фазовой и групповой скоростями является зависимость скорости распространения от частоты. Фазовая и групповая скорости связаны соотношением

где с - скорость света.

Из этого соотношения следует, что при фазовой скорости, большей скорости света, групповая скорость, т. е. скорость передачи сигнала, всегда меньше скорости света.

Поглощение энергии радиоволн в ионосфере

Радиоволны при движении в ионизированном воздухе теряют часть своей энергии. Поглощение энергии происходит в результате столкновений между колеблющимися электронами и нейтральными молекулами газа. Часть энергии радиоволны расходуется именно на увеличение скорости теплового беспорядочного движения молекул воздуха (увеличение температуры газа). Эти потери тем меньше, чем короче радиоволна. Действительно, по мере возрастания частоты (уменьшения периода) амплитуда колебаний электронов уменьшается. Число столкновений электронов с нейтральными молекулами становится меньшим, и следовагель-но, уменьшается поглощение энергии радиоволны.

Чем меньше степень ионизации, т. е. меньше электронов, тем меньше столкновений с молекулами воздуха и тем поглощение энергии радиоволны также меньше.

В отношении поглощения энергии радиоволны ионизированный воздух ведёт себя как среда, обладающая некоторой проводимостью. Еоти пренебречь действием магнитного поля земли, проводимость ионизированного воздуха может быть определена формулой

a=2,82.10-A(-i-y (50. IX)

где V - среднее число столкновений в секунду одного электрона с нейтральными молекулами газа,

N - число - ,

ш - угловая частота.

Отражение радиоволны от плоского ионизированного слоя одинаковой электронной плотности

Предположим, что электронная плотность одинакова во всём ионизированном слое (Л=const), т. е. имеется резкая граница между неионизированным слоем толщины Я и ионизированным слоем. Пусть, как показано на рис. 22а.1Х, луч 1 падает на границу ионизированного слоя под углом вц. При переходе в иони-374

зированный слой луч отклонится от перпендикуляра и преломлённый луч составит с перпендикуляром так называемый угол преломления ф, определяемый, согласно закону преломления, соотношением

sin Вд Vl

sin ф

Подставляя сюда значения скорости распространения радио-с с

волн в воздухе Vi - -j== и в ионизированном слое = -т= и

принимая во внимание ф-лу (49. IX), получим

sin вр

sin \

= 1/1-81

(51.IX)

Так как правая часть последнего выражения меньше единицы, то угол преломления обязательно больше угла падения в.

Ионизированный r!s сявй H-const -

ионизированный слой м = const

Рис. 22.IX. а) Отражение и преломление лучей, посылаемых под разными углами падения, на ионизированный слой одинаковой электронной плотности; б) отражение днём от ионизированного слоя луча, падающего под углом Э/7 > крд и отсутствие отражения ночью луча, падающего под углом

Если угол падения увеличивать, а N vi f оставлять неизменными, то, как следует из этого равенства, должен увеличиваться угол

преломления, который при определенном значении - может

стать равным 90°. В этом случае преломлённого луча не будет, луч пойдёт вдоль плоской границы (АБ) раздела двух сред.

Наименьший угол падения в при котором отсутствует преломлённая волна, азывается критическим углом падения. Если угол падения превышает в то произойдёт отражение волны от нижней поверхности ионизированного слоя (луч 3) аналогично тому, как в оптике световые лучи претерпевают полное впут-реинее отражение, если угол падения их на границу раздела двух сред больше некоторого критического значения угла падения.

Веяичина критического угла падения определяется подстановкой в выражение (51.IX) значения sin =1 и во = в р .

sinepl/l-Sl-J. (52. IX)

Это выражение показывает, что чем больше степень ионизации, тем критический угол падения меньше, чем больше частота (короче волна), тем критический угол падения больше.

Каждому углу падения соответствует свой угол излучения Д, т. е. угол, образованный лучом и плоскостью земли. Очевидно, что Д = 90° - ©о- Угол излучения Др = 90° - ©кр . при котором отсутствует преломлённая волна, назовём критическим углом излучения. Он тем больше, чем меньше ©кр и наоборот.

Если электронная плотность ионизированного слоя будет изменяться, то одновременно с этим будут изменяться критические углы падения и излучения. Суточные изменения электронной плот- юсти характеризуются меньшим значением Л ночью и большим значением Л днём. Как следует из ф-лы (52.IX), вд - критический угол падения для дня меньше, нежели 0p - критический угол для ночи. Поэтому волна, падающая под углом © (рис. 226.IX), удовлетворяющая неравенству врд < ©я < крн, отразится к земле днём и не отразится ночью.

Если ©кр = О, что практически всегда имеет место для длинных волн, то это значит, что длинные волны всегда отражаются от ионизированного слоя при любом угле излучения.

Если ©кр = 90°, что практически справедливо для ультракоротких волн, то это значит, что ультракороткие волны проходят через ионосферу, не отражаясь от неё.

Распространение радиоволнЫ в ионизированном слое различной электронной плотности. Условие поворота

волны

Электронная плотность ионосферы в действительности неодинакова на разных расстояниях от поверхности земли. Поэтому траектория радиоволны, проникшей в ионосферу, не будет прямолинейной. Рассмотрим для простоты рассуждений идеализированный случай распространения волны в плоско-слоистом ионизированном слое, в котором электронная плотность возрастает скачками. В этом случае ионосфера представляет собой плоские слои конечной толщины с одинаковой диэлектрической проницаемостью, которая уменьшается по мере удаления от земли. Пусть, как показано на рис. 23.IX, радиоволна, распространяясь в воздухе по указанному стрелкой направлению (луч ПА), падает на границу раздела MNi под углом ©о- Тогда, согласно закону