Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
Ослабление радиоволн может быть танже вызвано рассеянием на неоднородностях, возникающих прн турбулентном движении воздушных масс (см. Турбулентность). Рассеяние резио увеличивается, когда в воздухе присутствуют капельные неоднородности в виде дождя, снега, тумана. Почти изотропное рассеяние Рэлея на мелкомасштабных неоднородностях делает возможной радиосвязь на расстояниях, аначитель-но превышающих прямую видимость (рис. 8). Т. о., 257
РАСПРОСТРАНЕНИЕ
РАСПРОСТРАНЕНИЕ
тропосфера существенно влияет на распространение УКВ. Для дек а метровых и более длинных волн тропосфера практически прозрачна, п на их распространение влияют земная поверхность н более высокие слои атмосферы.
Рис. 8. Рассеяние радиоволн на мелкомасштабных неоднородностях.
Распространение радиоволн в ионосфере. Ионосферу образуют верх, слон земной атмосферы, в к-рой газы частично (до 1%) ионизированы под влиянием УФ-, рентг. н корпускулярного солнечного излучения. Ионосфера электрически нейтральна, она содержит равное кол-во положит, и отрицат. частиц, т. е. является плазмой. Достаточно большая ноннзацня, оказывающая влняине на Р. р., начинается на высоте 60 км (слой D), увеличивается до высоты 300—400 км, образуя слои Е, F1, F1, и затем медленно убывает. В гл. максимуме концентрация электронов N достигает 10е см~8. Зависимость N от высоты меняется со временем суток, года, с солнечной активностью, а также с широтой н долготой. Ионнзиров. слой между 200 и 400 км состоит в осн. нз равного кол-ва ионов O+ н электронов. Эти частнцы погружены в нейтральный газ с концентрацией IO8 см-8, состоящий в оси. из частиц O2, O1 Na и He.
В многокомпонентной плазме, содержащей электроны, ноны и нейтральные молекулы и пролизанной магн. полем Землн (см. Земной магнетизм), могут возникать разл. виды собств. колебаний, имеющих разные частоты. Напр., плазменные (ленгмюровскне) частоты элект-роиов W0 = УAnNeiIm и ионов Q0 = У4TiNeiIM, гв-ромагн. частоты электронов Шд = eHQ/mc и ионов Qh = еН01Мс, где т, M — массы электрона п иона, е — их заряд, N — концентрация, H0 — напряжённость магн. поля Земли. Т. к. M » т, то W0 Q0, и>н » Qj^. Напр., для электронов Qijfl2я = 1,4 МГц, а для нонов атомарного кислорода Q#/2ii = 54 Гц.
В зависимости от частоты о> радиоволны осн. роль в Р. р. играют те нлн др. виды собств. колебаний, поэтому электрич, свойства ионосферы различны для рааных участков радиодиапазона. При высоких w ионы не успевают следовать за изменениями поля и в Р. р. принимают участие только электроны. Вынужденные колебания свободных электронов ионосферы происходят в про-тивофаэе с действующей силой и вызывают поляризацию плазмы в сторону, противоположную электрич. полю волиы Б. Поэтому диэлектрич. проницаемость иоиосферы е < 1. Она уменьшается с уменьшением частоты: е = 1 — co*/wa. Учёт соударений электронов с атомами н нонами даёт более точные ф-лы для єно ионосферы:
6—1-
O=-
4 Л (CD2-I-Va)
Здесь V — эфф. частота соударений. Для декаметровых и более коротких волн в большей части ионосферы W8 » Vа н показатели преломления п и поглощения х приближённо равны;
пъу 1—о>2/(йа , x»2no/(oVe ¦
о
Поскольку п < 1, фазовая скорость Р. р. Уф = = сіп > с, групповая скорость г>гр = с/я < с.
Поглощение в ионосфере пропорц. V, т. к. чем больше число столкновений, тем большая часть энергии, получаемой электроном из волн, переходит в тепло. Поэтому _ с_ поглощение больше в ниж. областях ионосферы (слой 25о D), где V больше, т. к. выше плотность газа. С увеличе-
нием частоты поглощение уменьшается. Коротиие волны испытывают слабое поглощение и распространяются на большие расстояния.
Рефракция радиоволн в ионосфере. В ионосфере распространяются только радиоволны с частотой 0) > со0. При о < CD0 показатель преломления становится чисто мнимым и эл.-магн. поле экспоненциально убывает в глубь плазмы. Радиоволна с частотой со, падающая на ионосферу вертикально, отражается от уровня, на к-ром ю = W0 и п ~ 0. В ниж. части ионосферы электронная концентрация и Oi0 увеличиваются с высотой, поэтому с увеличением (о посланная с Земли волна всё глубже проникает в ионосферу. Макс. частота радиоволны, к-рая отражается от слоя поносферы при вертикальном падении, наз. критич. частотой слоя:
wKp—шо макс—V^4ncaA'MaKC/m.
Крнтич. частота слоя Fi (гл. максимума) изменяется в течение суток и года в широких пределах (от 3—5 до 10 МГц). Для волн с to > Cokp(F2) показатель преломления не обращается в нуль и падающая вертикально волна проходит через ионосферу, не отражаясь.
Прн наклонном падении волны на ионосферу происходит рефракция, как в тропосфере. В ниж. части иоиосферы grad п » — (10~4—10“5) м“], т. е. Igrad п\ »1 Ift0, поэтому grad ппр да grad я <0 и траектория луча отклоняется по направлению к Земле (рис. 9). Радиоволна, падающая на ионосферу под углом ф0, поворачивает
Луч проходящий через ионосферу
Лучи .Педерсен» (верхние лучи) в. '4
Рис. 9. Схематическое изображение радиолучей определённо!! частоты при различных углах падения на ионосферу.
