Составители:
23
может возникнуть в любое время суток и года, но в средних ши-
ротах чаще всего он наблюдается днем в летние месяцы.
3.2. Распространение радиоволн в ионосфере
Рассмотрим электрические параметры ионосферы. Если
электромагнитная волна на частоте
ω распространяется в иони-
зированной области, то под воздействием электрического поля E
этой волны электроны приходят в движение, т. е. создают пере-
менный ток. Плотность электронного тока можно определить из
уравнения:
,
)()( dt
dE
m
Ne
j
m
Ne
J
22
2
22
2
эл
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+
−
+
−=
γωω
γ
γω
А/м
2
, (3.4)
где e – заряд электрона, m – его масса,
γ
– частота столкновений
электронов с нейтральными молекулами.
Независимо от наличия свободных электронов под действи-
ем переменного электрического поля в воздухе всегда возникает
ток смещения:
,
dt
dE
J
0см
ε
=
А/м
2
, (3.5)
где
ε
0
– диэлектрическая проницаемость свободного пространства.
Направление электронного тока в каждый момент времени
противоположно направлению тока смещения. Если пренебречь
частотой столкновений электронов с нейтральными молекулами,
то суммарный ток, наведенный в ионосфере, можно определить
из выражения:
,
dt
dE
m
Ne
JJJ
2
2
0элсм
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−=+=
ω
ε
А/м
2
, (3.6)
Выражение в квадратных скобках представляет абсолютную
диэлектрическую проницаемость ионосферы
ε
аи
. Подставляя зна-
чения диэлектрической проницаемости свободного пространства,
массы и заряда электрона в формулу (3.6), с учетом
ω
= 2
π
f и
ε
аи
=
ε
и
ε
0
получим выражение для относительной диэлектриче-
ской проницаемости ионосферы:
24
.
2
и
f
N
8,801 −=
ε
(3.7)
Из формулы (3.7) видно, что относительная диэлектрическая
проницаемость ионосферы по абсолютному значению меньше
единицы и зависит от частоты. Кроме этого, она при определен-
ных значениях N и f может обращаться в нуль и даже принимать
отрицательные значения. Это происходит потому, что под дейст-
вием электрического поля волны при сложении тока смещения
и электронного тока (3.6) полу
чается суммарный эффективный
ток смещения, который определяется разностью этих токов.
Известно, что поле радиоволны в диэлектрике распространя-
ется с фазовой скоростью:
,
n
c
v
ф
= м/с, (3.8)
где c – скорость света,
εμ
=n – показатель преломления среды.
Поскольку в ионосфере относительная магнитная проницаемость
μ
= 1, то
,
и
n
ε
=
(3.9)
а фазовая скорость
и
ф
c
v
ε
=
. (3.10)
Так как
ε
и
< 1, то v
ф
> c, т. е. фазовая скорость в ионосфере пре-
вышает скорость света в свободном пространстве. Фазовая скорость
определяется скоростью перемещения фазы и может не совпадать
со скоростью движения энергии волны, которая всегда меньше ско-
рости света. Групповую скорость можно определить как скорость
перемещения группы волн. Если имеется амплитудно-
модулированный сигнал, то групповую скорость можно предста-
вить в качестве скорости перемещения огибающей высокочастот-
ного сигнала, которая совпадает со скорость
ю движения энергии
волны. Групповую скорость в ионосфере можно определить из вы-
ражения:
может возникнуть в любое время суток и года, но в средних ши-
ротах чаще всего он наблюдается днем в летние месяцы. N
ε и = 1 − 80 ,8 . (3.7)
f2
3.2. Распространение радиоволн в ионосфере
Из формулы (3.7) видно, что относительная диэлектрическая
Рассмотрим электрические параметры ионосферы. Если проницаемость ионосферы по абсолютному значению меньше
единицы и зависит от частоты. Кроме этого, она при определен-
электромагнитная волна на частоте ω распространяется в иони-
ных значениях N и f может обращаться в нуль и даже принимать
зированной области, то под воздействием электрического поля E
отрицательные значения. Это происходит потому, что под дейст-
этой волны электроны приходят в движение, т. е. создают пере-
вием электрического поля волны при сложении тока смещения
менный ток. Плотность электронного тока можно определить из
и электронного тока (3.6) получается суммарный эффективный
уравнения:
ток смещения, который определяется разностью этих токов.
⎡ Ne 2 Ne 2γ ⎤ dE Известно, что поле радиоволны в диэлектрике распространя-
J эл = ⎢− − j 2 ⎥
, А/м2, (3.4) ется с фазовой скоростью:
⎣ m (ω 2
+ γ 2
) ω m (ω 2
+ γ ) ⎦ dt
c
где e – заряд электрона, m – его масса, γ – частота столкновений vф = , м/с, (3.8)
n
электронов с нейтральными молекулами.
Независимо от наличия свободных электронов под действи- где c – скорость света, n = εμ – показатель преломления среды.
ем переменного электрического поля в воздухе всегда возникает Поскольку в ионосфере относительная магнитная проницаемость
ток смещения: μ = 1, то
dE
J см = ε 0 , А/м2, (3.5) n = εи , (3.9)
dt
а фазовая скорость
где ε0 – диэлектрическая проницаемость свободного пространства.
Направление электронного тока в каждый момент времени c
противоположно направлению тока смещения. Если пренебречь vф = . (3.10)
εи
частотой столкновений электронов с нейтральными молекулами,
то суммарный ток, наведенный в ионосфере, можно определить Так как εи < 1, то vф > c, т. е. фазовая скорость в ионосфере пре-
из выражения: вышает скорость света в свободном пространстве. Фазовая скорость
⎡ Ne 2 ⎤ dE определяется скоростью перемещения фазы и может не совпадать
J = J см + J эл = ⎢ε 0 − 2 ⎥
, А/м2, (3.6) со скоростью движения энергии волны, которая всегда меньше ско-
⎣ mω ⎦ dt рости света. Групповую скорость можно определить как скорость
Выражение в квадратных скобках представляет абсолютную перемещения группы волн. Если имеется амплитудно-
модулированный сигнал, то групповую скорость можно предста-
диэлектрическую проницаемость ионосферы εаи. Подставляя зна-
вить в качестве скорости перемещения огибающей высокочастот-
чения диэлектрической проницаемости свободного пространства,
ного сигнала, которая совпадает со скоростью движения энергии
массы и заряда электрона в формулу (3.6), с учетом ω = 2π f и
волны. Групповую скорость в ионосфере можно определить из вы-
εаи = εиε0 получим выражение для относительной диэлектриче- ражения:
ской проницаемости ионосферы:
23 24
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- …
- следующая ›
- последняя »
