Материал: 751

гирующей. Частота, при которой показатель преломления плазмы обращается в нуль, называется плазменной частотой или частотой Ленгмюра:

Соударения электрона с нейтральными молекулами при этом не учитываются.

Используя выражение для плазменной частоты, запишем выражение для показателя преломления плазмы в виде

Формула (5.16) имеет основополагающее значение при рассмотрении распространения радиоволн в ионосфере, хотя в ней не учтены соударения электрона с нейтральными молекулами. Однако, как следует из табл. 5.1, для большинства диапазонов частот выполняется условие , и поэтому учет столкновений вносит несущественные поправки.

Основные особенности распространения радиоволн в реальной ионосфере можно объяснить, полагая в первом приближении, что концентрация электронов в ионосфере, а следовательно, и ее плазменная частота зависят только от высоты над поверхностью Земли и не зависят от широты и долготы места.

Изменения диэлектрической проницаемости в ионосфере существенно отличаются от изменений этого параметра в тропосфере. Показатель преломления в тропосфере близок к единице и меняется с высотой незначительно. В ионосфере, как видно из выражения (5.16) , при частотах радиоволны, меньших плазменной частоты (f < f0), относительная диэлектрическая проницаемость er оказывается меньше нуля, а показатель преломления — мнимой величиной:

n r j .

Отсюда следует, что при f < f0 электромагнитные колебания в ионосфере не распространяются и затухают при увеличении расстояния r по экспоненциальному закону. Нетрудно заметить, что выражение (5.16) совпадает с показателем преломления в волноводах без учета в нем потерь, так что плазменной частоте соответствует критическая частота в волноводе.

таются такими же, как и в тропосфере, но зависимость n(h) выражена гораздо сильнее.

В качестве исходных соотношений будем использовать (5.16), (4.10) и (4.13), подчеркивая в них зависимость параметров ионосферы от высоты. Тогда показатель преломления на разных высотах h в простом слое будет определяться формулой

ãäå n0 è 0 — значения показателя преломления и угла падения на нижней границе простого слоя. Можно принять, что на нижней границе n0 1.

Радиус кривизны луча на разных высотах h будет

и подставляя их в (5.20), окончательно для радиуса кривизны луча получим выражение

Остановимся ниже на следующих аспектах изучения модели простого слоя:

–условие отражения вертикально направленной волны;

–условие отражения наклонно направленной волны;

–траектория радиоволн в простом слое;

–время распространения радиоволн в простом слое.

1145. Ионосфера и ее влияние на распространение радиоволн

5.3.1.Условие отражения вертикально направленной волны

Âпростом слое плазменная частота (5.15) изменяется с высотой вместе с изменением электронной концентрации. Максимальное значение плазменной частоты в ионосферном слое называется его критической частотой. Очевидно, что критическую частоту слоя можно определить как плазменную ча- стоту максимума ионизации:

Рассмотрим распространение вертикально направленной волны в простом слое в зависимости от соотношения частоты волны и критической частоты слоя. При этом возможны три случая, приведенные на рис. 5.3.

Рис. 5.3. Зависимость n(h) для вертикально направленной волны:

à — f1 fêð ; á — f2 fêð ; â — f3 fêð

На частоте f1 fêð (ðèñ. 5.3,à) показатель преломления нигде не обращается в нуль (n(h) 0) и волна проходит через слой, лишь испытывая изменения скорости. На частоте f2 fêð (ðèñ. 5.3,á) показатель преломления в точке максимума электронной концентрации равен нулю (n(hm) 0). При приближении к этой точке скорость движения энергии волны (групповая скорость) замедляется до нуля, распространение волны вверх прекращается и она поворачивает вниз. Будем называть этот процесс «отражением» волны, хотя, конечно, он отличается от классического отражения волны от резкой границы раздела двух сред.