Строение атмосферы

Необходимость изучения строения атмосферы вызвана существенным её влиянием на условия распространения пространственных и поверхностных радиоволн, так как радиоволны, излучающиеся антенной, распространяются как вдоль земной поверхности, так и вверх под различными углами к поверхности.

Атмосфера Земли неоднородна. В ней различают:

тропосферу (до высоты 10-15 км);

стратосфер (от15-60км);

ионосферу (от 60 до 1000 км).

Над ионосферой находится космическое пространство.

Интерференция двух волн: Интерференция пространственных лучей и поверхностного луча в точке приема С.

а - сложение двух волн при сдвиге фаз;

б - сложение двух волн при сдвиге фаз;

в - интерференция пространственных волн

Тропосфера содержит около 79% массы атмосферы, состоит из азота, кислорода и водяных паров. Показатель преломления тропосферы больше единицы и с увеличением высоты уменьшается. Радиоволны преломляются в сторону среды с большим показателем преломления. Благодаря этому для КВ и УКВ диапазонов существует тропосферная рефракция и радиогоризонт находится дальше геометрического.

Стратосфера - обладает свойствами идеального диэлектрика с показателем преломления равным единице. Следовательно, влияние на направление распространения радиоволн не оказывает.

Ионосферой – называют ионизированную область верхних слоев атмосферы Земли. Ионизация молекул газов возникает главным образом под действием ультрафиолетового излучения Солнца, в результате чего образуются положительно заряженные ионы и свободные электроны. Кроме того, в процессе ионизации участвуют рентгеновские лучи излучаемые солнечной короной, и корпускулярные потоки Солнца.

Плотность ионизации (электронная плотность) определяется числом свободных электронов в единице объёма, и чем больше их в этом объеме - тем больше степень ионизации. Отдельные области ионосферы оказываются ионизированными неодинаково, причём районы с наибольшей ионизацией располагаются по высоте в виде отдельных слоев имеющих хотя и не резкие, но достаточно явственно обозначенные границы. Между этими слоями располагаются области с меньшей ионизацией.

Существование в ионосфере нескольких слоев ионизации, а также изменение степени их ионизации можно объяснить следующим образом.

Распространяясь от солнца, ионизирующие лучи встречают в первую очередь верхние сильно разряженные слои атмосферы и ионизируют их, отдавая им часть своей энергии. Плотность ионизации здесь получается небольшая ввиду малого количества атомов и молекул газов, приходящихся на единицу объёма. По мере продвижения лучей к земле плотность газов увеличивается, поэтому увеличивается и плотность ионизации, достигая на какой-то высоте максимального значения. При дальнейшем продвижении ионизирующих лучей к земле плотность газов ещё более увеличивается, но энергия лучей уже в значительной мере затрачена в более высоких слоях, вследствие чего их ионизирующая способность уменьшается ещё более. В областях, близких к земле, ионизирующие лучи, хотя и попадают в самые плотные слои атмосферы, но их энергия уже оказывается израсходованной настоль- ко, что создавать заметной плотности ионизации они не могут.

Характер распределения плотности атмосферы по высоте и постепенная трата энергии ионизирующих лучей солнца, по мере продвижения к земле, создают условия, при которых слои с наибольшей плотностью ионизации располагаются на какой-то высоте над поверхностью земли. Образование не одного, а нескольких слоев ионизации можно объяснить тем, что ионизирующие лучи имеют неодинаковую частоту, причем каждая частота (или полоса частот) создаёт свой слой максимальной ионизации, проходя через различные слои атмосферы, плотность и состав которых неодинаковы. Так как ионизация зависит, главным образом, от интенсивности солнечного излучения, то естественно, что плотность ионизации слоев и количество их зависят от времени суток и года. Слои имеют значительную толщину с наибольшей плотностью ионизации в центре.

В дневное время этих слоев четыре:

-слой D на высоте от 60 до 80 км;

-слой Е на высоте от 100 до 120 км;

-слой F₁ на высоте от 160 до 200 км;

-слой F₂ на высоте от 250 до 450 км.

Слой D имеет плотность, недостаточную для отражения, но проходящие через него радиоволны претерпевают большое затухание.

Слой Е ближайший к поверхности земли регулярно существующий слой с электронной концентрацией, достаточной для отражения радиоволн.

От слоя F₁ отражение наблюдается только днём летом.

Слой F₂, вследствие высокой концентрации электронов, наиболее важен с точки зрения распространения пространственных волн КВ диапазонов.

После захода Солнца прекращается ионизация атмосферы и начинается процесс рекомбинации электронов, который более бурно происходит в плотных слоях атмосферы. Этим объясняется очень быстрое исчезновение наиболее низкого слоя D.Также уменьшается и сливается со слоем F₂слой F_1.

В ночные часы ионосфера состоит только из двух ионизированных областей: слоя Е пониженной электронной концентрации и слоя F₂, который в ночные часы обозначается символом F без индекса. Известно, что проводники отражают радиоволны. Ионизированный газ проводит электрический ток и, следовательно, также способен отражать радиоволны.