Электродинамика_Коллоквиум_23

откуда

Относительная диэлектрическая проницаемость ионосферы меньше

диэлектрической проницаемости вакуума

Из выражения для ε следует два важных вывода:

1.Эффективная электрическая проницаемость существенно зависит от , т.е. ионосфера является сильно диспергирующей средой.

2.Поскольку концентрация электронов N, а следовательно ε и σ,

меняются от точки к точке, ионосферу следует считать существенно неоднородной средой.

Отметим принципиальное отличие между изменениями диэлектрической проницаемости в ионосфере и тропосфере. В

тропосфере она изменяется в незначительных пределах, оставаясь несколько большей единицы. В ионосфере диэлектрическая

101

проницаемость в зависимости от изменения концентрации электронов с высотой может принимать какие угодно значения, меньше единицы, в

том числе отрицательные. В частности, если ε принимает нулевые или близкие к нулю значения, то наблюдается явление полного внутреннего отражения радиоволн. Графики изменения N и ε от h для вертикального направленного луча показаны на рис. 5.10, а и б, а траектории лучей при наклонном падении - на рис. 5.10,в ( hmax – высота, где наблюдается максимум ионизации).

Рис. 5.10. Графики изменения N и ε от h для вертикального направленного луча.

На практике используются понятия о критической и максимальной частотах луча. Критической частотой называется максимальная частота вертикально направленного луча, который еще отражается от ионизированного слоя. Максимальной частотой называется максимальная частота луча, направленного под углом ˆ 0 к земле,

который еще отражается от слоя.

102

где a – радиус Земли.

Исследования показывают, что максимальное значение критической частоты не превосходит 16 МГц (λ = 19 м). Наибольшая максимальная

(λ = 6 м). Таким образом, можно считать, что волны короче 6 м от ионосферы не отражаются; волны от 6 до 19 м также могут пройти через ионосферу, не отражаясь, но при больших углах возвышения ( ˆ 0 0 );

волны длиннее 19 м всегда отражаются от ионосферы при любом угле возвышения.

§5.7. Влияние магнитного поля Земли на распространение радиоволн в ионосфере.

распространяющейся в ионосфере волны.

При учете магнитного поля Земли необходимо в уравнение движения

Лоренца. Тогда вместо (5.29), принимая во внимание гармоническую зависимость скорости от времени, получаем:

Если V и H0 взаимно перпендикулярны, то сила Лоренца заставляет электрон вращаться по окружности вокруг силовых линий вектора H0 с

гиромагнитной частотой H 0 , равной

103

В результате действия силы Лоренца на электроны в ионосфере,

последняя приобретает свойства анизотропной среды. Определим ее параметры, приравнивая (5.26) и (5.28) и пренебрегая для простоты потерями ( 0 )

причем скорость электрона V в (5.37) определяется уравнением (5.35).

Полагая, что вектор H0 направлен вдоль оси z, из соотношений (5.35)

и (5.37) после несложных преобразований можно найти проекции вектора электрической индукции на оси координат.

т.е. ионосфера, намагниченная постоянным полем Земли, представляет собой анизотропную среду с тензором диэлектрической проницаемости вида

104

диэлектрическая проницаемость ионосферы является тензором с действительными и мнимыми компонентами. Поэтому ионосферу

(намагниченную плазму) так же, как и намагниченную ферритовую среду, относят к так называемым “гиротропным” средам.

В главе 5 рассмотрены особенности распространения электромагнитных волн в гиромагнитной среде, магнитная проницаемость которой описывается также комплексным тензором. На основании принципа перестановочной двойственности все уравнения поля, справедливые для гиромагнитной среды, могут быть легко распространены и на случай намагниченной плазмы. Таким образом,

магнитное поле Земли прираспространении радиоволн в ионосфере будет вызывать эффекты Фарадея и Коттон-Мутона.

105