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 Nm, которой соответствует критическая частота слоя fкр = .

При наклонном распространении максимуму ионизации соответствует

fmax(j0) = fкр secj0 (13.23)

- максимальная частота слоя для данного j0. Если f > fmax(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 Nm ® 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 Nm , 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 = qmax, 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.

Поиск по сайту: