| 8406202 9216 1210 912 1е Нo на электрон, движущийся со скоростью V, действует Лоренца сила F = - [vНo], под действием к-рой электрон вращается с частотой еНo/mc (гироскопическая частота) вокруг силовых линий магнитного поля. Вследствие этего изменяется характер вынужденных колебаний электронов ионосферы под действием электрич. поля волны.
В простейшем случае, когда направление Р. р. перпендикулярно Нo (Е лежит в одной плоскости с Нo), волну можно представить в виде суммы 2 волн с E | Нo и Е||Нo. Для первой волны (необыкновенной) характер движения электронов и, следовательно, п изменяются, для второй (обыкновенной) они остаются такими же, как и в отсутствии магнитного поля:
[21342-20.jpg]
В случае произвольного направления Р. р. относительно магнитного поля Земли формулы более сложные: как т, так и n2 зависят от сон. Поскольку отражение радиоволны происходит от слоя, где п = 0, то обыкновенная и необыкновенная волны отражаются на разной высоте. Критич. частоты для них также различны.
По мере Р. р. в ионосфере из-за различия в скорости накапливается сдвиг фаз между волнами, вследствие чего поляризация результирующей волны непрерывно изменяется. Линейная поляризация падающей волны в определённых условиях сохраняется, но плоскость поляризации при распространении поворачивается (см. Вращение плоскости поляризации). В общем случае поляризация обеих волн эллиптическая.
Рассеяние радиоволн. Помимо регулярной зависимости электронной концентрации N от высоты (рис. 12), в ионосфере постоянно происходят случайные изменения концентрации. Ионосферный слой содержит большое число неоднородных образований различного размера, к-рые находятся в постоянном движении и изменении, рассасываясь и возникая вновь. Вследствие этого в точку приёма, кроме основного отражённого сигнала, приходит множество рассеянных волн (рис. 13), сложение к-рых приводит к замираниям - хаотич. изменениям сигнала.
[21342-21.jpg]
Рис. 13. Рассеяние радиоволн на неоднородностях ионосферы.
Существование неоднородных образований приводит к возможности рассеян-
ного отражения радиоволн при частотах, значительно превышающих макс. частоты отражения от регулярной ионосферы. Аналогично рассеянию на неоднородностях тропосферы это явление обусловливает дальнее Р. р. (метрового диапазона).
Характерные неоднородные образования возникают в ионосфере при вторжении в неё метеоритов. Испускаемые раскалённым метеоритом электроны ионизируют окружающую среду, образуя за летящим метеоритом след, диаметр к-рого вследствие молекулярной диффузии быстро возрастает. Ионизированные следы создаются в интервале высот 80-120 км, длительность их существования колеблется от 0,1 до 100 сек. Радиоволны зеркально отражаются от метеорного следа. Эффективность этого процесса зависит от массы метеорита.
Нелинейные эффекты. Для сигналов не очень большой мощности две радиоволны распространяются через одну и ту же область ионосферы независимо друг от друга (см. Суперпозиции принцип), ионосфера является линейной средой. Для мощных радиоволн, когда поле Е волны сравнимо с характерным "плазменным полем" Ер ионосферы, Е и а начинают зависеть от напряжённости поля распространяющейся волны. Нарушается линейная связь между электрич, током и полем Е.
Нелинейность ионосферы может проявляться в виде перекрёстной модуляции 2 сигналов (Люксембург - Горъковский эффект) и в "самовоздействии" мощной волны, напр. в изменении глубины модуляции сигнала, отражённого от ионосферы.
Особенности распространения радиоволн различного диапазона в ионосфере. Начиная с УКВ волны, частота к-рых выше макс. применимой частоты (МЛЧ), проходят через ионосферу. Волны, частота к-рых ниже МПЧ, отражаясь от ионосферы, возвращаются на Землю. Такие радиоволны наз. ионосферными, используются для дальней радиосвязи на Земле. Диапазон ионосферных волн снизу по частоте ограничен поглощением. Поэтому связь при помощи ионосферных волн осуществляется в диапазоне коротких волн и в ночные часы (уменьшается поглощение) в диапазоне средних волн. Дальность Р. р. при одном отражении от ионосферы ~3500 -4000 км, т. к. угол падения ф на ионосферу из-за выпуклости Земли ограничен: наиболее пологий луч касается поверхности Земли (рис. 14). Связь на большие расстояния осуществляется за счёт неск. отражений от ионосферы (рис. 15).
[21342-22.jpg]
Длинные и сверхдлинные волны практически не проникают в ионосферу, отражаясь от её нижней границы, к-рая является как бы стенкой сферич. радиоволновода (второй стенкой волновода служит Земля). Волны, излучаемые антенной в нек-рой точке Земли, огибают её по всем направлениям, сходятся на противоположной стороне. Сложение волн вызывает нек-рое увеличение напряжённости поля в противолежащей точке (эффект антипода, рис. 16).
[21342-23.jpg]
Рис. 16. Зависимость напряжённости Е поля волны от расстояния до передатчика r в отсутствии поглощения (пунктир) и при учёте поглощения.
Радиоволны звуковых частот могут просачиваться через ионосферу вдоль силовых линий магнитного поля Земли. Распространяясь вдоль магнитной силовой линии, волна уходит на расстояние, равное неск. земным радиусам, и затем возвращается в сопряжённую точку, расположенную в др. полушарии (рис. 17). Разряды молний в тропосфере являются источником таких волн. Распространяясь описанным способом, они создают на входе приёмника сигнал с характерным свистом (свистящие атмосферики).
[21342-24.jpg]
Для радиоволн инфразвуковых частот, частота которых меньше гироскопической частоты ионов, ионосфера ведёт себя как проводящая нейтральная жидкость, движение к-рой описывается уравнениями гидродинамики. Благодаря наличию магнитного поля Земли любое смещение проводящего вещества, создающее электрический ток, сопровождается возникновением сил Лоренца, изменяющих состояние движения. Взаимодействие между механическими и электромагнитными силами приводит к перемещению случайно возникшего движения в ионизированном газе вдоль магнитных силовых линий, т. е. к появлению магнитогидродинамических (альфвеновских) волн, к-рые распространяются вдоль магнитных силовых линий со скоростью 1) = Но/корень квадратный из 4Пи р ~ 4,5 -104 м/сек (р - плотность ионизированного газа).
Космическая радиосвязь. Когда один из корреспондентов находится на Земле, диапазон длин волн, пригодных для связи с космич. объектом, определяется условиями прохождения через атмосферу Земли. Т. к. радиоволны, частота к-рых <МПЧ (5-30 Мгц), не проходят через ионосферу, а волны с частотой > 6-10 Ггц поглощаются в тропосфере, то волны от космич. объекта могут приниматься на Земле при частотах от ~30 Мгц до 10 Ггц. Однако и в этом диапазоне атмосфера Земли не полностью прозрачна для радиоволн. Вращение плоскости поляризации при прохождении через ионосферу при приёме на обычную антенну приводит к потерям, к-рые уменьшаются с ростом частоты. Только при частотах >3 Ггц ими можно пренебречь (рис. 18). Эти условия определяют диапазон радиоволн для дальней связи на УКВ при использовании спутников.
[21342-25.jpg]
Рис. 18. Зависимость потерь энергии за счёт вращения плоскости поляризации волны от частоты для трёх значений угла возвышения В.
Для связи с объектами, находящимися на др. планетах, необходимо учитывать поглощение и в атмосфере этих планет. При осуществлении связи между 2 космич. кораблями, находящимися вне атмосферы планет, особенное значение приобретают миллиметровые и световые волны, обеспечивающие наибольшую ёмкость каналов связи (см. Оптическая связь). Сведения о процессах Р. р. в космич. пространстве даёт радиоастрономия.
Подземная и подводная радиосвязь. Земная кора, а также воды морей и океанов обладают проводимостью (о) и сильно поглощают радиоволны. Для осадочных пород в поверхностном слое земной коры o ~10-3-10-2 ом-1 . м-1. В этих средах волна практически затухает на расстоянии =<Л. Кроме того, для сред с большой о коэффициент поглощения увеличивается с ростом частоты. Поэтому для подземной радиосвязи используются в основном длинные и сверхдлинные волны. В подводной связи наряду со сверхдлинными волнами используют волны оптич. диапазона.
В системах связи между подземными или подводными пунктами может быть использовано частичное распространение вдоль поверхности Земли или моря. Вертикально поляризованная волна, возбуждаемая подземной передающей антенной, распространяется до поверхности Земли, преломляется на границе раздела между Землёй и атмосферой, распространяется вдоль земной поверхности и затем принимается подземной приёмной антенной (рис. 19). Глубина погружения антенн достигает десятков м. Системы этого типа обеспечивают дальность до неск. сотен км и применяются, напр., для связи между подземными пунктами управления при запуске ракет. Системы др. типа используют подземные волноводы - слои земной коры, обладающие малой проводимостью и, следовательно, малыми потерями. К таким породам относятся каменная соль, поташ и др. Эти породы залегают на глубинах до сотен м и обеспечивают дальность Р. р. до неск. десятков км. Дальнейшим развитием этого направления является |
