Никольский В.В., Никольская Т.И. Электродинамика и распространение радиоволн (3-е изд., 1989) (1152088), страница 90
Текст из файла (страница 90)
Вообще слой Г наиболее нерргулярок и подвержен влиянию магнитного поля Земли. Некоторые исследователи считают необходимым выделять так пазываемьш.слой Г, б. Следует также иметь в виду, что ионосфера обладает нерегулярной тонкой структурон; речь идет о локальных вариациях электронной концентрации случайного характера. Для характеристики ионосферы в целом весьма существенно, что имеют место крупномасштабные нерегулярные явления. При *) Прлмеевние: р)' соответствует дневному времеви.
л!агиитиьгх бурях, возннкаюп)их в результате вторжения в ионосферу корпускуляркых потоков, вызываемых вспышками на Солнце, происходит резкое изменение режима области г". По меньшей иере мо;к»о говорпть о сильном уменьшении элоктроппой коппептрации и уш лпченкп высоты ее м»кспмума. Влияние машштных бурь сильк»с п полярных зонах. Другого рода Вспьппкп па Со:шце — хромосфррпые — характерны весьма значительным усилением ультрафиолгтового и рентгеновского излучения. В розультате глуоокого проппкновепия и,глучення происходит резкое гювышепие поппзации в о»ласти /). 15,5.2.
Ионосферная рефракция. Об особой роли ионосферы, выступшощой как еприродное зеркало>, уже говорилось выше в и. 15.1.3. Рассматривая рефр»кцию в ионосфере, будем исходить еа обшпх роэультатов, обсуждавгпнхся в пп. 5.5.3 — 5.5 41 и 14.2.1. Обр»ткмся к рис. 15.22а, на котором показано, как падающий под углом Оо па нижнюю границу ионосферы луч искривляется в пой. Пусть на некотором уровне мгновенное направление луча характеризуется углом О, а среда — коэффициентом преломления п. Тогда где ио — — 1 — коэффициент преломления воздушной среды, которую можно считать однородной (соответственно атому падающий луч— прямой).
Равенство (15.33) прямо следует нз (5.130); еще проще прийти к нему, рассматривая дискретную модель среды (см. рис. 5.29а). Действительно, записывая второй закон Снеллнуса для '.каждой из границ, убеждаемся, что все величины игв1ВО1 равны меягду собой. Итак, мы рассматриваем плоскую модель ионосферы. Иа первых порах не будем также учитывать потери в ионосферной плазме и действие магнитного поля Земли.
Подставляя в (15.33) в качестве и согласно (14.40), (14.41) величину ))в = ))1 — (ыр/о)) >в = У'1 — 80,61т" //2, гюлучаем: зш Оо — — 1'1 — 80,61У'//' згп О. (15.34) Равенство (1534) может ныть выполнено, только если подкоренпое выра:крипо положительно. Последнее с ростом высоты должно умепьп!»ться»о внутренней ионосфере (пока Ло растет) и увелпчпзатьгя во гпршней (где Л' падает).
Таким образом, во внутренней ионосфере угол О будет возрастать. Общий характер лучевой траектория зависит от того, оуспеет> ли он увеличиться до 90', т. е. существует ли (для данных Оо и /) достаточно высокая концентрация Л"' =Л'о, при которой будет выполнено равенство з!и Оо = 11 — 80,6/Уо//2, (15.35) получаемое при 0=90' из (15.34). Если Лти~Л'шед, то условие (15.35) будет выполконо (Ва какой-то высоте) и луч достигнет точки поворота (рис. 15.22б); дальнойшая — нисходящая — часть траектории симметрична первоначальной.
Заметим, что в точке поворота реализуется предельный случай полного отражения. Если же Лги) Лгшет, то в ионосфеРе ке пайдетсЯ УРовнЯ, на котоРом Л)' =Л)и. Равенство (15.36) уже не мон!ет быть выполнено (при данных Оо и /). Луч будет уклоняться к Земле вплоть до уровня ГЛ. 15. РАСПРОСтРАНЕНив РАДИОВОЛН 495 5 15.5. РАДИОВОлны В иОнОсФеРе (А] тле О Это минимальное значение функции сов 95,1ля земной радиоликпи.
Таким образом, из (!5.36) п (!5.37) слсдуот, гто существует наибольшая возможная частота в ус.л1вняк земной рвдиолинпи, нспользугощей иопосфсрпые волны: ж 0 Улрр,(Й„+ )г)/У(2л + й) !к (!.1.38) где Ь вЂ” высозз шгжпей грапацы ионосферы (рпс. 15,23).
Этз частота лс'щгт прпгьпгзител1,пг~ па границе 1(В и УЕВ диапазонов: 'э "ел ~ург с ф',~ т ЛОЛО МЛ 'гсл Рве. 15.21 в 1одгз и;шбольшсй солнечной акпп1поста опа сдвпгастсн в облас~ь ПВЧ (метровыо волны). !!Оскольку для поворота луча к Земле пз оолее дликпыч волпач нужны мспьпгие электронные концентрации, то чем длиннее волн», гсм менее глубоко луч (и поле) проникает в ионосферу.
Прн ~(л1кспровгглпой шстото глубипа проникновения 51уча тем ~пгльл1е, л.ч мгпьош умы ОФ ))з рве. 15.241 показана серая лучевы; траекторий (8,8), соо1всзствующпк рв:шкчшзм углам 05 при фнксяровап- Л" 'Ф„, а при перокодо во внепппото ионосферу начнет уклонят от Земли (рис. 15.22в) и в конечном счете уй.гет за атм феру. ловие поворота луча к Земле (15.35) легко привести к ~)и~рме: СОВ Оо = юр(Л ) /ю 015 /!. ( ), .36) Пус угол 95 задал, а частота ! варыгруется. Пак пз (15.35), так п и (!5.36) ясно вндтю, что всегда пайдетея достатощгг1 низкая частота, при которой луч повернет к Земле (соответствующая величина Ю* выбирается пз интервала (О, ЛГлрта)). ДЕП'О ПОНятЬ, Чта Сущеетзуат КредЕЛЬ- пый угол падения луча ка границу ионосферы Ою рр, определяемый с учетом сферичности Зшглп (рис.
!5.23): сов О„Р— У(27! + /1) 6/(Лр + й). (15.37) ной частоте 1; воличина 95 убывает в порядке возрастания помора траектории. Интересно, что расстояние между начальной и кояечкой то ~каьпг луча (длина радполинпи) сначала падает, по прп :шльксйшом убывании 9, снова возрастает. Существует некоторая чпкнмзльно возможная длщ1а. Поэтому вводят понятие золы мо.шалл:1 (мертвой зоггы). Для раднолиний, использующая только попосферпыс волны, зто круг, в центре которого — передшощая антенна, а радиус равен указанной минимально возможной дзпкс ! !Впг щгалпз, как ужо отмечалось, является упрощенным.
От плоской моле;ш ионосферы можно переити к сферической, ао мы этого додать кс будем. 1!отсри энергии при распрострапентш радаоволп в ионосфере будут рассмотрены ниже в п. 15.5.3. Что касается влияния магнитного поля Земли, то о нем будет говориться в гл. 16: чы увидим, что плазма в магнитном поле обладает анизотропией, которую в той плн иной мере надо принимать во внимание и прп рассмотрении ионосфсрнык волн.
Заметим также, что применение лучевой трактовки требует ряда оговорок. Во-первым, мы не имеем права говорить о сколь угодно пазкпч частотак: геометрические размеры (например„ высота ионосферы) должны во много раз провоскодить длину волны. Во-вторык. лучевой подкод теряет смысл, если свойства среды заа штельпо кзмскяготея на расстояппяк порядка длины волны. Погда дпэлекгрпческая проницаемость приближается к пулю, длина волны в с!ю к са.Оно увеличивается. В этом случае строги(1 электродпи11- чп псш1й анализ необкодим. Тем пе менее, изложенная вьпне простая зз орпя правильно передает основные черты процесса прп раек!юстрзкеппп радиоволн в ионосфере. 1,ь.ь,'!.
Дисперсия и поглощение радиоволн, Интересно. что в лрекгбрсжснип потерямн дисперсия злектромагпп.гной Т-волны, рн ~1ргл" рнпяюнп йся в птг1этгг. имеет карактер волловодаой дпсш рспп. Ввгг м ( )1.10) волковгю гпгто Т-Волны есть Л' =- Йэ! 1 — ()р!1) ", !р = юр1 (15.30) гк 15= — 511Усэрэ=-ы!е. Такои;ке впд согласно (6.2!) имеет вырарюпнс постоянной распростракегшя Е- или Н-волны полого волповода: плазменная частота в (15.30) играет роль критпческоп шстоты, В1о шщей в (6.21).
Поэтому выражения фазовоп п групповой скоростей Т-волны в плазме получаются из (6.23), (6.24) прп замене /,„— -1„, Π—. е. Прн 1< )„рассматриваемая идеализированная Т-во.ша в плазме испытывает такое же превращение. как волповодпзя галиа при )<)„р: поле зкспонепциальпо затукаст без переноса энергии.
г!тобьг вьгразить волповос число Т-волль1 в плазме без пренебрежения потерями, используем формулы (4.42) и внесем в ник )г = = — (ю)е) ! В'р' (41.38) и !а 11 = в "/в', где р' = 1, а е' и в" да1отся ик Гл. 16. РАспростРАнение РАдиоволн выражениями (14.45). Это дает (15.46) (15.40) с — ';,т'(см-з ,ь Рнб Р- — à — — '-- —.— 1- :-У' гсс1 ъ'Ф( см сс Рве. $5.25 л 2 ,1112,1 2с (15.44) й= — —, 1 —,, 1+ 1+ й'= — —, 1 — .,", — 1+ 1+ где ю' = Х'е'76 т, как в (14.40). Если 1ЕЛ <<1, т. е. плазма может рассматриваться как несовершенный диэлектрик, то Эти выражения можно получить, отправляясь от формул (15.40).
Пусть также ю » о. Тогда из (15.41) следует О1 3 О 16 й' ж —" 1 1 — ( — "), Й" ж —, ", (15.42) с 10 Ес )/ 2 л р и если, кроме того, ю » ы„то получается следующая формула для коэффициента затухания; ) где А =ез/8пзеотс. Эта формула обычно применяется для оценок затухания в диапазоне 1(В.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
