Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
к Земле на высоте й, для к-рой выполнено условие (5). Макс. частота волны, отражающейся от ионосферы при падении под углом (т, е. для данной дальности трассы), равна = coKpSeccp0 > (окр и наз. максимально при-
менимой частотой (МПЧ). Волны с сй < шмпч, отражаясь от ионосферы, возвращаются на Землю, что используется для дальней радиосвязи. Вследствие сферичности Земли величина угла ф0 ограничена и дальность свяап при однократном отражении от поносферы ^ 3500—
Рис. 10. Распространение коротких волн между Землёй и ионосферой: а — многи-
скачковая траектория; б — скользящая траектория.
4000 км. Связь на большие расстояния осуществляется за счёт неск. последоват. отражений от ионосферы и Землн («скачков», рнс. 10,а). Возможны н более сложные
волноводные траектории, возникающие за счёт горизонтального градиента N нли рассеяния иа неоднородностях ионосферы при Р. р. с частотой ы> юмпч. В результате рассеяния угол падения луча на слой F2 оказывается больше, чем при обычном распространении. Луч испытывает ряд последоват. отражений от слоя F2, дока не' попадёт в область с таким градиентом N, к-рый вызовет отражение части энергии назад к Земле (рис. 10, б).
Влияние магнитного поля Земли H0. В магн. поле H0 на электрон, движущийся CO скоростью V, действует Лоренца сила F = (—е/с)[»Н0], под влиянием к-рой он вращается по окружности в плоскости, перпендикулярной H0, с гиромагн. частотой Траектория каждой заряж. частицы — винтовая линия с осью вдоль H0. Действие силы Лоренца приводит к изменению характера вынужденных колебаний электронов под действием электрич. поля волны, а следовательно, к изменению электрич. свойств среды. В результате ионосфера становится анизотропной гиротропной средой, электрич. свойства к-рой зависят от направления Р. р. и описываются не скалярной величиной е, а тензором днэлект-рич. проницаемости е(;-. Падающая на такую среду волна испытывает двойное лучепреломление, т. е. расщепляется на две волны, отличающиеся скоростью н направлением распространения, поглощением и поляризацией. Если направление P. p. IH0, то падающую волну можно представить себе в виде суммы двух линейно поляризованных волн с E I H0 и Е||Н0. Для первой, «нео-бмкновенной», волны (г) характер вынужденного движения электронов под действием поля волны E изменяется (появляется компонента ускорения, перпендикулярная Е) н поэтому изменяется п. Для второй, «обыкновенной», волны (о) вынужденное движение остаётся таким же, как и без поля H0 (при v || H0 сила Лоренца равца 0). Для этих двух волн (без учёта соударений) квадраты показателей преломления равны
п2=1
> (<|)*— О) \ 1>\ 0 /
Е ^ CiOa — I
Прн Р. р. вдоль H0
3 2
П =1—ft) /CO2 .
-О) ) о о
н/
2
П =1-
-----2---. „ =1.
Цм-ин) о
(7)
(8)
В последнем случае обе волны имеют круговую поляризацию, причём у «необыкновенной» волны вектор E вращается в сторону вращения электрона, а у «обыкновенной»- — в противоположную сторону. При произвольном направлении Р. р. (относительно H0) поляризация нормальных волн эллиптическая.
По мере Р. р. в ионосфере увеличивается сдвиг фаз иежду волнами п изменяется поляризация суммарной волны. Напр., при Р. р. вдоль H0 это приводит к повороту плоскости поляризации (Фарадея эффект), а при Р. р. перпендикулярно H0 — к периоднч. чередованию линейной и круговой поляризаций (см. Коттона — Мутона эффект). Т. к. показателя преломления волн различны, отражение их происходит на разной высоте (рис. 11). Направление волнового вектора к прн Р. р. в ионосфере может отличаться от ггр.
Рис. II. Расщепление радиоволны в результате двойного лучепреломления в ионосфере.
Низмочастотные волны в ионосфере. Осн. часть энергии НЧ-радиоволн практически не проникает в ионосферу. Волиы отражаются от её ннж. границы (днём —
17*
вследствие сильной рефракции в D-слое, ночью — от E-слоя, иаи от границы двух сред с разными электрич. свойствами). Распространение этих волн хорошо описывается моделью, согласно к-рой однородные и изотропные Земля и ионосфера образуют приземный волновод с резкими сферич. стенками, в к-ром и происходит Р. р. Такая модель объясняет наблюдаемое убывание поля с расстоянием и возрастание амплитуды поля с высотой. Последнее связано со скольжением волн вдоль вогнутой поверхности волновода, приводящим к своеобразной «фокусировке» поля. Это явление аналогично открытому Рэлеем в акустике эффекту «шепчущей галереи». Амплитуда радиоволн значительно возрастает в антиподной по отношению к источнику точке Земли. Это объясняется сложением радиоволн, огибающих Землю по всем направлениям н сходящихся на противоположной стороие.
Влияние магн, поля Земли обусловливает ряд особенностей распространения НЧ-волн в ионосфере: сверхдлинные волны могут выходить нз приземиого волновода за пределы ионосферы, распространяясь вдоль силовых линий геомагн. поля между сопряжёнными точками А н В Земли (рис. 12). Из ф-лы (8) видно, что при to < Oifi в случае продольного распространения П' » соо/соOiнигде не обращается в 0, т. е. волна проходит через ионосферу без отражения. ^
