Энциклопедия практической электроники - Рутледж Д.
ISBN 5-94074-096-0
Скачать (прямая ссылка):
*...............* _і *
_ 15.11. ИОНОСФЕРА [збї|
Е-слоем. Ионизация в этих «кусках» может быть настолько интенсивной, что отражаются частоты до 100 МГц. «Куски» составляют в поперечнике около 100 км, и их появление вызвано не солнечным излучением, а трением при сдвиге слоев у быстро движущихся воздушных масс. Это атмосферный эквивалент искр, возникающих при трении обуви о ковер. Появляется такой слой нерегулярно, и только в летние месяцы. Метеоры также приводят к возникновению спорадических Е-сло-ев, что использовалось при передаче данных от удаленных метеостанций.
В F-слоях уровни ионизации наибольшие, поэтому они активно используются для мирового радиовещания и связи. Сигналы частотой до 50 МГц при однократном отражении распространяются до 3000 км. її^слой исчезает зимой и ночью, а единственный остающийся слой называется просто F-слоем. Обычно максимум ионизации на высоте около 300 км составляет около 1012 днем. Ночью этот слой теряет до 50 км в высоте и в 10 раз при ионизации, и тогда частоту сигналов необходимо уменьшать вплоть до 15 МГц. В отличие от E и D-слоев, где ионизация определяется положением солнца, на F-слой воздействует много факторов. На таких высотах рекомбинация электронов очень мала, и на плотность электронов сильно влияет диффузия из нижних слоев и дрейф на большие расстояния. Поэтому F-слой есть в полярных регионах зимой, хотя там месяцами не бывает Солнца.
Солнечная активность оказывает сильное влияние на F-слой, поэтому измерения солнечной активности важны как для связи и радиовещания на большие расстояния, так и для составления прогнозов погоды. Национальный институт стандартов и технологий (NIST) США ежечасно передает удельную мощность микроволнового солнечного излучения по станциям точного времени WWWV и WWVH. Плотность потока микроволнового излучения измеряется каждый день в полдень на частоте 2,8 ГГц в радиообсерватории, расположенной в парке Алгонквин (Algonquin Park) в Онтарио, Канада. Диапазон изменения от 65 х Ю-22 Вт м-2 Гц"1 до 200 X 10~22 Вт м"2 Гц-1. Для радиопередач показатели степени и единицы измерения опускаются, и минимальную величину объявляют как 65, а максимальную - как 200. Излучение частотой 2,8 ГГц не ионизирует верхние слои атмосферы. К тому же его легко измерять и, что удивительно, оно хорошо коррелирует с потоками ультрафиолетовых и рентгеновских лучей, которые значительно труднее измерить из-за их поглощения в ионосфере. Значения интенсивности потока сблнечного излучения повторяются каждый солнечный период вращения, 27 земных дней. Это говорит о том, что области на Солнце, откуда происходит излучение, долго остаются неизменными. Поток солнечного излучения также связан отношением с количеством пятен на Солнце (рис. 15.14).
Пятна на Солнце - это холодные, по солнечным меркам, области с температурой примерно 3000 К (для сравнения: температура солнечной поверхности равна 6000 К), которые появляются, когда поверхность Солнца находится в состоянии покоя. Количество пятен на Солнце сильно зависит от солнечной активности. Пятна имеют огромные магнитные поля, в пределах 0,4 Тл, схожие с теми, которые создаются с помощью больших лабораторных магнитов, и эти магнитные поля оказывают сильное влияние на солнечную плазму. Пятна на Солнце появляются через каждые 11 лет (рис. 15.15).
Некоторое время в середине цикла солнечной активности для ионосферной связи на большие расстояния могут быть использованы частоты до 50 МГц. При
[362] 15. АНТЕННЫ И РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН
300
0 100 200
Количество пятен на Солнце
Рис 15.14. Усредненное ежемесячное значение потока солнечного излучения и усредненное количество пятен на Солнце. Перепечатано с разрешения автора из главы 23 справочника «ARRL Antenna Book» (издательство American Radio Relay League)__
минимальном количестве солнечных пятен связь на большие расстояния на частотах свыше 15 МГц может быть установлена лишь случайно.
15.12. Радиоволны в ионосфере
Для выяснения того, как радиоволны распространяются в ионосфере, воспользуемся вторым законом Ньютона, чтобы найти выражение для проводимости ионизованных электронов.
Второй закон Ньютона гласит, что приложенная сила равна скорости изменения количества движения (импульса). Возникшая благодаря электрическому полю сила, действующая на один электрон, равна qE, где q - заряд электрона, равный 1,6 ж 10~19 Кл. Пренебрегая влиянием магнитных полей и столкновениями, запишем:
qE = m— (15.67)
dt
где m - масса электрона, равная 9,1 х 10"31 кг, v - скорость. Перепишем эту формулу в векторной форме, заменяя производную по времени на jco:
qE=jcomv (15.68)
Отсюда получим значение скорости:
у =-3-Е jcom
(15.69)
15.12. РАДИОВОЛНЫ В ИОНОСФЕРЕ [збТ|
E
E
1740 1750 1760 1770 1780 1790 1800 1810 1820 1830 1840 1850 1860
1870 1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990
Рис. 15.15. Усредненное ежегодное количество солнечных пятен начиная с 1610 года_
Примечание к рис. Обще количество пятен традиционно вычисляется как сумма отдельных пятен и удесятеренного количества групп пятен. Минимальное число пятен близко к 0, а вблизи максимумов оно превышает 200. Подсчет числа пятен проводится уже почти 400 лет. Относительно долгий спокойный период в 1600-е гг. называется минимумом Маундера. Циклы подсчитывалисъ начиная с 1755 года. Рисунок перепечатан с разрешения Кеннета Дэвиса (Kenneth Davies) из книги ^Ionospheric radio*, опубликованной издательством Peter Peregrinus.
