Радиотехника - Давыдов С.Л.
Скачать (прямая ссылка):
Если атмосфера имеет нормальную плотность (плотность, характерная для нижней части тропосферы), то раздельное существование в ней положительных и отрицательных ионов в течение длительного времени будет невозможно. Ионы часто сталкиваются друг с другом и с молекулами, поэтому скорости их движения постепенно уменьшаются. В конце концов положительные иотрицательные ионы притягиваются друг к другу, а их заряды взаимно уравновешиваются. В тропосфере на высоте нескольких километров количество ионов не превышает нескольких сотен пар в одном кубическом сантиметре. Но в ионосфере, где. плотность молекул в миллионы и миллиарды раз меньше, чем в тропосфере, ионы сталкиваются редко и поэтому существуют длительное время. Вследствие этого ионосфера всегда содержит большое количество ионов, измеряемое сотнями тысяч пар в 1 см3.
СТРОЕНИЕ ИОНОСФЕРЫ
Распределение ионов по высоте атмосферы неравномерно (рис. 5.2). Наибольшая плотность ионов на высоте 300—400 км. Здесь образовался самый мощный ионизирозанный слой, который принято называть слоем Р2. Он как раз и является основным виновником ослабления поля радиоволн, принимавшихся с искусственных спутников Земли.
Выше слоя /^2 плотность ионов медленно убывает. Ниже слоя ^2 расположены менее мощные слои ионосферы (со значительно меньшей плотностью ионов) и гораздо менее протяженные по высоте. Они называются слоями Л и Е. Иногда можно наблюдать ионизированный слой и на высоте 60—80 км (слой й), но плотность ионов в нем не превышает нескольких тысяч пар в 1 см3.
На рис. 5.2 показано примерное распределение ионов в летний полдень. Зимой и ночью, когда освещение атмосферы солнечными лучами уменьшается, плотность ионов становится меньше, максимумы плотности слоев перемещаются выше. Ионизированные слои в каждой точке земной поверхности с течением времени то поднимаются (ночью), то опускаются* (днем). Плотность ионов в них то увеличивается (днем), то уменьшается (ночью). Такие же изменения в ионосфере происходят и при-переходе от лета к зиме и обратно.
6-261 81
Так как в различных частях земного шара в один и тот же момент времени освещенность неодинаковая, то и распределение ионизированных слоев по земному шару неравномерно и непостоянно.
Помимо суточных и сезонных изменений .состояния ионосферы, наблюдаются также изменения плотности ионов, СОВершаЮ-^С^
501____I_I___i--1 ¦ , I ^
О Z00 400 600 800 1000
Тысяч пар ионо8 в 1с»3 Воздуха
Рис. 5.2. Распределение плотности ионов по высоте ионосферы
щиеся с периодом длительностью 11 лет. Эти изменения связаны с периодическими изменениями активности излучения Солнца, проявляющимися в появлении на его поверхности большого числа темных пятен — очагов интенсивного излучения.
Наличие ионов в ионосфере делает ее проводником электрического тока. Радиоволна, проникая в ионосферу, приводит в колебательное движение всю массу ионов, которые, сталкиваясь между собой и с неионизированными частицами, расходуют энергию, полученную от радиоволны, превращая ее в тепло. Поэтому энергия проходящей через ионосферу волны постепенно уменьшается, волна затухает. Но это 'затухание, как мы уви-
82
дим ниже, значительно меньше, чем при распространении радиоволн вдоль поверхности Земли. Тем не менее ослабление радиоволн ионосферой при приеме сигналов искусственных спутников Земли стало заметным благодаря тому, что радиоволна в ионосфере проходила очень большие пути, измеряемые сотнями километров. Отметим, что влияние ионосферы свелось к ослаблению поля всего в несколько раз даже при удалении спутников на тысячи километров от Земли.
Изменчивостью свойств ионосферы объясняются и те различные измеренные величины напряженности поля, которые показаны на рис. 5.1. Каждое измерение, показанное на рисунке, отличалось от другого по времени на несколько дней или недель, не говоря уже о времени суток.
РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН ВДОЛЬ ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ
При установлении радиосвязи между станциями, антенны которых (расположены вблизи от поверхности Земли, радиоволны не могут распространяться безгранично во все стороны,
Ионосфера
Рис. 5.3. Распространение радиоволн вдоль поверхности Земли:
/ — прямая волна, огибающая поверхность; 2 — волна, отраженная от поверхности Земли; 3 — волна, отраженная ионосферой (пространственная волна)
как в космическом пространстве. Распространение радиоволн ограничивается, с одной стороны, поверхностью Земли, а с другой—поверхностью ионосферы. Так как и поверхность Земли и ионосфера являются средами, проводящими электрический ток, то падающие на них радиоволны возбуждают в Земле и ионосфере переменные электрические токи, которые в свою очередь излучают электромагнитную энергию в обратном направлении. В результате поверхность Земли и поверхность ионосферы отражают от себя часть падающей на них энергии радиоволн.
Благодаря такому отражению радиоволны распространяются вдоль земной поверхности тремя путями: огибанием поверхности Земли (рис. 5.3, линия 1), отражением от поверхности Земли
6*
83
(рис. 5.3, пунктирные линии 2) и отражением от ионосферы (рис. 5.3, линии 3). Рассмотрим законы распространения волн ' каждым из трех путей и постараемся сделать нужные для практики выводы.
