6262

  • 21 мая 2012 г.
  • 1235 Слова
Распространение радиоволн в ионосфере.
В ионосфере (См. Ионосфера) — многокомпонентной плазме (См. Плазма), находящейся в магнитном поле Земли, механизм Р. р. сложнее, чем в тропосфере. Под действием радиоволны в ионосфере могут возникать как вынужденные колебания электронов и ионов, так и различные виды коллективных собственных колебаний (плазменные колебания). В зависимости от частотырадиоволны ω основную роль играют те или другие из них и поэтому электрические свойства ионосферы различны для различных диапазонов радиоволн. При высокой частоте ω в Р. р. принимают участие только электроны, собственная частота колебаний которых (Ленгмюровская частота) равна:

где е — заряд, m — масса, N — концентрация электронов. Вынужденные колебания свободных электронов ионосферы, вотличие от электронов тропосферы, тесно связанных с атомами, отстают от электрического поля высокочастотной волны по фазе почти на 2π. Такое смещение электронов усиливает поле Е волны в ионосфере (рис. 11). Поэтому диэлектрическая проницаемость ε, равная отношению напряжённости внешнего поля к напряжённости поля внутри среды, оказывается для ионосферы < 1 : ε = 1 — ω20/ω2. Учёт столкновений электронов сатомами и ионами даёт более точные формулы для ε и σ ионосферы:

где ν — число столкновений в секунду.
Для высоких частот, начиная с коротких волн, в большей части ионосферы справедливо соотношение: ω2 >> ν2 и показатели преломления n и поглощения χ равны:

С увеличением частоты χ уменьшается, а n растет, приближаясь к 1. Т. к. n < 1,фазовая скорость распространения волны с․n и в соответствии с относительности теорией (См. Относительности теория) меньше с.
Отражение радиоволн. Для волны, у которой ω < ω0n и υ становятся мнимыми величинами, это означает, что такая волна не может распространяться в ионосфере. Поскольку концентрация электронов N и плазменная частота ω0 в ионосфере увеличиваются с высотой (рис. 12), то падающаяволна, проникая в ионосферу, распространяется до такого уровня, при котором показатель преломления обращается в нуль. На этой высоте происходит полное отражение волны от слоя ионосферы. С увеличением частоты падающая волна всё глубже проникает в слой ионосферы. Максимальная частота волны, которая отражается от слоя ионосферы при вертикальном падении, называется критической частотой слоя:Критическая частота слоя F2 (главный максимум, рис. 12) изменяется в течение суток и от года к году приблизительно от 5 до 10 Мгц. Для волн с частотой ω > ωкр n всюду > 0, т. е. волна проходит через слой, не отражаясь.
При наклонном падении волны на ионосферу максимальная частота волны, возвращающейся на Землю, оказывается выше ωкр. Радиоволна, падающая на ионосферу подуглом φ0, испытывая рефракцию, поворачивается к Земле на той высоте, где φ(z) = π/2. Условие отражения при наклонном падении имеет вид: n (z) = sinφ0. Частоты волн, отражающихся от данной высоты при наклонном и вертикальном падении, связаны соотношением: ωнакл = ωверт secφ0. Максимальная частота волны, отражающейся от ионосферы при данном угле падения, т. е. для данной длины трассы, называетсямаксимальной применимой частотой (МПЧ).
Двойное лучепреломление. Существенное влияние на Р. р. оказывает магнитное поле Земли H0 = 0,5 э, пронизывающее ионосферу. В постоянном магнитном поле ионизированный газ становится анизотропной средой. Попадающая в ионосферу волна испытывает Двойное лучепреломление, т. е. расщепляется на 2 волны, отличающиеся скоростью и направлением распространения,поглощением и поляризацией. В магнитном поле H0 на электрон, движущийся со скоростью υ, действует Лоренца сила , под действием которой электрон вращается с частотой
В простейшем случае, когда направление Р. р. перпендикулярно H0 (Е лежит в одной плоскости с H0), волну можно представить в виде суммы 2 волн с Е ⊥ Н0 и Е || Н0. Для первой волны (необыкновенной)...
tracking img