Распростарнение радиоволн
Методическое пособие - Радиоэлектроника
Другие методички по предмету Радиоэлектроника
? наблюдаются во время захода и восхода Солнца, но они существенно меньше вертикальных градиентов.
Наряду с рассмотренными регулярными областями ионосферы иногда на высоте 95125 км образуется так называемый спорадический слой Е (слой ), в котором электронная концентрация в несколько раз превышает концентрацию области Е. Слой в средних широтах чаще образуется днем в летние месяцы. В полярных же районах слой возникает в основном в ночное время.
Поскольку солнечное излучение является основным источником ионизации атмосферы Земли, то от активности Солнца зависит
и процесс ионизации. Замечено, что активность Солнца изменяется с периодичностью в 11 лет. Критерием солнечной активности служит относительное число солнечных пятен, которое характеризует площадь поверхности Солнца, имеющую наиболее высокую температуру. В настоящее время разработаны методы прогнозирования числа солнечных пятен на много лет вперед и более точно на ближайшие годы. Прогнозирование числа солнечных пятен важно в связи с тем, что электронная плотность ионосферы коррелированна со среднемесячными числами солнечных пятен. Максимум электронной концентрации увеличивается в 1,43 раза при переходе от минимума к максимуму солнечной активности.
Регулярная слоистая структура ионосферы временами нарушается, причем эти нарушения вызваны изменением деятельности Солнца, наблюдающимся особенно часто в годы максимума солнечной активности. Происходящие на Солнце время от времени вспышки являются причиной извержения потоков заряженных частиц, попадающих в атмосферу Земли и нарушающих нормальный режим ионизации ионосферы. Структура ионосферы нарушается также под действием процессов, происходящих в коре Земли и нижних слоях атмосферы, например во время извержения вулканов.
Рис. 4.1. Распределение электронной
плотности по высоте атмосферы
Изменение ионизации сопровождается изменением магнитного поля Земли и это явление носит название ионосферно - магнитной бури. Во время ионосферно-магнитной бури понижается электронная плотность в области слоя F. Нарушения этого вида могут длиться от нескольких часов до двух суток и происходят главным образом в приполярных районах.
Временами на Солнце происходят вспышки интенсивного ультрафиолетового излучения, вызывающего повышенную ионизацию нижней ионосферы в слое D. Это явление может длиться от нескольких минут до нескольких часов и происходит только на освещенной стороне земного шара.
Исследования показали, что помимо регулярных и нерегулярных изменений средних величин электронной плотности в ионосфере происходят непрерывные флуктуации электронной плотности. В ионосфере непрерывно происходят сгущения и разряжения плотности ионизации, нерегулярные как во времени так и от точки к точке. Кроме того, под действием ветров вся неоднородная структура ионосферы перемещается. Причинами образования неоднородностей в ионосфере являются турбулентное движение воздуха и неоднородность ионизации.
Неоднородности представляют собой некоторые области с электронной плотностью, отличной от среднего значения электронной плотности на данной высоте ионосферы. Размеры неоднородностей на высоте 6080 км в слое D составляют до нескольких десятков метров, на высоте слоя E - 200300 м, а в слое F размер неоднородностей достигает нескольких километров, причем они имеют продолговатую форму и вытянуты вдоль силовых линий постоянного магнитного поля.
Отклонение электронной плотности неоднородностей от среднего значения электронной плотности на данной высоте составляет (0,1 1) %; скорость хаотического движения 12 м/с.
4.3. Диэлектрическая проницаемость и проводимость ионизированного газа (плазмы)
Относительная диэлектрическая проницаемость ионизированного газа отличается от единицы из-за того, что под действием электрического поля проходящей волны электроны получают смещение относительно равновесного положения и газ поляризуется. Помимо электронов в ионосфере содержатся ионы и нейтральные молекулы, совершающие беспорядочное тепловое движение. Сталкиваясь с тяжелыми частицами, электроны передают им энергию, полученную от электромагнитной волны. При столкновениях эта энергия переходит в энергию теплового движения тяжелых частиц, что и приводит к поглощению радиоволн в ионизированном газе.
Диэлектрическая проницаемость и удельная проводимость ионизированного газа определяются выражениями
где масса электрона (9,109 10-31кг); е заряд электрона (1,6010-19 Кл); число соударений электрона с тяжелыми частицами, происходящее в 1 с, определяемое тепловым движением частиц; Nэ электронная плотность, см-3.
Для высоких частот, когда 2>> 2, можно пренебречь величиной 2 по сравнению с 2. Тогда выражения для c учётом подстановки в них числовых значений e, , , можно записать:
(4.1)
(4.2)
Используя частоту электромагнитной волны (кГц) формулу для e удобно зап