Распростарнение радиоволн
Методическое пособие - Радиоэлектроника
Другие методички по предмету Радиоэлектроника
ванный газ, а в толще ионизированного газа. Отражение может произойти только в той области ионосферы, где диэлектрическая проницаемость убывает с высотой, а следовательно, электронная плотность возрастает с высотой, т. е. ниже максимума электронной плотности ионосферного слоя.
Условие отражения связывает угол падения волны на нижнюю границу ионосферы с диэлектрической проницаемостью в толще самой ионосферы en на той высоте, где происходит отражение волн (рис. 4.3):
(4.8)
Здесь и далее Nэ электронная плотность, см-3, а частота в кГц.
Чем больше значение Nэ, тем при меньших углах возможно отражение. Угол при котором в данных условиях еще возможно отражение, называют критическим углом.
Из выражения (4.8) можно определить рабочую частоту при которой волны отразятся от ионосферы в случае заданных электронной плотности и угле падения:
(4.9)
Если волна нормально падает на ионосферу, то
(4.10)
При нормальном падении волны отражение происходит на той высоте, где рабочая частота равна собственной частоте ионизированного газа и, следовательно, e=0. При наклонном падении на этой высоте могут отразиться радиоволны с более высокой частотой. Выполняется так называемый закон секанса, заключающийся в том, что при наклонном падении отражается волна частотой, в sec раз превышающей частоту волны, отражающейся при вертикальном падении волны на слой заданной электронной плотности:
(4.11)
Чем больше электронная плотность, тем для более высоких частот выполняется условие отражения.
Максимальная частота, при которой волна отражается в случае вертикального падения на ионосферный слой, называется критической
частотой ; отражение происходит вблизи максимума ионизации слоя:
(4.12)
Сферичность Земли ограничивает максимальный угол q (рис. 4.3)
а следовательно, и максимальные частоты радиоволн, которые могут отразиться от ионосферы при данной электронной плотности.
4.7. Влияние постоянного магнитного поля на электрические параметры ионизированного газа (плазмы)
Ионизированный газ ионосферы находится в постоянном магнитном поле, напряженность которого =40 А/м.
В присутствии постоянного магнитного поля изменяются условия движения электронов, вследствие чего изменяются и электрические параметры ионизированного газа.
Диэлектрическая проницаемость ионизированного газа в случае продольного распространения, когда волна распространяется в направлении силовых линий постоянного магнитного поля, без учета потерь ( = 0), определяется формулой
(4.13)
где
Линейно поляризованная волна распадается на две составляющие, поляризованные по кругу и распространяющиеся с разными скоростями, что характеризуется различными знаками в (4.13).
При продольном распространении радиоволн происходит поворот плоскости поляризации поворот вектора в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны, на угол
(4.14)
где r путь, проходимый волной в ионосфере.
Это явление носит название эффекта Фарадея.
В другом случае поперечного распространения, когда направление распространения волны перпендикулярно к направлению силовых линии постоянного магнитного поля, волна распадается на обыкновенную и необыкновенную составляющие.
Для обыкновенной составляющей
и распространение происходит так же, как в отсутствие постоянного магнитного поля.
Для необыкновенной составляющей
(4.15)
где
После прохождения некоторого расстояния в ионосфере в присутствии постоянного магнитного поля большая ось эллипса поляризации волны поворачивается на угол, определяемый (4.14). Обыкновенная и необыкновенная составляющие отражаются на разной высоте в ионосфере. Для отражения необыкновенной составляющей нужна меньшая электронная плотность. Критическая частота необыкновенной составляющей выше, чем обыкновенной :
= + 0,7МГц,
что используется в практике радиосвязи.
Экспериментальное исследование ионосферы ведется преимущественно с помощью радиометодов, т. е. путем изучения условий прохождения и отражения радиоволн в ионосфере.
4.8. Вопросы для самопроверки
1. Укажите источники ионизации газа в ионосфере. Какой из источников является основным ?
2. Какой процесс называется рекомбинацией ?
3. Поясните особенности строения ионосферы.
4. Запишите выражение для определения диэлектрической проницаемости ионизированного газа, поясните его.
5. Почему на распространение радиоволн электроны оказывают существенно большее влияние, чем ионы ?
6. Как изменяется проводимость ионизированного газа, если электронная плотность возрастает вдвое ?
7. Какая частота называется собственной частотой ионизированного газа?
8. Возможен ли волновой процесс в среде, где относительная диэлектрическая проницаемость меньше нуля ?
9. Какие среды называются диспергирующими ?
10. Показать, что ионизированный газ является диспергирующей средой.
11. Какой вид имеет графи?/p>