2015-10-22
2441
Закономерности распространения радиоволн в ионосфере определяются ее электрическими параметрами — диэлектрической проницаемостью и удельной проводимостью. Отличительной особенностью ионосферы является плазменное (электронно-ионное) состояние ее вещества.
При прохождении радиоволны через ионосферу все заряженные частицы начинают двигаться в такт с изменением поля волны. Это упорядоченное полем волны движение заряженных частиц можно рассматривать в качестве тока. Преобладающими среди всех заряженных частиц являются электроны. Поэтому возникающий ток можно считать электронным током с плотностью
где 
— заряд электрона; 
— скорость электрона.
Помимо электронного тока полем волны возбуждается и ток смещения в вакууме с плотностью 
. Тогда плотность полного тока в ионизированном газе составит
Движение электрона в поле волны 
описывается уравнением
,
где − средняя скорость движения электрона, 
− его масса, 
− эффективная частота соударений электронов с ионами и молекулами, измеряемая в 1/с. Значение зависит от расстояния между частицами и скорости их движения. С увеличением высоты над земной поверхностью уменьшается.
|
|
|
Решая уравнение движения электрона относительно скорости
,
получим плотность электронного тока в виде
.
Сравнение выражений плотности полного тока в ионизированном газе и в любой полупроводящей среде 
показывает, что ионизированный газ можно рассматривать в качестве полупроводящей среды с параметрами:
, 
,
где 
− относительная диэлектрическая проницаемость ионизированного газа, 
− проводимость. После подстановки постоянных значений 
, 
.
Из приведенных следует, что диэлектрическая проницаемость и проводимость ионосферы зависят от частоты, и по мере ее повышения приближаются к соответствующим значениям в свободном пространстве: при 
, 
. Это объясняется инерцией электронов, которые не успевают следовать за изменением поля волны. Необходимо также иметь в виду изменение диэлектрической проницаемости и проводимости ионосферы в результате изменения концентрации электронов с высотой.
На достаточно высоких частотах, когда 
, выражения упрощаются:
, 
,
где 
, 
, 
, 
.
Учитывая, то максимальное значение наблюдается в слое 
и имеет порядок 
, то упрощенные формулы могут быть использованы на частотах примерно выше 3 МГц.
При некоторой максимальной частоте 
диэлектрическая проницаемость ионосферы становится равной нулю. Частота 
является той предельной частотой, которая отражается от ионосферы при данной электронной концентрации. На частотах выше относительная диэлектрическая проницаемость ионосферы 
и радиоволна распространяется в ней как в неионизированной ионосфере. На частотах меньше относительная диэлектрическая проницаемость ионосферы становится отрицательной величиной (
). В этом случае волновой процесс невозможен — происходит сильное затухание радиоволн.
|
|
|
