§ 41. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ И САМОВОЗДЕЙСТВИБ СРЕДНИХ ВОЛН

В ИОНОСФЕРЕ

Описанные в § 21 нелинейные эффекты в ионосфере (изменение температуры электронов и соответственно числа их столкновений под воздействием поля падающей волны) приводят к разнообразным нелинейным явлениям, наблюдаемым при исследованиях радиоволн, отраженных от ионосферы. В принципе эти эффекты могут наблюдаться во всем диапазоне радиочастот. Однако количественные соотношепия, описывающие эти явления и зависящие существенно от частоты и числа столкновений, таковы, что до настоящего времени они наблюдались главньта образом в диапазоне средних радиоволн, особенно ночью.

Естественно, что характер этих явлений зависит от интенсивности поля волпы. Так, изменение температуры значительно лишь при относительно сильных полях; при некотором значении амплитуды ноля ионосфера могла бы даже искусственно ионизироваться, что существенно изменило бы ее состояние. Однако экспериментально нелинейные эффекты исследованы главным образом при относительно слабых полях (см, § 21).

Основное влияние нелинейных эффектов на свойства отраженных от ионосферы радиоволн проявляется через асамовоздейстеиеь волны, т. е. ее влияние на саму себя й взаимодействие между собой нескольких волп - падающей и отраженной, необыкновенной и обыкновенной. При этом имеются в виду волны одной частоты или две независимые модулированные или пе-модулированные волны ра.зличной частоты.

Впервые было обнаружено нелинейное взаимодействие радиоволн в ионосфере в диапазоне средних волн, когда наблюдался так называемый люк-сембург-горьковский эффект [180], названный по имени соответствующих радиостанций. Этот эффект состоит в следующем. При приеме радиостанции, работающей на частоте оу, прослушивается модуляция другой, мешающей радиостанции, частота которой toj существенно отлична и никак не связана с частотой tOg. Чаще всего этот эффект обнаруживается в перерывы модуляции принимаемой радиостанции (w), если мешающая волна достаточно мощная-

Пример кроссмодуляции виден из осциллограммы, изображенной на рис. 41.1. Из рисунка видно, что разность фаз между колебаниями (а) и (б) изменялась с изменением частоты модуляции Q. Качественно это явление объясняется, как мы видим, тем, что мешающая волна воздействует на тепловое движение электронов области ионосферы, через которую проходит принимаемая волна частоты tOg, и тем самым изменяет количество столкновений электронов в такт с модуляцией волны частоты о>, что и проявляется в виде ее кроссмодуляции.

Основными величинами, представляющими интерес при исследованиях этого эффекта, являются глубина кроссмодуляции М и разность фаз х между колебаниями частоты F={Q/27z), модулирующими мешающую станцию и принимаемыми непосредственно с помощью, скажем, прямой волны ((Uj), и колебаниями частоты Q, принимаемыми на частоте Wg. Фазовый сдвиг X составляется из двух величин, одна из которых связана с существом явления и есть следствие того, что для передачи энергии мешающей станции электронам необходимо некоторое коночное время релаксации t, равное

Кроме того, возникает фазовый сдвиг вследствие разности путей г распространения мешающей и принимаемой волн. Таким образом, полная разность фаз равна

>: = arctg(ST)4-g-. (41.2)

Расчеты показали 118], что когда мешающая волна ((Oj) не сильная, Ej<Ep, глубина кроссмодуляции принимаемой волны частоты (d. определяется без учета магнитного поля Земли с помощью формулы

ЗкТто

р, 1 ( 1 CQs2 ф.2 - vg) cos Vg cos

1 C0S2 +

X и - 2exp

(41.3)

где с}>1 и - соответственно углы падения на ионосферу мешающей (u)) и принимаемой волн; (z), £\, и - коэффициент поглощения, напряженность поля в начале ионосферы, глубина модуляции и высота отра-л<ения мешающей волны.

Формула (41. 3), строго говоря, описывает зависимость глубипы кроссмодуляции м от различных параметров без учета влияния магнитного поля Земли и заметно отличается от приводимых в литературе других формул соответствующего типа [182, 183}.

Из (41. 3) следует, что м главным образом зависит от частоты принимаемой волны, а не от частоты и> мешающей волны. Величина м зависит от частоты модуляции Q и мощности мешающей станции, пронорциональной е\, Формула (41. 3) позволяет также рассчитать зависимость м от взаимного расположения мешающей и принимаемой станций, поскольку она включает углы падения волн и fj-

При учете магнитного поля Земли выражение (41. 3) справедливо лишь,

когда 0)2, (fio)?f. При o)f, о)<о)7, глубина кроссмодуляции обыкповешшй

Рис. 41.1. Осциллограммы колебаний, принятых при разной частоте модуляции мешающей станции

а - при кроссмодуляции на полке 391 м (г-480 км); б - прямо от мешающей станции па волне 1800 м (г=1Э0 Kjn)

0.2 Ч

го 40 60 80 Мощность, м8т

200 400 600 Ш) 10001200 Частота, гц

1500

ZOO 400 Т50

Vacmama,su

80 40

200 400 750

Частота, гц

Рис. 41.2. Результаты различных экспериментальных исследований глубины кроссмодуляции

а - зависимость М от мощностей мешающей, станции; б - зависимость кроссмодуляции от частоты модуляции мешающей стангдаи (кривые рассчитаны теоретически); е, г - зависимость разности фаз X между колебаниями (принятыми прямо от мешающей станции) от частоты

волны мало изменяется, а необыкновенной - существенно уменьшается.

Что же касается области, где w.js я или

виях, зависящих от толщины области, в которой поглощается мешающая волна, от ее расположения относительно уровня отражения принимаемой волны может наблюдаться гирорезонанс с одним или двумя дтаксимумами

сод, то при разных усло-

в окрестности

(Ли. Однако возможны также условия, когда эти мак-

симумы пе наблюдаются [181].

Результаты наблюдений в общем дали хорошее согласие с теоретической формулой (41.3). Зависимость М от Е, получаемая теоретически, также хорошо подтверждается на опыте, что видно, например, из рис. 41.2, а, на котором приведены результаты измерений глубины модуляции на частоте 400 гц [182, 1831. Хорошее согласие с опытом получается также при правильном определении величин % и г . Это видно из рис. 41.2, б, в, г, на которых точками нанесены ре;1ультаты измерений величины М, а кривые рассчитаны теоретически при подстановке в (41. 2) и (41.3) величин г и т, которые определялись из экснеримептальиых данных [182].

Из (41. 2) видно, что х () имеет асимптоту с наклоном

(41.4)

пересекающую ось х (нри й=0) в точке х/. так как

It

(41.5)