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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Radiometeorología olvidada. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Tecnología de medición ¿Por qué olvidado? ¿Y qué clase de ciencia es ésta? Por definición, la radiometeorología es la ciencia de la conexión entre los procesos meteorológicos (meteorológicos) y los procesos de propagación de ondas de radio en la atmósfera. Sin embargo, el significado de esta definición ha cambiado varias veces a lo largo de la historia del desarrollo de la ingeniería de radio. Recordemos que el primer receptor de radio de A. S. Popov se utilizó como detector de rayos, es decir, ¡el primer uso práctico de la radio fue el radiometeorológico! La observación de la atmósfera (pulsos de emisión de radio provocados por las descargas de rayos) se generalizó bastante en los años 20 y 30. Por ejemplo, se conocía un dispositivo del físico suizo Lujon, llamado atmoradiografía, que era un detector de rayos Popov mejorado combinado con un anemocinemógrafo meteorológico [1]. Las observaciones se llevaron a cabo en ondas ultralargas (frecuencias de decenas de kilohercios), que tienen un largo rango de propagación, por lo que fue posible registrar centros remotos de actividad de tormentas, incluidas las tropicales. Durante la Segunda Guerra Mundial, cuando Suiza quedó aislada de fuentes de información meteorológica, gracias a las observaciones de los científicos atmosféricos fue posible registrar la aparición de ciclones incluso frente a las costas de Florida. Al cruzar el Atlántico, estos ciclones determinaron el tiempo en Europa. Posteriormente, para localizar con mayor precisión las fuentes atmosféricas, el grupo de Lujon se organizó en 1957-1959. puestos de observación en Zurich y Spitsbergen. La radiogoniometría con una base de 4200 km permitió registrar tormentas en casi todo el hemisferio norte. La técnica de observación de la atmósfera mejoró significativamente cuando aparecieron los receptores radiogoniómetros que indicaban los pulsos entrantes no de oído, sino en una pantalla CRT. El diagrama de bloques de un radiogoniómetro moderno se muestra en la figura. 1]. Se trata de un receptor de amplificación directa que contiene tres canales idénticos con filtros de paso de banda Z2-Z1 sintonizados a la frecuencia recibida (por ejemplo, 3 kHz) y amplificadores A27-A1. Dos canales reciben una señal de las antenas de cuadro WA3 y WA1 cruzadas en ángulo recto (las magnéticas se pueden usar igualmente bien), y el tercero de una antena de látigo omnidireccional WA2. La señal del tercer canal está limitada en amplitud por el limitador U3 y sirve como referencia para el funcionamiento de dos detectores síncronos U4 y U1 instalados en los dos primeros canales.
En las salidas de los detectores síncronos, las señales demoduladas son proporcionales al seno y al coseno del ángulo de llegada de las ondas de radio. Al alimentarlos, después de una adecuada amplificación y conformación en los dispositivos U5 y U6, a las placas de desviación horizontal y vertical del CRT, obtenemos un ángulo de desviación del haz proporcional al arcotangente de la relación de voltaje en los canales con antenas de cuadro, es decir, la azimut del ángulo de llegada de las olas. El ajuste inicial del radiogoniómetro se realiza girando las antenas de cuadro y el desfasador U3 en el circuito de señal de referencia. Como puede ver, el radiogoniómetro es bastante simple, no contiene dispositivos móviles para girar las antenas, sin embargo, le permite determinar el acimut con una precisión bastante alta. La atmósfera se observa en la pantalla en forma de un haz expulsado desde el centro de la pantalla en la dirección correspondiente al azimut, y la longitud de la eyección corresponde a la amplitud de la atmósfera. Así se forma un diagrama polar de la intensidad de la atmósfera. Los tifones y huracanes le dan un máximo agudo, mientras que las áreas frontales de las tormentas le dan un máximo amplio en dirección y menor en intensidad [1]. La técnica de radiogoniometría de alguna manera no ha recibido la cobertura adecuada en la literatura nacional y está completamente ausente en la literatura de radioaficionados. Al mismo tiempo, es extremadamente importante predecir tormentas, huracanes, borrascas y aguaceros y monitorear su desarrollo, especialmente en las zonas rurales. Parece que aquí hay un amplio campo de actividad para los radioaficionados. Otro aspecto de la radiometeorología está asociado con las observaciones del paso de señales de radio a través de la atmósfera. En las décadas de 20 y 30 se daba por sentado que la recepción de radio estaba relacionada con las condiciones climáticas. Incluso existía un dicho entre los operadores de radio: "buen tiempo - mala recepción, mal tiempo - ¡bien!" Al mismo tiempo, se llevaron a cabo numerosos trabajos y estudios que demostraron la relación entre la propagación de ondas largas, medias y cortas (LW, NE y HF) con las condiciones climáticas. En ellos participaron los radioaficionados G.I. Kazakov (Tashkent), M.A. Benashvili (Tbilisi), L.S. Leonov y A.P. Shchetinin (Moscú). Sus observaciones arrojaron resultados muy valiosos, pero ahora pocas personas las conocen. Durante la Gran Guerra Patria no hubo tiempo para la radiometeorología, pero se desarrollaron los radares, se dominaron los rangos de ondas decimétricas, centimétricas y luego milimétricas. Luego, ya en los años 50-60, se llevaron a cabo estudios teóricos y experimentales sobre La propagación de largo alcance de VHF debido a la refracción en la troposfera, la dispersión sobre las irregularidades troposféricas descubrió la existencia de guías de ondas troposféricas. Los reflejos de radar se obtuvieron de nubes, zonas de precipitación e incluso de "cielos despejados", áreas de la troposfera con grandes fluctuaciones en el índice de refracción. Así se formó la “tercera” radiometeorología, que estudia la propagación y reflexión de VHF en la troposfera [3]. También suele incluir el estudio de la atmósfera utilizando globos equipados con transmisores de radio. Recordemos el famoso sistema de radiosondas del Prof. Molchanov, lanzado por primera vez en enero de 1930. Su diseño fue tan exitoso que incluso muchos años después fue utilizado por la mayoría de las estaciones meteorológicas domésticas. Fue esta radiometeorología, y también la meteorología por radar, la que se volvió dominante en los años de la posguerra, reemplazando por completo la antigua radiometeorología relacionada con LW, NE y HF. Los famosos científicos Pedersen y Austin también contribuyeron "accidentalmente" a esto, allá por 1927-1931. quienes se pronunciaron por la independencia de la propagación de LW, NE y HF de las condiciones climáticas (de hecho, su conclusión se hizo como resultado de observaciones en América del trabajo de las estaciones europeas, y en tales espacios abiertos se encuentra cualquier clima [ 1], por lo que no puede haber dependencia). Desde entonces, la ciencia de la propagación de ondas de radio ha establecido disposiciones que se pueden encontrar en cualquier libro de texto: la propagación de LW, SW y HF no está relacionada con el clima, los parámetros de la ionosfera están determinados únicamente por procesos en el Sol y la El campo magnético de la Tierra y la propagación de ondas de radio a larga distancia en estos rangos están determinados por el estado de la ionosfera. La influencia de la troposfera se observa únicamente en VHF y microondas. Anteriormente, el autor de estas líneas estaba seguro de ello, pero varios casos de la práctica sacudieron enormemente esta confianza. El primer incidente ocurrió en un sitio geodésico cerca de Serpukhov, a 100 kilómetros al sur de Moscú. En una tarde de verano, mientras escuchaba una emisora de radio de onda larga de Moscú, me sorprendió descubrir fluctuaciones en el nivel de la señal con una oscilación de más de 12 dB y con una periodicidad de varios segundos. ¿Ayudó el hecho de que la recepción se realizó en un medidor de nivel de interferencia, que no tenía AGC, pero sí un indicador de cuadrante del nivel de la señal de entrada, que se desvanecía en el Lejano Oriente cuando se propagaba a corta distancia por una onda terrestre? ¡Esto no puede ser! Sin embargo, la aguja se movió obstinadamente por toda la escala. Completamente desconcertado, al salir de la tienda, vi una enorme y hermosa nube de tormenta en el cielo, acercándose desde el sur. La comparación de la velocidad de la nube con la longitud de onda mostró claramente que el desvanecimiento fue causado por la interferencia de una onda terrestre ordinaria y una onda reflejada desde la nube. Otro incidente ocurrió en un barco hidrográfico que realizaba trabajos científicos en el estrecho entre las islas Kuriles. A pesar de la distancia de los grandes centros poblados, las ondas estaban llenas: en el NE había muchas estaciones de radiodifusión japonesas, en el Lejano Oriente se escuchaban bien Khabarovsk, Petropavlovsk-Kamchatsky, Vladivostok y Magadan. Pero una buena mañana (con niebla como siempre), el receptor de la cámara de oficiales se negó a recibir nada sobre el Lejano Oriente y el Noreste, y me llamaron para arreglarlo. El receptor resultó estar funcionando. La escucha del aire en un gran receptor de comunicaciones por parte de los operadores de radio del barco mostró que las señales de las estaciones de radio mencionadas fueron absorbidas casi por completo, solo el portador de la estación de radio Petropavlovsk-Kamchatsky fue recibido, más bien adivinado, en modo telégrafo por dos puntos. . El éter cobró vida sólo en frecuencias superiores a 3,5 MHz, donde se observó una transmisión KB normal. Durante tres días en el Lejano Oriente y Oriente estuvo "silencioso como en un tanque", y sólo gradualmente se restableció el paso. Muchos años después, el autor recibió un maravilloso libro [1] de Dmitry Nikolaevich Nasilov, un científico de la Universidad Estatal de Moscú, escrito principalmente a partir de los resultados de investigaciones de los años 20 y 30. Por primera vez en la literatura leí sobre un incidente similar que ocurrió en un área completamente diferente del mundo: durante el viaje del barco de expedición "Perseo" desde Arkhangelsk a la Tierra de Francisco José (FZL). Se observó que al abandonar la cálida Corriente del Golfo hacia las frías aguas del Ártico, todas las estaciones de radio ubicadas al sur apenas se oían o desaparecían por completo. Pero al acercarse a FJL se restableció la audibilidad y, al mismo tiempo, los hidrólogos notaron la aparición de otro chorro cálido de la Corriente del Golfo. Los observadores explicaron la "zona de silencio" por la refracción de las ondas de radio por una espesa y extensa capa de niebla sobre una corriente cálida que invade aguas frías. Cabe señalar que en las islas Kuriles la situación es similar: la cálida corriente Kuro-Sio, procedente de las islas japonesas, choca con las frías aguas del mar de Okhotsk. La explicación del efecto Kuril-Kola no fue respaldada por científicos autorizados en ese momento y, hasta el día de hoy, muchos hechos similares no están incluidos en los libros de texto sobre la propagación de ondas de radio. Pero los hechos son testarudos y los experimentos confirman que los fenómenos de refracción, reflexión y propagación de guías de onda también se observan en LW, SW y HF, al igual que en VHF. En este sentido, son de gran interés las observaciones de la intensidad de campo de las estaciones de radiodifusión. Por ejemplo, el investigador estadounidense R. Colwell, estando a 170 km de Pittsburgh y midiendo la intensidad del campo de una estación de radio en esta ciudad con una onda de 305 metros, estableció una correlación del 98 por ciento con las condiciones climáticas. En 1939, su grupo obtuvo experimentalmente reflexiones en HF (frecuencias 1614 y 3492,5 kHz) de capas troposféricas ubicadas significativamente por debajo de la capa E ionosférica, ¡incluso a altitudes de 1...2.3 km! Los valores medidos de la reflectividad son del orden de 10-4 para nubes finas en forma de neblina, siempre presentes a altitudes de 12...16 km, y del orden de 0,001...0,05 para el frente cálido. nubes, pueden aumentar hasta 0,7 (! ) en el caso de potentes cúmulos y nubes de tormenta, a menudo acompañadas de un frente frío.
Muchos han observado las fluctuaciones en la intensidad de campo de las estaciones de radio durante las tormentas (como ejemplo en la Fig. La Figura 2 muestra una grabación de la estación de radio de Kiev (1209,6 metros), realizada por el punto de recepción de radio de Kiev con buen tiempo (Fig. 2, a) y durante una tormenta (Fig. 2, b) [1]. Las fluctuaciones pueden explicarse por la aparición de zonas de mayor ionización del aire en altitudes bajas. Pero incluso en ausencia de tormentas, la aproximación de, por ejemplo, un frente cálido provoca un aumento general de la intensidad del campo en el Lejano Oriente y el Noreste, mientras que un frente frío provoca fuertes fluctuaciones, desvanecimientos e incluso puede provocar pérdidas de señal. También se observan efectos no lineales en la atmósfera, que se manifiestan en forma de "superposiciones" en la portadora de la estación de radio recibida. En 1938, M.A. Benashvili propuso determinar la ubicación de los frentes atmosféricos por la naturaleza de las "superposiciones" de las señales de estaciones de radio de onda media y larga recibidas desde diferentes direcciones y distancias. Así, un frente frío en el camino de las ondas de radio genera grietas y chasquidos, un frente cálido produce crujidos y un fondo continuo. En un artículo es imposible volver a contar muchos de los fenómenos más interesantes que aparecen cuando se escucha atentamente el aire y se estudian los procesos de propagación de las ondas de radio. El objetivo de esta publicación es atraer la atención de los radioaficionados hacia estos fenómenos medio olvidados, de alguna manera perdidos en nuestra era de las computadoras y las comunicaciones por satélite. Vale la pena recordar que incluso la emisión de radio cósmica fue descubierta por ingenieros de radio comunes que realizaban trabajos rutinarios de medición de interferencias de radio, y la propagación de HF de largo alcance fue descubierta por radioaficionados. Literatura
Autor: V.Polyakov, Moscú
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