ЭД / Новая папка (2) / DOC / ЛК 11_ТЭД_и_РРВ_ч_2

ЭД и РРВ (ЛК 11)

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ИОНОСФЕРЫ

• диэлектрическая проницаемость и проводимость ионосферы;

• коэффициент распространения и затухания в ионосфере;

• фазовая и групповая скорость электромагнитных волн в ионосфере;

• влияние постоянного магнитного поля на электрические параметры

ионизированного газа.

Диэлектрическая проницаемость и проводимость ионосферы

Электрические параметры ионосферы определяются присутстви­ем электронов и ионов. Число электронов, содержащихся в единице объема воздуха, называется электронной плотностью и обозначается .

Для того чтобы произошла ионизация газа, должна быть произведена не­которая работа, называемая работой ионизации.

Основные источники, дающие энергию для ионизации атмосферы ― Солнце, звезды, а также метеоры, вторгающиеся в земную атмосферу со скоростями 11 ― 73 км/с.

Наличие в верхних слоях атмосферы свободных электронов и ионов определяет электрические параметры ионизированного газа и , а следо­вательно, его проводящие и преломляющие свойства.

Диэлектрическая проницаемость и проводимость ионосферы

Относительная диэлектрическая проницаемость ионизированного га­за является комплексной величиной:

,

где ― заряд электрона [Кл]; ― число электронов в единице объема газа; где ― масса электрона [кг]; ― число соударений одного электрона с тяжелыми частицами (молекулами, ионами), происходящих за 1 с [1/с]; ― круговая частота.

Учитывая, что , найдем выражения для параметров ионизированного газа:

, .

Диэлектрическая проницаемость и проводимость ионосферы

Подставив числовые значения , , , получим

, .

В данных выражениях следует подставлять в эл/см³.

Для высоких частот, когда можно пренебречь величиной по сравнению с . Тогда можем записать

, .

Круговая частота , при которой выполняется условие ,

или ,

называется собственной частотой ионизированного газа или частотой Ленгмюра («полезная» частота).

Коэффициент распространения и затухания в ионосфере

Коэффициент распространения электромагнитной волны в ионизированном газе определяется согласно выражению , где ― коэффициент затухания, ― коэффициент фазы.

Для низких частот ()

, [1/м].

Для высоких частот ()

, [1/м].

.

Фазовая и групповая скорость электромагнитных волн в ионосфере

Фазовая и групповая скорости распространения радиоволн в ионизиро­ванном газе записываются в следующем виде:

, [м/с]; . [м/с]

В данных выражениях ― скорость света в вакууме.

Влияние постоянного магнитного поля на электрические параметры

ионизированного газа

Ионизированный газ ионосферы находится в постоянном маг­нитном поле Земли, напряженность которого составляет = 40 А/м. Присутствие постоянного магнитного поля изменяет условия движения электронов, в результате изменяются и электрические параметры ионизированного газа.

Влияние постоянного магнитного поля на электрические параметры

ионизированного газа

Рассмотрим прежде всего, как влияет магнитное поле на движение элек­трона в том случае, когда электромагнитные колебания отсутствуют и электрон совершает только тепловое движение. В постоянном магнитном поле на элек­трон действует сила

нормальная к направлению его первона­чального движения, поэтому траектория движения электрона искривляется. Направление вращения совпадает с движением часовой стрелки, если смотреть вдоль силовых линий магнитного поля. Время обращения электрона по окружности , а частота вращения . Явление вращения электрона в постоянном магнитном поле на­зывается гиромагнитным резонансом, а частота ― частотой гиромагнит­ного резонанса (гирочастота = 1,4 МГц).

Влияние постоянного магнитного поля на электрические параметры

ионизированного газа

Влияние постоянного магнитного поля на параметры ионизированного газа сказывается особенно сильно, если рабочая частота близка к гирочастоте. Для ионосферы это соответствует диапазону гектометровых волн.