Распространение радиоволн в пространстве

Над поверхностью Земли, на высоте 60 ÷ 2000 км, атмосфера находится в особом состоянии. А именно. Газы на такой высоте под действием ионизирующего излучения переходят в состояние, которое и называют – ионизирующим.

Слой этот называют ионосферой. Ионосфера может поглощать радиоволны, может отражать и может пропускать их беспрепятственно.

Этот слой называют слоем Хевисайда – по имени английского физика О. Хевисайда описавшего (предположившего) эти способности ионосферы.

Основные источники ионизации – ультрафиолетовые лучи Солнца и солнечная радиация. На ионосферу так же оказывает влияние излучение удаленных звезд (0,1 %). Ионизирует атмосферу Земли и космическая пыль. К этому добавьте мощные потоки солнечной активности и метеоритные потоки (нерегулярные источники ионизации).

Английский ученый Эдуард В. Эплтон доказал различие в ночных и дневных сеансов радиосвязи: днем радиоприемник принимает только волны, распространяющиеся вдоль земной поверхности, а ночью добавляются волны, отраженные от ионосферы. Он так же обосновал неоднородность ионосферы.

Четыре слоя ионосферы (рисунок 6):

1. Слой D – высота 60 ÷ 80 км, существует только в дневные часы, а ночью под действием ионной рекомбинации этот слой исчезает.

2. Слой Е – 100 ÷ 150 км имеет низкую концентрацию ионов и ночью тоже исчезает.

3. Слой F – распадается на два слоя (F₁ и F₂), характерен наибольшей ионной концентрацией и располагается на высоте 300 ÷ 450 км (летнее время) и 250 ÷ 350 км (зимнее время). Основное влияние на распространение радиоволн оказывает слой F₂.

Слой F – назван слоем Эплтона.

Эдуард В. Эплтон – лауреат Нобелевской премии по физике 1947 года «за исследования физики верхних слоёв атмосферы, в особенности за открытие так называемого слоя Эплтона»

Рисунок 6. Распределение слоев в зависимости от концентрации заряженных частиц и частоты

Радиоволны имеют интересную особенность – в неоднородных средах они распространяются не прямолинейно, и несколько изгибаются. Чем больше неоднородность, тем больше их изгибание.

В результате электромагнитная волна, постоянно преломляясь в ионосфере, может занять положение параллельное земной поверхности и даже вернуться на Землю. Если отражающая способность ионосферы недостаточное, то радиоволна уходит в космическое пространство.

Рисунок 7. Распространение коротких и ультракоротких волн

Чем выше частота волны, тем труднее ионосфере отражать волну.

Свойство электромагнитной волны изгибаться под действием неоднородности, называется рефракцией. Рефракция – преломление возникающее на границе раздела двух прозрачных для этих волн сред или в толще среды с непрерывно изменяющимися свойствами.

Дифракцией называется способность волны огибать препятствия. Дифракция волн (лат. diffractus – буквально разломанный, переломанный, огибание препятствия волнами) – явление, которое проявляет себя как отклонение от законов геометрической оптики при распространении волн. Она представляет собой универсальное волновое явление и характеризуется одними и теми же законами при наблюдении волновых полей разной природы.

Электромагнитная волна, имеющая свойства огибать земную поверхность называется поверхностной волной, отражающие от ионосферы волны – объемной волной.

Возникают условия, когда поверхностная волна уже затухла, а объемная волна перепрыгивает определенная зону. Такая зона называется – зоной молчания или зона тени.

Сложение в противофазе в одной точке нескольких объемных лучей называется интерференцией. Интерференция волн – взаимное увеличение или уменьшение результирующей амплитуды двух или нескольких когерентных (находящихся в связи) волн, одновременно распространяющихся в пространстве. Сопровождается чередованием максимумов и минимумов (пучностей) интенсивности в пространстве. Результат интерференции (интерференционная картина) зависит от разности фаз накладывающихся волн.

Такая ситуация носит так же названия «замирание станции».

Дата добавления: 2014-01-03