Н.М. Изюмов, Д.П. Линде - Основы радиотехники (1083412), страница 39
Текст из файла (страница 39)
Это показано ва рис. 7.4 55» 3 ааа урр 755 грр »г гг грг грэ гр. гро гро гр г Могло эое»пранаб д гомо Рис, 7.4. Приближенные значения плотности электронов на разной высоте 122 для дневных и ночных часав соответственно. Значит, правильнее говорить ие о слоях, а об у р о в н я х или о смениющих одна другую о б л а с т я х и о н иаацил. Нижняя область исеизацпи — об.
пасть Р— существует только днем на высотах 00 — 90 км и нмеет,концентрацию ве более 1О' свободных электронов в ~! см'. Ночью область Р нсчезает (см. рнс. 7.4). На,высотах 100 — 140 км концентрация повышается днем до 4 !0' электронов на 1 омз. Это — область Е. Ночью н ней ионизация существенно ослабевает; сохраняется менее 1О' электронов на 1 см'.
Для обеих нинсних областей ионосферы (Р и Е) характерно наличие в пнх неоднородностей,концейпрацин электронов. Эти неолнарацностл образуются, во-первых,,в результате завихрений перемещающихся газов. Во-вторых, причиной локальной нонизацни являются попадающие ~из Космоса в атмосферу Земли материальные частицы. На высотах 90 — 100 км материальные частицы нагреваются шри столпновепиях с молекулнмн газа ~и сгорают, создавая свечение (метеоры) и оставляя за собой вонизированный след, который рассеивается затем в течение единиц илп десятков секунд.
На .распространение, радиоволн могут оказывать влипние и основная ионизация, и неоднородности ее. Выше областп Е (па высотах 180— 240 нм) вновь наблюдается увеличение конизацие в евонные часы до плотности 5*10» электронов па 1 см'. Этот уровень называется Рь Ночью ан полностью исчезает. Наконец, на высотах 230 †4 км расположена область еалбольшей концентрации электронов, называемая Рз.
Плотность ианизацин достигает здесь 2 1О' элеквронов на ! омз и зимние дни. В летнее время благодаря подъему нагретых масс газа дпениая плотность цанизацне области Р, не столь высока в достигает лишь 2 !О' эленпронав на 1 см'. Ночные часы характерны для области Рз концентрацией около 2 10' электронов па 1 см'. Следует заранее отметить, что именно область Рт играет большую практическую роль для дальнего распространения коротких радиоволн ~над Землей.
Область Рз можно называть полой Р», так как л ниже ее, и выше плотность понизации уменьшается. Кроме часов, суток и .времени года, концентрация электронов ионосферы (особенно слоя Р) зависит от солнеч- 130 ной активности, т. е. от интенсивности в первую очередь ульпрафиолетоеого излучения Солнца. Внешний признак солнечной активности число солнечных пятен; это вихревые образавачшя, свидетельствующие о повышении температуры участков поверхности Солнца. Длительными наблюдениями установлено, что активность Солнца имеет 11-летний период. Повышение солнечной активности увеличивает уровни ианизацни атмосферы с соответствующими последствиями для распространения радиоволн.
Обращаясь ,к внешней ионосфере, укажем лишь ератко, что на высотах больше 1000 ~нм,и вплоть до границ земной атмосферы плотность ианизации убывает до,!0' и 10» электронов на 1 см'. Эти обласпи пока не играют для радиотехники такой ;роли, как области внутренней ионосферы.
Однако о нчх приходится говорить е связи с явлениями иоеосф ейных возм ущепи й. Выше было оказано, что в понизацни земной атмосфпры, яреме ультрафиолетовых и рентгеновских лучей Солнца, принимают участие н мате)тиальные частицы (электроны, протоны), испускаемые Солнцем, а также космические лучи. Д~вижущаяся заряженная частица, подобно проводу, несущему ток, взаимодействует с магнитным полем Земли. Это взаимодействие изменяет,направление движения частицы, заставляя ее,вращаться воцруг силовой линии мапнитпого поля (о таком движении подробнее излагается в гл. 8).
Вращаясь но спнральеой траектории (рис. 7.5,о) и уменьшая радиус цращения в более сильном мапнитеам поле, заряженные частицы Прнближакпся к Земле в полярных,районах. Совокупность частиц, совершающих движения по спиралям вокруг пиний магнитного поля, образует пояс ~рапп ацпи. Для упрощенного представления о структуре пояса радиации па рнс. 7.5,б он условно изображен св разрезе».
Вследствие того, что нспуокаемые Солнцем частицы обладают различной энергией, они задерживаются на разленных уровнях напряженности магнитного поля; поэтому наблюдалось несколько (три) поясов радиации. Заряженные частицы, вторгающиеся в полярные области, при столкновениях с молекулами газов выбивают яз них фотоны и создают полярные сиянии. Вместе с тем дейспвие этих частиц состоит в нарушении нормальной понизации области Р, и такое явление называется ио~носфе~рно-магнитной а) Рнс.
7.5. Взаимодействие заряженных частиц с магнит- ным полем Земли: а — вихревые движения частиц; б — представление о разрезе радиационного пояса 7.2. ОВЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН В АТМОСФЕРЕ НАД ЗЕМЛЕЙ Фрбзтл бины Рис. 7.6. Рассеянное отраженне шероховатой поверхности б у р ей. Во время магнитной .бури нарушаются закономерности расп~ространения радиоволн, базирующиеся на нспользова~нии нормальной ионизацкн области Г Это приводмт к прекращению таких радиосвязей, особенно в полярных Электромагнитные волны обладают свойством опябать,преграды. Это свойство (дифракция — огибанне) изучается в физнне применительно к волнам оптического диапазона.
При рассмотрения дифракции исходят из принципа Гюйгенса, нюторый гласит: каждая точка фронта волны, излученной некото-. рым первичным источником, сама является источникам новой (~втори шой) сферической волны. Чем длиннее волны, тем более крупные преграды они способны опнбать. Радиоволны длиннее световых, а потому и дифракция их проявляется сильнее.
Как уже указывалось, неизбежной преградой для сравнительно дальних наземных радиолнний оказывается выпуклость земного шара. Ее способны огибать лишь длинные радиоволны. Как показал в своих исследованиях академик В. А. Фак, даже сверхдлинные волнм при наибольших осуществимых мощнастях излучения могут обеспечить дальность дифракционного распространения не более 3000 — 4000 км. Но на практике оказывается возможным осуществить на длинных волнах даже связь между антилопами, т.
е. до 20000 км. Для объяснения таких возможностей необходимо учитывать влияние ионосферы, о чвм будет сказано ниже. 5» областях. Многолетние наблюдения ноносферных возмущений дают материал для нх п~рогнозов (|предсказаний) и для овоевременного принятия необходимых мер. Поверхность Земли, над которой распространяются «земные» волны, характеризуется местными неровностями. Выше указывалось, что нерошюсти являются преградами лля распространенна радиоволн,в том случае, если нх размеры значительно превышают длину волны; от таких неровностей пршесходит «зеркальное» отражение волн.
Более мелкие неровности, но еще соизмеримые с длмной волны («шероховатая» пои«Рви ость), поддают р а с с е я н н о е отр а жение волн. На рнс. 7.6 луч приходящих волн показан наклонным по отношению к среднему уровню ше. роховатой поверхности. Рассеяние уменьшает поток мопбюстн, до«пытающий пункта приема. Чем меньше высота не- 131 уовнгстей и чем более пологое направление падающего луча, тем меньше окажется рассеяние при данной длине волны. Теппрь ~предполоимгм, что несвмыетрииый заземленный вибратор (см. рис.
6.15) излучает радиоволны над ровной земной поверхностью. Если бы поверх. постный слой был идеальным проводни«ом (о=ее), то |волны были бы поляризованы строго вертикально (рис. 7.7,а). Рис. 7.7. Распространение земных волн: а — иад идеальной почвой; б— над реальной почвой Гуризонтальное электрическое поле у поверхности провод~ника с высокой цроводнмостью, как было показано,ра~нее, равно ~нулю. Ликии вертикального поля закэнчнваютея на поверхности. В действительности поверхностный слой земли является полупроводящим, т. е. имеет конечную проводвмость и некоторую диэлектрическую пуоницаемссть, отличную от едкшщы.
Переменное электрическое поле радиоволн прсеикает в почву и уасхбдуег в,ней энергию на нагревание токами пуоводкмостн и токами смещения. Значит, луч волны, т. е. направление потока мощности, становятся наклопньам (рис. 7.7,6); часть энергии передается почве, а другая часть продолжает движение вдоль поверхности.
Но вектор напряженности электрнческо. го поля Е всегда пер~певдиугулярен лучу. Следовательно, и электрическое поле прио6ретает наклон своего вектоуа вперед — в сторону движения волн. Вектор Е,может быть разложен на два составлякпцнх вектора — в еу т нкальиый Ев и горизонтальный Е,. Чем больше почва отличается от идеального вроводннка, тем больше наклон, вектора Е и тем меньше напряженность поля в пункте приема по сравнению с полем п~ри идеальных условиях распространения. Потери в почве зависят от длины волны. Морская иода для длинных волн создает условия ~распространения, наиболее близаше к идеальным.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
