4. Поглощение радиоволн в ионосфере

Распространение радиоволны в ионосфере сопровождается потерей части ее энергии, которая преимущественно переходит в тепловую. Следствием этих потерь является затухание, т.е. уменьшение амплитуды поля волны. Как всякая полупроводящая среда, ионосфера характеризуется комплексной диэлектрической проницаемостью , мнимая часть которой определяет коэффициент затухания

Применительно к диапазонам СДВ, ДВ и частично СВ будет справедливо следующее соотношение и, т.е. среда является хорошим проводником и коэффициент затухания возрастает с ростом глубины проникновения волны в ионосферу

.

В диапазонах КВ и УКВ и, т.е. это среда с малыми потерями, следовательно, коэффициент затухания, уменьшаясь с ростом частоты, имеет наибольшее и решающее значение в нижних слоях ионосферы (— днем и— ночью).

Таким образом, в диапазонах СДВ и ДВ с увеличением частоты возрастает коэффициент затухания и длина пути, проходимого волной в слое, сокращается. Радиоволны этих диапазонов отражаются, как правило, от нижнего слоя ионосферы, а ослабление уменьшается с уменьшением частоты. В средневолновом и коротковолновом диапазонах с ростом частоты коэффициент затуханияуменьшается, а длина пути в слое возрастает, что и является определяющим для величины полного поглощения в слое.

При отражении от верхних слоев ионосферы, что характерно для СВ- и КВ-диапазонов, волна дважды пересекает нижележащие слои. Поскольку поглощение в нижних слоях значительно больше, чем в верхних, то определяющим является поглощение именно в нижних слоях, существенно уменьшающееся с ростом частоты.

Очевидно, поглощение радиоволн нижними слоями при распространении радиоволн через ионосферу ограничивает используемый диапазон частот снизу некоторой минимальной частотой, называемой наименьшей применимой частотой (НПЧ), при которой для данного вида работы еще обеспечивается наименьший необходимый уровень сигнала. Следует отметить, что для СВ-диапазона такой частоты не существует. Радиоволны этого диапазона полностью поглощаются слоем .

5. Влияние магнитного поля Земли на распространение радиоволн в ионосфере

Ионосфера находится в постоянном магнитном поле Земли, напряженность которого в среднем составляет 40А/м. Постоянное магнитное поле изменяет условия движения электронов ионосферы. Это приводит к изменению электрических параметров ионосферы. Ионосфера под действием магнитного поля Земли приобретает анизотропные свойства. В общем случае анализ условий распространения радиоволн в ионосфере весьма громоздок и приводит к мало наглядным формулам. В то же время наиболее практически важные случаи могут быть сведены к двум частным случаям: распространение радиоволны в направлении магнитного поля Земли; распространение радиоволны поперечно магнитному полю Земли. Рассмотрим оба случая качественно, не касаясь количественных соотношений.

Для анализа процессов, происходящих при распространении радиоволны в направлении магнитного поля Земли, удобно линейно поляризованную волну представить в виде двух волн круговой поляризации с противоположным направлением вращения векторов (рисунок Рисунок 21 ).

21. −Влияние магнитного поля Земли на радиоволны

Под влиянием анизотропных свойств ионосферы составляющие поля ибудут распространяться с различными фазовыми скоростями и испытывать неодинаковое затухание. В итоге на некотором расстояниивекторыибудут иметь различные амплитуды и фазы.

Результирующий вектор напряженности электрического поля окажется наклоненным к осина некоторый угол. Таким образом, при распространении радиоволны в направлении постоянного магнитного поля Земли происходит поворот плоскости поляризации, наблюдается эффект Фарадея. Результирующее поле в общем случае будет эллиптически поляризованным.

Угол поворота плоскости поляризации приближенно равен

,

где − плазменная частота ионосферы,— частота гиромагнитного резонанса (частота обращения электронов по окружности в постоянном магнитном поле).

При распространении радиоволны поперечно магнитному полю Земли вектор напряженности электрического поля можно разложить на две составляющие, одна из которыхсовпадает с направлением магнитного поля Земли, а вторая— перпендикулярна ему (рисунок Рисунок 22 ).

22. −Обыкновенная и необыкновенная волны

На составляющую поля магнитное поле Земли влияния не оказывает, и волна с такой ориентацией вектора напряженности электрического поля распространяется как в ионосфере без постоянного магнитного поля. Такую волну называют обыкновенной.

На волну с ориентацией вектора напряженности электрического поля магнитное поле Земли оказывает существенное влияние. Для такой волны диэлектрическая проницаемость ионосферы меньше, а фазовая скорость больше, чем для обыкновенной волны. Такую волну называют необыкновенной. В результате обыкновенная волна и необыкновенная волна (волна с ориентацией вектораперпендикулярно вектору) отражаются от областей ионосферы с неодинаковыми значениями электронной концентрации. Высота точки отражения обыкновенной волны выше, чем необыкновенной (рисунок Рисунок 22 ).

Таким образом, при распространении радиоволны в ионосфере поперечно магнитному полю Земли происходит двойное лучепреломление, расщепление волны на два луча, которые после отражения приходят в различные точки земной поверхности. Критические частоты обыкновенной волны и необыкновенной отличаются друг от друга на половину гиромагнитной частоты (МГц).