Іоносфера і поширення радіохвиль
Химия

Іоносфера і поширення радіохвиль


Іоносфера і поширення радіохвиль

Завантажити реферат: Іоносфера та поширення радіохвиль

У попередній статті («Радіо», 1991, N10, с. 14) ми розповіли про те, що впевнений прийом далеких мовних станцій залежить як від пори року, так і від сонячної активності. Справа в тому, що сонячна активність суттєво впливає на стан іоносфери – оболонки Землі, що складається з розрядженого та іонізованого газу. Ця оболонка простягається на 1000 і більше кілометрів від Землі, але для коротких хвиль істотною є та її щастя, що розташована висоті від 50 до 400 км.

Радіохвилі КВ радіостанція так само, як і світло, поширюються прямолінійно. Але вони можуть долати багато тисяч кілометрів, огинаючи земну кулю величезними стрибками від декількох сотень до 3000 км і більше, відбиваючись поперемінно від шару іонізованого газу і від поверхні Землі або від води.

Ще в 20-х роках нашого століття вважалося, що радіохвилі коротші 200 м взагалі не придатні для телекомунікації через сильне поглинання. І, ось коли були проведені перші експерименти з далекого прийому коротких хвиль через Атлантику між Європою та Америкою, англійський фізик Олівер Хевісайд та американський інженер-електрик Артур Кеннелі незалежно один від одного припустили, що десь навколо Землі існує іонізований шар атмосфери, здатний відображати радіохвилі. Цей шар отримав назву Хевісайда-Кеннелі, мул іоносфери.

За сучасними уявленнями іоносфера складається з заперечно заряджених вільних електронів і позитивно заряджених іонів, в основному молекулярного кисню O+ та окису азоту NO+. Іони та електрони утворюються в результаті іонізації, яка полягає у відриві електрона від нейтральної молекули газу. А для того, щоб відірвати електрон, необхідно витратити деяку енергію — енергію іонізації, основним джерелом якої для іоносфери є Сонце, точніше ультрафіолетове, рентгенівське і корпускулярне випромінювання.

Поки газова оболонка Землі освітлена Сонцем, у ній безперервно утворюються нові й нові електрони, але водночас частина електронів, зіштовхуючись з іонами, знову утворює нейтральні частки — атоми і молекули. Після заходу Сонця освіту нових електронів майже припиняється і кількість вільних електронів починає зменшуватися. Взагалі, що більше вільних електронів в іоносфері, то краще від неї відбиваються хвилі високої частоти. А якщо електронів моло, то дальнє проходження спостерігається лише на низькочастотних КВ діапазонах. Ось чому вночі, як правило, можливий прийом далеких станцій лише в діапазонах 75, 49, 41 та 31 м.

Електрони розподілені у іоносфері нерівномірно. На висоті від 50 до 400 км є кілька шарів чи областей підвищеної концентрації електронів. Ці області плавно переходять одна в іншу і по-різному впливають на поширення радіохвиль КВ діапазону.

Найвища область, до речі, найщільніша, отримала назву області F. Вона розрахована на висоті понад 150 км над поверхнею Землі і відіграє основну відбивну роль при далекому поширенні радіохвиль високочастотних КВ діапазонів. Іноді в літні місяці область F розпадається на два шари – F1 та F2. Шар F1 може займати висоти від 200 до 250 км, а шар F2 як би плаває в інтервалі висот 300 … 400 км. Зазвичай шар F2 іонізований значно сильніше за шар F1. Вночі шар F1 зникає, а шар F2 залишається, повільно втрачаючи до 60% своєї іонізації.

Нижче області F на висотах від 90 до 150 км розташована область E, іонізація якої відбувається під впливом м’якого рентгенівського випромінювання Сонця. Зазвичай ступінь іонізації області E нижче, ніж області F. Проте вдень прийом станцій низькочастотних КВ діапазонів 31 і 25 м відбувається при відображенні сигналів від області E. Зазвичай це станції, розташовані на відстані 1000…1500 км. Вночі в області E іонізація різко зменшується, але і в цей час вона продовжує відігравати помітну роль у прийомі сигналів станцій діапазонів 41, 49 та 75 м.

Великий інтерес для прийому сигналу високочастотних КВ діапазонів 16, 13 і 11 м представляють утворюються в області E прошарки (точніше хмари) сильно підвищеної іонізації. Площа цих хмар може змінюватися від одиниць до сотень квадратних кілометрів. Цей шар підвищеної іонізації отримав назву – спорадичний шар E та позначається Es. Хмари Es можуть переміщатися в іоносфері під впливом вітру та досягати швидкості до 250 км/год. Влітку в середніх широтах вдень походження радіохвиль за рахунок хмар Es протягом місяця буває 15…20 днів. У районі екватора він є майже завжди, а у високих широтах зазвичай з’являється вночі. У роки низької сонячної активності, коли немає проходження на високочастотних КВ діапазонах, іноді, як подарунок, на діапазонах 16, 13 і 11 м з гарною гучністю раптом з’являються дальні станції, сигнали яких багаторазово відбилися від Es.

Найнижча область іоносфери – область D розташована на висотах між 50 та 90 км. Тут порівняно мало вільних електронів. Від області D добре відбиваються довгі і середні хвилі, тоді як сигнали станцій низькочастотний КВ діапазонів сильно поглинаються. Це вдень, а після заходу Сонця іонізація дуже швидко зникає і з’являється можливість приймати дальні станції в діапазонах 41, 49 та 75 м, сигнали яких відбиваються від шарів F2 та E.

З викладеного вище стала зрозуміла роль окремих шарів іоносфери а поширенні сигналів КВ радіостанцій. Необхідно додати, що й сигнал відбився від шару E ( чи Es ), то стрибок вбирається у 2000 км, як від шару F ( точніше F2 ) — 4000 км. Стрибків може бути кілька, і тоді до вашого радіоприймача приходять сигнали від мовних станцій, що віддаляються на тисячі кілометрів. На денній стороні Землі такий сигнал досить сольно послаблюється при багаторазовому проходженні через область D. За одним стрибком це трапляється двічі. Чим нижча частота, тим ослаблення помітніше.

Але це єдиний шлях хвилі в іоносфері на шляху від передавача до вашого приймача. Іноді створюються такі умови, за яких хвиля, що відбилася від шару F2, не повертається назад до Землі, а поширюється, відображаючись поперемінно від шарів E(Es) і F2. Хвиля як би потрапила в іоносферний хвилевід і проходить багато тисяч кілометрів при відносно малому ослаблення.

А ось відповідні умови для виходу хвилі з цього хвилеводу зазвичай утворюються в місці прийому при сході або заході Сонця. Зазвичай це дає можливість приймати станції, розташовані на протилежній точці земної кулі. Це найбільш явно виражено на низькочастотних КВ діапазонах. Тривалість такого прийому в діапазоні 75 м може бути близько години. При переході більш короткохвильові діапазони цей час скорочується.

У цій статті при описі іоносфери та поширенні в ній сигналів КВ станцій зовсім не враховувалися цикли сонячної активності та обурення в іоносфері, пов’язані з “живим” Сонцем. Про це, а також як самому зробити прогноз проходження – у наступній статті.

Радіохвилі КВ радіостанцій можуть долати багато тисяч кілометрів, огинаючи земну кулю величезними стрибками, відбиваючись поперемінно від різних областей іоносфери і поверхні Землі.

Радіохвилі різної частоти від передавача в пункті A потрапляють у пункт B, де розташований приймач. Хвиля m робить два стрибки, що двічі відбилися від області F і від Землі в пункті Б. Хвиля n робить ті ж два стрибки, але відображається від області E. А ось хвиля K потрапила і хвилевід між областями F і E.

Звичайно, тут зображено ідеальну картину поширення радіохвиль. У реальних умовах все значно складніше.

© Реферат плюс



Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *