67. Влияние магнитного поля Земли на распространение радиоволн в ионосфере

Ионосфера находится в постоянном магнитном поле Земли, напряженность которого в среднем составляет 40 А/м. Постоянное магнитное поле изменяет условия движения электронов ионосферы. Это приводит к изменению электрических параметров ионосферы. Ионосфера под действием магнитного поля Земли приобретает анизотропные свойства. Наиболее практически важные случаи могут быть сведены к двум частным случаям: распространение радиоволны в направлении магнитного поля Земли; распространение радиоволны поперечно магнитному полю Земли.

Для анализа процессов, происходящих при распространении радиоволны в направлении магнитного поля Земли, удобно линейно поляризованную волну представить в виде двух волн круговой поляризации с противоположным направлением вращения векторов :

Влияние магнитного поля Земли на радиоволны

Под влиянием анизотропных свойств ионосферы составляющие поля и будут распространяться с различными фазовыми скоростями и испытывать неодинаковое затухание. В итоге на некотором расстоянии векторы и будут иметь различные амплитуды и фазы.

Результирующий вектор напряженности электрического поля окажется наклоненным к оси на некоторый угол . Таким образом, при распространении радиоволны в направлении постоянного магнитного поля Земли происходит поворот плоскости поляризации. Результирующее поле в общем случае будет эллиптически поляризованным.

При распространении радиоволны поперечно магнитному полю Земли вектор напряженности электрического поля можно разложить на две составляющие, одна из которых совпадает с направлением магнитного поля Земли, а вторая — перпендикулярна ему:

Обыкновенная и необыкновенная волны

На составляющую поля магнитное поле Земли влияния не оказывает, и волна с такой ориентацией вектора напряженности электрического поля распространяется как в ионосфере без постоянного магнитного поля. Такую волну называют обыкновенной.

На волну с ориентацией вектора напряженности электрического поля магнитное поле Земли оказывает существенное влияние. Для такой волны диэлектрическая проницаемость ионосферы меньше, а фазовая скорость больше, чем для обыкновенной волны. Такую волну называют необыкновенной. В результате обыкновенная волна и необыкновенная волна (волна с ориентацией вектора перпендикулярно вектору ) отражаются от областей ионосферы с неодинаковыми значениями электронной концентрации. Высота точки отражения обыкновенной волны выше, чем необыкновенной (см. рисунок).

Таким образом, при распространении радиоволны в ионосфере поперечно магнитному полю Земли происходит двойное лучепреломление, расщепление волны на два луча, которые после отражения приходят в различные точки земной поверхности.

68. Тропосфера, индекс преломления

Выше уже говорилось о тропосфере, как о нижней области атмосферы, вмещающей около 80% всей массы воздуха. Температура воздуха, который нагревается земной поверхностью, падает с высотой и стабилизируется там, где принято различать верхнюю границу тропосферы. Это 10-12 км в умеренных широтах, в полярных широтах она падает, а в экваториальных — увеличивается. Диэлектрическая проницаемость увлажненного воздуха тропосферы весьма близка к единице. У земной поверхности в среднем , а с высотой коэффициент преломления в нормальных условиях все более приближается к единице, уменьшаясь вместе с плотностью воздуха. Это показано на рисунке, где представлена зависимость индекса преломления от высоты.

Вертикальный профиль индекса преломления

Изменения влажности, а также температурного режима приводят к изменения профиля индекса преломления. При специфических распределениях температуры и влажности возможно и нарастание с высотой.