Главная | Обратная связь

Распространение радиоволн в простом ионосферном слое

 

Если радиоволна излучена с земной поверхности и падает на ионосферный слой под углом j₀ (рис. 13.4), дальнейшая её траектория на ионосферном участке в плоскослоистом приближении описывается уравнением

 

n₀sinj₀ = nsinj, или n₀cosq₀ = ncosq = Const, (13.19)

 

где n₀ - показатель преломления нейтральной части атмосферы.

Поскольку, согласно (13.11), ниже максимума ионизации коэффициент n с ростом высоты уменьшается, из (13.19) следует, что должен расти cosq, и на некоторой высоте возможно выполнение условия cosq = 1, т. е. q = 0. Далее луч начнет распространяться обратно к Земле. Полагая n₀ » 1, условие поворота луча можно записать как

 

n = cosq₀. (13.20)

 

Возведём (13.20) в квадрат и используем представление (13.11):

 

,

откуда

. (13.21)

 

Здесь - плазменная частота слоя на высоте z. Поскольку q₀ = p/2 - j₀, из (13.21) следует известный “закон секанса”

 

f = f₀secj₀, (13.22)

 

связывающий значение частоты f₀ вертикальной волны, отраженной от слоя на высоте z, со значением частоты луча, падающего на слой под углом j₀ и отраженного на той же высоте.

С увеличением f₀ высота отражения поднимается до высоты максимума ионизации слоя N_m, которой соответствует критическая частота слоя f_кр = .

При наклонном распространении максимуму ионизации соответствует

 

f_max(j₀) = f_кр secj₀ (13.23)

- максимальная частота слоя для данного j₀. Если f > f_max(j₀), радиолуч проходит ионосферный слой насквозь.

Из (13.21) следует, что радиус кривизны траектории радиолуча в области отражения

 

. (13.24)

 

Пусть q₀ постоянен, тогда с ростом частоты f будут расти высота отражения и радиус кривизны r. В области высоты максимума электронной концентрации N_m ® 0 и из (13.24) следует, что r ® ¥. Этим объясняется наблюдающийся иногда приём радиосигнала на расстоянии до 7 – 10 тыс. км. Такое распространение называется распространением лучом Педерсена. Выше N_m , а, значит, и r < 0, что можно трактовать как искривление траектории луча вверх.

Зафиксируем теперь частоту f и будем увеличивать угол возвышения q₀. Высота отражения будет расти, радиус кривизны - уменьшаться, и луч будет падать все ближе к излучателю. Однако с ростом высоты отражения мы все ближе подходим к максимуму слоя, в области которого ® 0, что начинает приводить, согласно (13.24), к увеличению r. Таким образом, начиная с некоторого q₀ = q_max, дальность падения отраженного луча начнет расти. Наименьшее расстояние D до места падения луча частотой f при отражении называется радиусом зоны молчания, а соответствующая этому радиусу частота - максимально применимой частотой (МПЧ). При дальнейшем увеличении q₀ используемая частота может превысить критическую для данного слоя, и радиолуч уйдёт выше.