În aerul ionizat, viteza de propagare a undelor radio depinde de frecvența și concentrația electronilor liberi și va fi mai mică decât viteza luminii în comparație cu aerul neionizat, unde viteza grupului.
Cu cât este mai mare concentrația de electroni, cu atât este mai mică.
Gradul de ionizare a atmosferei variază în funcție de altitudine și prin urmare ionosfera reprezintă pentru undele radio un mediu optic neomogen (cu o constantă dielectrică variabilă) care determină refracția lor.
Dacă aerul este un indice de refracție. . apoi în ionosferă este mai puțin decât unitatea. pentru că mai puțin de unul.
Influența eterogenității ionosferei se manifestă prin faptul că undele radio se propagă nu pe traiectorii rectilinii, ci pe traiectorii curbilinii. În anumite condiții, undele radio vor avea o reflexie internă completă din ionosferă și vor reveni pe Pământ.
Să analizăm cazul propagării undelor radio într-o "ionosferă plană", adică într-un gaz ionizat în care suprafețele de valori identice ale concentrației de electroni sunt paralele una cu cealaltă.
Presupunem că grosimea straturilor este mică, în care concentrația de electroni va avea valori constante.
La cel mai mic strat de aer neionizat, un fascicul de frecvență este incident în unghi. Coeficient de refracție
În tranziția de la un mediu la altul, undele radio, cum ar fi undele luminoase, sunt refractate cu atât mai mult, cu atât este mai mică constanta dielectrică a celui de-al doilea mediu și indicele de refracție asociat cu acesta. Dacă presupunem că undă radio este o rază, atunci un astfel de fascicul va fi refractat treptat pentru a se îndoi și a se reflecta pe Pământ (figura 6). De asemenea, frontul valurilor se va roti treptat.
Figura 6 - Refracția și reflexia undelor radio în straturile ionosferei
Rotirea valurilor la vârful traiectoriei are loc datorită fenomenului de reflexie internă totală, adică în trecerea de la medii optice mai dens la media optic mai puțin densă.
Condiția dielectrică a stratului concentrat este definită ca
- densitatea electronului (el / cm3);
(kul) este sarcina de electron;
(kg) este masa de electroni;
Dacă înlocuim aceste valori numerice în formula, obținem
Se poate observa din formula că constanta dielectrică a unui mediu concentrat este mai mică, iar refracția este mai mare. Cu cât este mai mare densitatea de ionizare și cu atât este mai mică frecvența oscilațiilor undei radio (). La frecvențe mai mici, refracția este mai puternică.
Ie reflectarea undelor radio din ionosferă se caracterizează prin următoarele reguli:
1) cu cât densitatea de concentrație a unui strat dat este mai mare, cu atât refractarea și reflexia sunt mai puternice;
2) cu cât lungimea de undă este mai mică. cu atât este mai mare nevoia de densitate de ionizare pentru reflecție și cu atât este mai mare calea făcută de undele treptat de refracție din ionosferă.
Prin urmare, valurile mai lungi sunt reflectate de straturile inferioare ale ionosferei, mai scurt - din straturile superioare, și ultra, pentru care densitatea de ionizare insuficientă penetrează ionosfera și nu se reflectă în meniurile de pe suprafață.
Undele radio se reflectă în conformitate cu aceeași lege ca undele luminoase: unghiul de incidență este egal cu unghiul de reflexie. Prin urmare, adevăratul proces de refracție treptată a valului ionosferic poate fi reprezentat ca o reflectare de la o suprafață oglindă, care este la altitudine. care se numește înălțimea efectivă a stratului reflectorizant. Valoarea (figura 7) poate fi determinată prin construcție geometrică dacă sunt cunoscute unghiurile în care undele radio se deplasează în spațiu și se întorc pe Pământ și distanța dintre punctele de transmisie și recepție.
Figura 7 - Refracția undelor radio de frecvențe diferite în ionosferă
Frecvența naturală a gazului concentrat
Evident, pentru o densitate electronică semnificativă, permitivitatea gazului poate fi zero. Din expresia constantei dielectrice relative a ionosferei se poate găsi frecvența circulară la care, cu o incidență verticală a undelor pe stratul ionosferic:
Se numește frecvența naturală a gazului ionizat sau frecvența Langmuir sau frecvența critică.
Viteza de fază și de grup a gazului ionizat.
Pentru un gaz concentrat, fără a lua în considerare pierderile, viteza de fază
și anume viteza de fază din ionosferă este mai mare decât viteza luminii.
Într-un gaz ionizat, semnalul călătorește cu o viteză mai mică decât viteza luminii ().
Reflectarea undelor radio depinde de unghiul de incidență al undei radio pe stratul ionizat. Există un unghi critic la care se reflectă un val trimis unui strat ionosferic dat. La unghiuri mai mari decât cele critice, fasciculul radio pătrunde în acest strat și trece la cel următor. Se determină prin:
Figura 8 - Dependența unghiului critic asupra frecvenței
Din expresia pentru unghiul critic, este posibil să se determine frecvența maximă de funcționare (MFR) la care valurile vor fi reflectate din ionosferă pentru o densitate electronică dată și un unghi de incidență.
În cazul în care. apoi cu incidența normală a valului pe ionosferă, reflexia nu are loc și valul trece în spațiul cosmic, iar coeficientul de reflexie este zero.
În cazul în care. atunci coeficientul de reflexie din ionosferă se schimbă brusc în funcție de frecvență.
Dacă, atunci o reflectare completă a undelor din stratul ionosferic și coeficientul de reflexie este egală cu una.
Cu o cădere înclinată în val, ionosfera este transparentă pentru frecvențele care depășesc
Figura 9 - Determinarea unghiului maxim de incidență al valului pe ionosferă
Se poate observa din figură că o rază dirijată de-a lungul suprafeței tangențiale a Pământului cade pe ionosferă sub unghi mai mare posibil la o anumită înălțime a stratului
Din tribul AOB pe care îl avem
unde este raza pământului;
-înălțimea fundului stratului reflectant al ionosferei.
Deoarece o undă nu poate fi trimisă la un unghi mai mare decât acest lucru, indică o limitare a intervalului de funcționare. Din ionosfera se pot reflecta valuri mai mari de 10 metri.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: