Файл: Красюк Н.П. Электродинамика и распространение радиоволн учеб. пособие.pdf

к магнитному полю Земли линейно-поляризованная волна в общем случае распадается на две линейно-поляризованных волны: обык­ новенную (вектор Е совпадает с вектором Н) и необыкновенную (вектор Е перпендикулярен к вектору Н). Для обыкновенной вол­ ны диэлектрическая проницаемость среды и скорость распростра­ нения таковы, как если бы магнитного поля не было вовсе. Для необыкновенной волны диэлектрическая проницаемость меньше, а

фазовая скорость ѵ = ------— - больше, чем для обыкновенной вол-

I ен.необ

ны. В результате обыкновенная и необыкновенная волны отра­ жаются от ионосферы при разных значениях электронной концент­ рации. Высота точки отражения необыкновенной волны 1 ниже (рис. 14.14), чем обыкновенной волны 2, т. е. имеет место двойное лучепреломление. Кроме того, необыкновенная волна имеет про­ дольную составляющую электрического поля Е г, сдвинутую по фазе на 90° относительно поперечной составляющей Е х:

Анализ условий распространения радиоволн при учете столкно­ вения электронов с молекулами показывает, что необыкновенные волны испытывают большее поглощение, чем обыкновенные.

В о б щ е м с л у ч а е распространения волны при произвольном направлении магнитного поля линейно-поляризованная волна рас-

щепляется на необыкновенную и обыкновенную волны с эллипти­ ческой поляризацией. При этом большие оси их эллипсов повернуты относительно друг друга на 90°, а направления вращения резуль­ тирующих векторов противоположны. Обе волны распространяют­ ся с разными фазовыми скоростями и испытывают различное погло­ щение [6].

§ 14.7. М ЕТОДЫ ЭК СП ЕРИ М ЕН ТАЛ ЬН О ГО И ССЛ ЕД О ВАН И Я ИОНОСФ ЕРЫ

Вертикальное зондирование ионосферы с помощью ионосферных станций. Этот вид исследования ионосферы является одним из ос­ новных.

Автоматическая ионосферная станция представляет собой слож­ ное радиотехническое устройство и по принципу действия похожа на радиолокационную станцию. Она состоит из передатчика и при-

Рис. 14.14 . Рис. 14.15

емника, расположенных рядом. Передатчик вырабатывает короткие радиоимпульсы, которые с помощью специальных антенн излуча­ ются вертикально вверх. Достигнув ионизированной области,

чика с мощностью в импульсе в несколько десятков киловатт по­ даются в передающую антенну и излучаются вертикально вверх.

Отраженные от ионосферных областей сигналы принимаются приемным устройством Пр и поступают на индикатор И. На стан­ ции имеется два типа индикаторов: один из них является обычным осциллографом, на экране которого наблюдаются зондирующий и отраженные импульсы; второй индикатор предназначен для полу­ чения высотно-частотной характеристики, которая фотографирует­ ся. Автоматическая работа станции обеспечивается блоком автома­ тики БА.

На рис. 14.16 показан образец высотно-частотной характеристи­ ки. По оси абсцисс отложены частоты, на которых производится

418

зондирование ионосферы, а по оси ординат — так называемые дей­ ствующие высоты, на которых происходит отражение радиоволн от ионосферы.

При определении действующей высоты обычно предполагается, что радиовол­ ны проходят весь путь со скоростью света, т. е.

скоростью, меньшей скорости света. Это приводит к тому, что действительная высота отражения радиоволн от ионосферных областей оказывается меньше дей­ ствующей высоты, определяемой по формуле (14.51).

Определим соотношение между действующей и действительной высотами. На рис. 14.17 обозначены:

Практическая ценность результатов работы ионосферных стан­ ций заключается в получении оперативной информации о состоянии ионосферы. Эти данные используются, например, на коротковолно­

вых линиях связи для повышения эффективности их работы. Дан­ ные ионосферных станций в совокупности с результатами наблю­ дений за другими геофизическими явлениями дают возможность составлять прогнозы состояния ионосферы на несколько дней, ме­

сяцев и даже лет.

При помощи наземных ионосферных станций исследование ионосферы можно производить до ограниченных высот, а точнее до высоты, соответствующей максимуму электронной концентрации са­

мой высокой области Р 2.

В последнее время появились сообщения об исследовании ионо­ сферы с помощью специальных ионосферных станций, установлен­

сотно-частотной характеристики, полученной с ионосферной стан­ ции, установленной на канадском спутнике «Алует», который дви­ гался почти по круговой орбите на высоте 1000 км. Отсчет высот производился от спутника. На рис. 14.18 пунктирная кривая соот­ ветствует действительным высотам отражения радиоволн от ионо­ сферы. Она получена расчетным путем по экспериментальной вы­ сотно-частотной характеристике (сплошная линия) с учетом груп­ повой скорости распространения радиоволн в ионосфере.

Возвратно-наклонное зондирование ионосферы. Метод возврат­ но-наклонного зондирования (ВНЗ) основан на эффекте Кабанова [53], который можно сформулировать следующим образом. Радио­ волны, отраженные от ионосферы, при падении на Землю частично рассеиваются ее поверхностью. При этом некоторая доля рассеян­ ной энергии возвращается к источнику излучения (рис. 14.19).

Величина рассеянного поля определяется свойствами земной по­ верхности. Она больше на поверхности с резко выраженной элект­ рической неоднородностью, например у берега моря, а также в местах, где имеются резкие изменения рельефа местности.

Кроме земной поверхности,, рассеяние радиоволн происходит также в области Е, которая дважды пересекается волной. Однако, как показали измерения, рассеяние от области Е много меньше рассеяния от земной поверхности.

420

В результате образуется зона молчания, т. е. поверхность, на ко­ торую не приходят сигналы, отраженные от ионосферы. Лучи,

имеющие угол больше критического, создают освещенную зону (зо­ ну приема).

Передняя граница рассеянного сигнала соответствует началу освещенной зоны. Зная время запаздывания рассеянного сигнала,

производят зондирование ионосферы на нескольких частотах, а за­ тем последовательно группируют осциллограммы рассеянных сиг­ налов. На рис. 14.21 приведен образец дистанционно-частотной характеристики (сплошная линия), полученной при возвратно­ наклонном зондировании ионосферы на. шести частотах [53]. Зачер­ ненными участками показаны изображения отраженных сигналов на осциллограмме.

421