|
| |
|
Слаботочка Книги частота примерно соответствует длине волн к = 200 м. Значит затухание волн в ионосфере уменьшается при уменьшении частоты в сторону более длинных волн и при увеличении частоты в направлении более коротких волн от X = 200 м. 104. Ионосферное распространение радиоволн Рассмотрим подробнее процесс преломления радиоволн в ионосфере. Сначала допустим/ что относительная диэлектрическая проницаемость понижается с высотой за счет усиления ионизации скачками от = 1 к е, ег, е (рис. 15.2). Соответственно уве-  Рис. 15.2. Преломление радиоволн в ионосфере. личивается фазовая скорость электромагнитных волн и уменьшается показатель преломления п, который, начиная от о = = 1£о= 1 принимает значения, все меньшие и меньшие единицы: Согласно формуле (331) о sm 00 = fi sin 01 = 2 sin Og = ... = n sin (347) уменьшение показателя преломления с высотой вызывает увеличение угла преломления по сравнению с углом падения волны на данный ионизированный слой (0o<C6i<C 62 <С Оз---)- Это может привести к тому, что в каком-то слое с показателем преломления Пп = Уе произойдет полное внутренне отражение, т. е. угол преломления 0 станет равным 90*. В этом положении луч неустойчив и, если плотность ионизации вышестоящего слоя даже незначительно больше, чем данного, произойдет аналогичное преломление волны в обратном направлении. Остается внести поправку: так как диэлектрическая проницаемость ионосферы изменяется по высоте плавно, форма лучей получается криволинейной (см. рис. 15.1). Волны, отражаемые от ионосферы к Земле, полезны для радиосвязи, а поэтому необходимо уточнить условия их возникновения. Возможность отражения радиоволн от ионосферы определяется тремя обстоятельствами: 1) углом падения радиоволн на нижний слой ионосферы, т. е. наклоном волны в момент ее излучения; 2) плотностью ионизации данного ионизированного слоя; 3) частотой электромагнитных волн. Очевидно, что, чем меньше начальный угол возвышения луча б, тем больше угол падения Gq на первый ионизированный слой (Оо = 90° - б на рис. 15.2) и тем скорее будет достигнут угол 0п = 90°, т. е. произойдет полное внутреннее отражение волны. Так, волна / с углом возвышения 6i (рис. 15.3) проходит через ионизированный слой, не отразившись от него к Земле, волна 2 с меньшим углом возвышения бг возвращается к Земле, а волна 3 с углом бз < ба отражается от ионосферы даже на меньшей высоте. Наименее вероятно отражение радиоволн от ионосферы, когда волны излучаются отвесно (б = 90°). Перейдем к вопросу о влиянии плотности ионизации отражающего слоя. Показатель преломления этого слоя п, как показывает выражение (346), связан с зависимостью /=/ = 1/1-80,8. (348) Вместе с тем, известно, что показатель преломления неионизированного воздуха По = 1- Следовательно, из равенства Uq sin 00 = Пп bin 0ji и б = 90° - 0о имеем cos б = sin 00 = sin 0 ]/l - 80,8 , (349) т. е. при данном угле возвышения б увеличение плотности ионизации способствует увеличению угла преломления 0 и тем самым облегчает отражение волн к Земле. Если слой D не отразил волну, то это способен сделать слой Е как более ионизированный. Если же и слой Е не отразил радиоволн, то не исключена возможность, что это сделает слой F, а тем более Рг- Но в том случае, когда наиболее ионизированный слой Fz при любом угле возвышения луча к поверхности Земли не создает требуемого отражения, возвращение волны на Землю полностью исключено. Зависимость (349) позволила ввести понятие критический угол возвышения бкр - это максимальный угол возвышения, при котором еще возможно отражение волн к Земле слоем с плотностью ионизации = Ломаке- Ввсдя соотвстствующее условие (б = бкр, Qn - 90°) в указанную зависимость, получаем cos бкр = j/ 1-80,8 (350) Поэтому увеличение частоты / электромагнитных волн, как показывает формула (350), сопровождается уменьшением критического угла возвышения лучей бкр для данного ионизированного  Рис. 15.3. Влияние наклона излучаемой волны на ее траекторию в атмосфере. СЛОЯ или требует увеличения плотности ионизации Ломаке для сохранения неизменным критического угла бкр. Это согласуется с тем, что увеличение частоты / понижает преломляющие свойства ионосферы. Такая связь между частотой волны и необходимой для его отражения плотностью ионизации Ломаке позволила ввссти еще одно понятие критическая частота /кр или критическая длина волны Якр cUkp данного ионизированного слоя . Это максимальная частота (минимальная длина волны), при которой возможно отражение волн к Земле, если они излучаются вертикально. При подстановке бкр = 90° формула (350) определяет величину /=/кр: откуда критическая частота слоя с плотностью ионизации Ломаке равна /кр=У80М макс. (351) Подставив соответствующие значения акс, получаем, что критическая длина волны слоя F2 равна Якр = 23 45 м, 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 [136] 137 138 139 140 141 142 143 |