6. Общие свойства радиоволн

Радиоволнам присущи:

а) дифракция – способность радиоволн огибать препятствия, расположенные на

пути их распространения;

б) интерференция – суммирование радиоволн с учетом фазовых соотношений;

в) преломление и отражение – процессы, которые происходят на границе раздела

двух сред с различными параметрами;

г) рефракция – искривление луча при переходе через среду с плавно

изменяющимися параметрами.

Радиоволны могут распространяться (рисунок 2.1):

• только поверхностным лучом, огибая поверхность Земли за счет дифракции;

• только пространственным (ионосферным) лучом, однократно или многократно отражаясь от слоев атмосферы;

• путем взаимодействия поверхностного и пространственного лучей.

Каким из этих трех способов радиоволна попадет в приемную антенну зависит от ее длины, свойств земной поверхности и атмосферы.

7. Влияние атмосферы на распространение радиоволн

Атмосфера имеет слоистое строение, показанное на рисунке 2.2.

До высоты 16-18 км над экватором и 8-10 км над полюсами Земли воздух наиболее плотен, здесь сосредоточено 4/5 всей его массы.

Этот слой называется тропосферой (от греч. tropos – поворот, изменение и sphaira – шар). В его состав входят: азот – 78.08%, кислород – 20.95%, аргон – 0.93%, углекислый газ – 0.03%, а также – водород, гелий, ксенон, неон, криптон, радон, иод, озон, метан и др.

В приземных слоях тропосферы присутствуют пыль и различные коллоидные частицы, над океанами и морями – соли от испарений.

Над тропосферой находится тропопауза. Для атмосферных пауз характерно отсутствие зависимости температуры от высоты.

Выше до высоты 50 км над полюсами и 55 км над экватором расположена стратосфера (от лат. stratum – слой), над которой расположена стратопауза.

Затем до высоты 55 км над полюсами и 80 км над экватором расположены мезосфера (от греч. mesos – средний, промежуточный) и мезопауза.

Далее до высоты 800 км расположена термосфера (от гречю therme – тепло, жар), а выше 800 км находится экзосфера (от греч. exo – вне, снаружи).

В термосфере атомы лишаются своих электронных оболочек и превращаются в ионы, которые скапливаются в ионные слои: D (высота 80-90 км), E (100-140 км), F₁ (180-240 км) и F₂ (240-400 км). Эти ионные слои образуют ионосферу.

Исследования ионосферы путем запуска геофизических ракет и спутников позволили получить данные об изминении ее электронной плотности (рисунок 2.3). На этом рисунке высота (h) и электронная плотность (N) отложены в логарифмическом масштабе.

Ионосфера расположена над землей неравномерно, в высоких широтах электронная концентрация ниже.

Электронная плотность слоев меняется в зависимости от времени суток и года.

Область F₁ существует лишь в летние месяцы. В ночные часы области D и F₁ исчезают, а электронная концентрация слоев E и F₂ снижается.

На рисунке 2.4 показано изменение электронной плотности ионосферных слоев в течении суток.

Электронная плотность ионосферных слоев, особенно слоя F₂, меняется от года к году в соответствии с циклами солнечной активности, чей период составляет около 11 лет.

В ионосфере временами на высоте 90-110 км появляется так называемый нерегулярный, спорадический слой E_С, который обычно существует от несколькихминут до нескольких часов.

Радиоволны, распространяющиеся в ионосферной среде, приводят свободные электроны в колебательное движение. Сталкиваясь с тяжелыми частицами (ионами и нейтральными молекулами), электроны передают им энергию, полученную от радиоволн.

Таким образом, процесс распространения радиоволн в ионосфере происходит с поглащением энергии. С ростом частоты радиосигнала коэффициент поглащения энергии радиоволны ионосферой ( ) уменьшается

где N – электронная концентрация ионосферного слоя, см^-3;  - число столкновений, f – частота радиосигнала, кГц.

Кроме поглащения энергии, радиоволны, проходя через ионосферу, испытывают преломление и отражение.