáveis, e muitos desses fatos ainda não estão incluídos nos livros sobre propagação de ondas de rádio. Mas os fatos são teimosos, e os experimentos confirmam que os fenômenos de refração, reflexão e propagação do guia de ondas também são observados no LW, SW e HF, assim como no VHF. A este respeito, as observações da intensidade de campo das estações de radiodifusão são de grande interesse. Assim, por exemplo, o pesquisador americano R. Colwell, estando a 170 km da cidade de Pittsburgh e medindo a intensidade de campo da estação de rádio desta cidade em uma onda de 305 metros, estabeleceu uma correlação de 98% com as condições climáticas. Seu próprio grupo em 1939 recebeu experimentalmente reflexões em HF (frequências 1614 e 3492,5 kHz) de camadas troposféricas, muito mais baixas que a camada ionosférica E, mesmo em altitudes de 1 ... 2.3 km! Os valores medidos do coeficiente de reflexão são cerca de 10-4 para nuvens finas na forma de neblina, sempre presentes em altitudes de 12...16 km, e cerca de 0,001...0,05 para nuvens frontais quentes, eles podem aumentar até 0,7 (!) para fortes cúmulos e nuvens de trovoada, muitas vezes acompanhadas por uma frente fria.
As flutuações na força do campo das estações de rádio durante as tempestades foram observadas por muitos - como exemplo, na Fig. A Figura 2 mostra um registro de uma estação de rádio em Kiev (1209,6 metros), feito pela estação receptora de rádio de Kiev com bom tempo (Fig. 2, a) e durante uma tempestade (Fig. 2, b) [1]. As flutuações podem ser explicadas pelo aparecimento de áreas de maior ionização do ar em baixas altitudes. Mas, mesmo na ausência de trovoadas, a aproximação de, por exemplo, uma frente quente dá um aumento geral da intensidade do campo em LW e NE, enquanto uma frente fria causa oscilações bruscas, desvanecimento, podendo até levar à perda de sinal. Efeitos não lineares também são observados na atmosfera, que se manifestam na forma de "overlays" na portadora da estação de rádio recebida. M. A. Benashvili em 1938 propôs determinar a localização das frentes atmosféricas pela natureza das "sobreposições" nos sinais das estações de rádio LW e MW recebidas de diferentes direções e distâncias. Assim, uma frente fria no caminho das ondas de rádio gera crepitações e cliques, uma frente quente - farfalhar, um fundo sólido. Em um artigo, é impossível recontar muitos dos fenômenos mais interessantes que se manifestam ao ouvir atentamente o éter e estudar os processos de propagação de ondas de rádio. O objetivo desta publicação é chamar a atenção dos radioamadores para esses fenômenos meio esquecidos, de alguma forma perdidos em nossa era de computadores e comunicações via satélite. Não é supérfluo lembrar que até mesmo a emissão de rádio cósmica foi descoberta por engenheiros de rádio comuns que realizavam trabalhos diários na medição de interferência de rádio, e a propagação de HF de longo alcance foi descoberta por radioamadores. Literatura
Autor: V.Polyakov, Moscou
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