16. Физические свойства радиоволн

1. Прямые волны

2. Земные волны

3. Тропосферные волны

4. Ионосферные волны

В однородных средах радиоволны распространяются по прямолинейным траекториям с постоянной скоростью. Космическому пространству можно приписать свойства однородной среды и считать, что распространение в нем происходит как в свободном пространстве. Такие волны принято называть свободно распространяющимися или прямыми. Такие волны при прохождении сквозь атмосферу Земли могут претерпеть небольшие искривления (рефракцию).

В большинстве случаев имеют дело с такими вонами радиосвязи, конечные пункты которых расположены в непосредственной близости от поверхности Земли. Полупроводящая поверхность Земли с одной стороны, искажает структуру радиоволны (по сравнению со структурой волны в свободном пространстве) и вызывает поглощение радиоволн (вследствие проникновения радиоволн в толщу Земли), с другой стороны, из-за сферичности Земли, распространяющиеся над ней волны, испытывают дифракцию (огибание).

Явление дифракции (огибания) заметно проявляется в тех случаях, когда размеры препятствия на пути распространения радиоволн соизмеримы с длиной волны. Чем длиннее волна, тем она лучше дифрагирует (огибает) вдоль сферической поверхности Земли. Обычно на самых длинных волнах дальность дифракционного распространения не превышает 3000-4000 км. Радиоволны, распространяющиеся в непосредственной близости от поверхности Земли и частично огибающие выпуклость Земного шара, вследствие явления дифракции, получили название земные волны.

Ионосфера ведет себя как полупроводящая среда, от которой волны могут отражаться. От ионосферы обычно отражаются волны длиннее 10 м. При однократном отражении от ионосферы радиоволны могут перекрывать расстояния, не превышающие 4000 км.

Помимо способности ионосферы отражать радиоволны она обладает свойством рассеивать падающие на нее радиоволны. Дальность ионосферного рассеяния радиоволн может постигать до 2000 км.

Таким образом, радиоволны, распространяющиеся на большие расстояния путем отражения от ионосферы (в диапазоне волн длиннее 10 м), а также волны, рассеивающиеся на неоднородностях ионосферы (в диапазоне метровых волн) получили название ионосферных волн.

Регулярные отражения от ионосферы испытывают волны длиннее 10 м, поэтому как ионосферные волны могут распространяться лишь сверхдлинные, длинные, средние и короткие волны. Однако метровые волны могут распространяться как ионосферные за счет рассеяния на неоднородностях ионосферы

17. Строение атмосферы

Всю окружающую земной шар газовую оболочку (атмосферу.) принято подразделять на три области:

1. Нижняя часть атмосферы вплоть до высот 10-20 км называют тропосферной.

2. Область атмосферы на высотах 20-60 км называют стратосферой.

3. Ионизированную область атмосферы, расположенную на высотах свыше 60 км называют ионосферой. Обычно считают, что ионосфера простирается на высоту до 20000 км (около трех радиусов Земли), поэтому ионосферу называют верхним слоем атмосферы.

Как и любая область атмосферы, ионосфера характеризуется такими характеристиками, как состав, плотность (число молекул в единице объема) и распределение температуры по высоте.

Вплоть до высоты порядка 100 км атмосфера имеет такой же состав, как у поверхности Земли.

На высотах более 100 км различие в массах составляющих атмосфер; газов приводит к расслоению атмосферы, при котором более тяжелые газы располагаются преимущественно в нижних слоях,

В разряженной атмосфере под действием солнечной радиации, молекулы кислорода и азота расщепляются на атомы. Кроме того, начиная с высот 60 км, газы в атмосфере ионизированы и здесь присутствует значительное количество свободных электронов и ионов.

Таким образом, состав атмосферы не однороден по высоте. Температура атмосферы также изменяется с изменением высоты. Так, начиная от земли до верхней границы тропосферы (примерно до 20 км), температура убывает (примерно на 5-6°на каждый километр Начиная с высот 25 км и вплоть до высоты 50-60 км температура растет, это Объясняется тем, что в этой области имеется значительное количество озона, который интенсивно поглощает ультрафиолетовое излучение Солнца Затем температура понижается вплоть до высот порядка 80 км и после второго минимума температура плавно растет, достигая значений 2000-3000°К на высотах 500-600 км. Здесь температура растет за счет непосредственного прогревания лучами Солнца.

Электронная плотность атмосферы также изменяется с высотой. Taк, на высотах до 60 км электронов в атмосфере столь мало, что ими обычно пренебрегают, хотя молекул и атомов газа здесь достаточно. свыше 1000 км также мала электронная плотность, так как мало атомов и молекул газа, хотя энергия Солнца достаточна для ионизации.

На высоте порядка 300-500 км имеется основной механизм ионизации, выше и ниже которого электронная плотность убывает. Область ионосферы ниже основного максимума, называют внутренней, а выше максимума внешней ионосферойКаждый ионосферный слой характеризуется следующими параметрами:

• электронной плотностью в максимуме ионизации или критической частотой

• высотой нижней границы ионизации

• полутолщиной слоя (высотой от нижней границы слоя до максимума ионизации)

• числом соударений (столкновений) электрона с тяжелыми частицами

Самый нижний слой D существует только в часы освещенности, с наступлением темноты область D исчезает. Причиной образования слоя являются космические лучи и рентгеновское излучение солнца.

Слой F, расположенный на высоте 200-400 км, летом (май-октябрь) в часы освещенности расщепляется на два слоя: слой F1 (180-240 км) и слой F2 (240-400 км).

Области D и Е ионосферы обладают высоким постоянством, т.е. суточный ход изменения электронной плотности и высоты расположения максимумом ото дня ко дню повторяется. Слой F - является неустойчивым образованием ионосферы. Ото дня ко дню электронная плотность и высота расположения максимума претерпевают значительные колебания. Так электронная плотность слоя F может изменяться от до .