Тема 2. Понятие и классификация радиоволн.

В середине 19 века английский физик Джеймс Максвелл доказал, что любой проводник, по которому течет переменный ток, излучает в пространство электромагнитные волны. Скорость распространения этих волн равна скорости света. Максвелл сделал вывод о том, что электромагнитные волны и свет имеют одну природу.

Ученый – физик Генрих Герц создал первый генератор электромагнитных волн. Изобретатель радио российский ученый

А.С. Попов впервые 7 мая 1895 года применил электромагнитные волны для передачи информации.

Радиоволнами обычно называют электромагнитные волны в диапазоне от 100000 м до 0,1 мм. Соотношение между частотой радиоволн и их длиной определяется уравнением.

В этом выражении L – длина волны в метрах, f – частота в герцах.

По всем стандартам для высоких частот введены единицы:

1 Кгц = 10³ гц, 1Мгц = 10⁶ гц, 1Ггц = 10⁹ гц, 1Тгц = 10¹² гц.

Не следует смешивать 1Мгц и 1мгц = 10^-3 гц (миллигерц).

Радиоволны принято разделять по способу распространения в свободном пространстве и вокруг земного шара. Волны, распространяющиеся в космическом пространстве от одного космического объекта к другому, называют прямыми или свободными.

Радиоволны, распространяющиеся вдоль поверхности Земли, называются земными.

Диапазоны радиоволн, применяемые на практике, приведены в таблице 1

Таблица 1

Тема 3. Атмосфера и ионосфера Земли. Атмосферу Земли можно делить на области или сферы по резным признакам: температуре, составу или доминирующим физическим процессам.

Наиболее распространено деление атмосферы по температурному признаку. Рассмотрим рис.2

Рис. 2

Предположим, что время года – лето, и температура воздуха 27 градусов по Цельсию. Это будет 300 градусов по Кельвину. Поднимаясь вверх, мы обнаружим, что температура резко падает. Данная область атмосферы называется тропосферой. Верхняя граница тропосферы лежит там, где заканчивается падение температуры. Выше располагается стратосфера, где градиент температуры положителен. Граница между тропосферой и стратосферой называется тропопаузой, и она находится на высотах 12 – 13 км.

Выше до высоты около 50 км температура повышается до 270 – 280 К и снова начинает падать до высот 85 – 90 км. Эта область называется мезосферой.

На большей высоте в области термосферы температура непрерывно возрастает и на высоте 150 км может достигать 500 К в зависимости от времени суток. На высотах выше 250 км рост температуры прекращается, и это будет область изотермии.

Если рассмотреть деление атмосферы по виду доминирующих процессов, то до высот 105 – 110 км все движения в атмосфере происходят, как движения атмосферного газа в целом. Такой процесс называется турбулентной диффузией.

Область атмосферы от поверхности Земли и до 105 – 110 км называется гомосферой, то есть областью постоянного состава.

Земная атмосфера на больших высотах (50 км и выше) состоит в основном из азота и молекулярного кислорода.

Плотность атмосферы с высотой быстро падает, например, на высоте 100 км она составляет одну миллионную долю от плотности на уровне моря.

В тоже время на атмосферу Земли поступает излучение Солнца и космическое излучение. Излучение Солнца имеет сложную структуру. Основным видом является электромагнитное излучение от ультрафиолетового до радиоизлучения. Второй вид излучения - это мощные потоки заряженных тяжелых частиц.

Все виды излучения взаимодействуют с частицами газов атмосферы, которые могут ионизироваться, то есть распадаться на ионы кислорода и азота с большой массой и легкие электроны. Одновременно с процессом ионизации в атмосфере происходит и рекомбинация, то есть превращение зараженных ионов в нейтральные атомы.

С увеличением высоты ионизация нейтральных частиц превышает рекомбинацию и образуется слой заряженных частиц, который называется

ионосферой. Основной характеристикой ионосферы является электронная концентрация.

Наблюдения за состоянием ионосферы показывают, что в ней возникают несколько ионизированных областей плавно переходящих одна в другую. Зависимость электронной концентрации N для дня и ночи показана на рис.3

Рис.3

Как следует из рисунка, в дневные часы возникают четыре максимума ионизации, получившие названия области D (60 – 80 км), области E (100 - 120 км), области F₁ (180 – 200 км) и области F₂ (250 – 450 км).

После заката Солнца, когда уменьшается образование новых электронов, начинается процесс рекомбинации, который протекает особенно бурно в плотных слоях атмосферы. Этим объясняется почти мгновенное исчезновение слоя D, которого нет на ночной кривой. Исчезает, но по другим причинам и слой F₁. В ночные часы ионосфера состоит только из двух ионизированных областей: слоя E и слоя F₂, который в ночные часы называют символом F.

Области D,E,F₁ достаточно устойчиво располагаются на высотах 60 – 200 км, причем электронная концентрация в них однозначно определяется высотой солнца, достигая максимума в полуденные часы, высота слоя F₂ довольно сильно меняется от дня к ночи.

Появление нескольких максимумов в ионосфере объясняется неоднородностями ионосферы и большим количеством разнородных видов излучений Солнца.

Дата добавления: 2015-09-05