Распространение радиоволн в направлении постоянного магнитного поля Земли.

В этом случае

Рис. 2.9

Это приводит к тому, что

Тогда уравнения и оказываются не связанными с другими уравнениями, то есть система и распадется на 2 системы

1) , ; , , , .

Это значит, что нет составляющих и вдоль оси (это следует из и , данные уравнения будут равны 0 только тогда, когда и =0). Это ясно и физически. – направлено вдоль оси , следовательно вращение электронов идет в плоскости хоу, то есть имеют место , ,

следовательно .

Таким образом остается система из 4-х уравнений, связывающая только поперечные составляющие.

Найдем диэлектрическую проницаемость для обыкновенной и необыкновенной волны.

Так как , то q =0.

(обыкновенная волна

(не обыкновенная волна

Изобразим частотные зависимости и .

Различают две области частот, где поведение и резко отличаются.

1) 1-й случай – высокие частоты .

Из (2.49) видно, что данное значение не может превышать 2 так как .

Рис. 2.10

Из полученных зависимостей следует, что обыкновенная волна может распространятся в ионизированном газе с большей электронной концентрацией, чем необыкновенная или волна в отсутствии магнитного поля.

2) 2-й случай – высокие частоты .

Рис. 2.11

Из графиков видно, что положительна при любых отношениях . Это значит, что при любой концентрации газа в нем могут распространятся очень низкие частоты на неосновной волне (необыкновенной).

В это же время волна основная (обыкновенная) может распространятся, когда , то есть в этом случае положительно.

– собственная (плазменная) частота ионизированного газа.

В природе наблюдается явление распространения сверхдлинных волн (СДВ) через ионосферу (например, грозовой разряд) . Основная своеобразная помеха “свистящий атмосферик”. Он воспринимается на слух как сигнал частота которого меняется во времени (за 0,5 – 1 сек) от 400 Гц до 8 кГц. Источником “свистящего атмосферика” является грозовой разряд.

Волна распределяется вдоль магнитных силовых линий, пронизывает всю толщу ионосферы и (так как ,то не обращается в нуль) и может быть принята на Земле на другом конце магнитной силовой линии. Далее этот сигнал может отразится от Земли и возвращается обратно и приходит в точку грозового разряда с запаздыванием на сек. следовательно сигнал проходит большой путь, удаляясь от Земли на 10000 – 15000 км.

Это явление позволяет получить сведения для изучения состояния магнитного поля Земли и плотности среды на большом расстоянии от ее поверхности.

Рассмотрим, что представляет собой обыкновенная и необыкновенная волна в данном случае.

Так как q =0 (), то:

для обыкновенной волны имеем

для необыкновенной волны .

Пусть

Мгновенные значения

Положим , то есть вектор обыкновенной волны вращается против часовой стрелки (если смотреть вдоль положительной оси или что то же самое вдоль ).

Необыкновенная волна же вращается по часовой стрелке.

Таким образом имеем две волны, распространяющиеся вдоль оси причем одна правовращающаяся, а вторая левовращающаяся.

Но данные волны распространяются с различными фазовыми скоростями. Если бы скорости их были одинаковые и амплитуды одинаковые, то сложив две эти волны мы получили бы одну линейно-поляризованную волну (так как известно, что любую линейно-поляризованную волну можно разложить на две круговые с разными направлениями вращения, амплитуды которых в 2 раза меньше первоначальной волны). При этом плоскость поляризации остается неизменной.

Рис. 2.12

Что же будет, когда фазовые скорости разные?

Обыкновенная волна на прохождение расстояния затрачивает время:

где , следовательно , – скорость света.

Необыкновенная волна:

, , следовательно .

Сложив эти две волны, получим линейно-поляризованную волну, но плоскость поляризации которой уже не будет совпадать с первоначальной, то есть наблюдается поворот плоскости поляризации:

- угол поворота плоскости поляризации.

Рис. 2.13

Если получается поворот в сторону – правовращения.

Если получается поворот в сторону – левовращения.

То есть поворот происходит в сторону более быстрой волны (с меньшим ).

Действительно, положим, что при плоскость поляризации находится в вертикальной плоскости и пусть , то есть .

.

В момент обыкновенная волна будет параллельна оси ох, а необыкновенная волна повернется на угол . Следовательно плоскость поляризации повернется на угол . Поворот происходит в сторону более быстрой волны. Таким образом при прохождении волны через ионосферу с продольным магнитным полем происходит поворот плоскости поляризации.

Это явление в первые наблюдал Фарадей в оптике. Поэтому данное явление называется эффектом Фарадея.

Это явление может быть использовано при определении концентрации электронов в ионосферном газе (с помощью радиоинтерферометра).

До настоящего времени мы рассматривали идеализированный ионизированный газ (соударениями в ионосфере пренебрегали). Если учтем соударения, то это приведет к поглощению радиоволн (обыкновенных и необыкновенных).

В этом случае обыкновенные и необыкновенные волны будут поглощаться по-разному, следовательно амплитуды, будут разные. Это приводит к появлению эллиптической поляризации суммарного поля, но все равно большая ось эллипса будет поворачиваться, а эллипс по мере распространения волны будет расширяться и в пределе может перейти в круг, то есть получается круговая поляризация (одна из волн пропадает).

В условиях ионосферы больше поглощается необыкновенная волна. Поэтому на Земле надо ставить антенну, которая принимает обыкновенную волну.

Дата добавления: 2015-08-17