Линии равных фазовых постоянных

Типичные значения частот:

Нетрудно увидеть, что плазменная частота может быть как выше рабочей, так и ниже. Таким образом, для записанных частот плазма может быть как проводником, так и диэлектриком.

Для расчета частоты соударений существует формула:

где	– среднее значение скорости движения электронов (скорости электронов распределяются по закону Максвелла); pi – плотность i-того сорта частиц; Qi – эффективное сечение соударений i-той частицы.

Подводя итог разговору о взаимодействии ЭМ волны с плазмой, необходимо оценить ее прохождение через слой плазмы толщиной d, т.е. найти некоторый коэффициент прохождения. Предположим, что ЭМ волна с известной рабочей частотой падает нормально на этот слой, для которого мы знаем частоту соударений и плазменную частоту. Самая простая ситуация будет тогда, когда слой плазмы однородный (т.е. в любой точке слоя характеристики плазмы однородны).

Тогда полное затухание можно описать формулой:

где	r – коэффициент отражения Френеля (в общем случае зависит от угла падения, который в данном случае составляет 90 градусов, и диэлектрической проницаемости двух сред, от которых происходит отражение; – постоянная затухания; d – толщина слоя плазмы.

В этой формуле первое слагаемое – – характеризует потери на зеркальное отражение от I границы раздела. При этом считаем, что плазма – полубесконечная среда, для которой вторую границу раздела не учитываем, поскольку отражение уже уменьшившейся мощности (за счет отражения от I границы и затухания в слое) будет незначительным настолько, что можно не принимать его во внимание. Второе слагаемое ( ) определяет потери на поглощение.

Говоря об отражении, нужно понимать, что оно появляется из-за различных волновых сопротивлений.

Зависимость полного затухания от высоты траектории полета

0<A<10	область уверенного приема
10<A<20	область приема (ослабление в 100 раз)
20<A<30	область неуверенного приема (ослабление в 1000 раз)
A>30	нет приема

Шумовое излучение плазмы

Плазма излучает в очень широком спектре в диапазоне СВЧ. Спектр этого излучения – сплошной (непрерывный). Излучение плазмы мы называем шумовым, потому что оно имеет, во-первых, широкий спектр, во-вторых, имеют место случайные законы изменения частоты и амплитуды. Излучение нам дает соударение электронов.

Если отвлечься от рассмотрения физики плазмы, то в оптике излучение (излучательная способность) описывается законом Планка или, в более частном случае, законом Рэлея-Джинса. Распространим этот закон и на плазму.

Закон Рэлея-Джинса определяет мощность излучения с единичной поверхности F в единичный телесный угол на единичной частоте:

где	– частота, на которой оцениваем мощность; Т – температура плазмы; с – скорость света; – единичный телесный угол.

Закон Рэлея-Джинса – это частный вид закона Планка для СВЧ.

Для реальных тел (и для плазмы) нужно учитывать степень черноты – отличие излучательной способности плазмы от абсолютно черного тела.

Излучательную способность можем учесть введя постоянную затухания в плазме (А). Если говорим, что шум плазмы принимается бортовой антенной, а антенна работает на приемник, то тогда мощность шумов плазмы, принятая антенной и воспринятая приемником, может быть оценена следующим образом:

где	– линейная полоса пропускания.

Принято говорить, что, определяя мощность шумов, мы считаем плазму равновесной по температуре частиц плазмы. Говоря о равновесности, предполагаем, что температура частиц одинакова, а значит можем использовать температуру электронов в формуле для мощности:

При использовании этой формулы возникают трудности при определении затухания в плазме и температуры электронов. Не всегда затухание можно рассчитать несмотря на всю простоту предыдущих формул для расчета. Поэтому и формула выше, несмотря на использование только трех множителей, оказывается весьма сложной и часто не находит применения.

Расчеты показали, что шумовая температура плазмы может достигать тысячи градусов, однако нас интересует не сама она, а то, какая мощность будет создаваться при этой температуре. Эта мощность может быть соизмерима с мощностью принимаемого сигнала и даже превышать его. Это означает, что можем потерять полезный сигнал на фоне шумов плазмы.

Измерить мощность шумов (шумового сигнала) можно радиометром.