Глава 5. РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН

Основные механизмы распространения радиоволн

При осуществлении морской радиосвязи энергия радиоволн может распространяться от передатчика к приемнику несколькими различными путями. Причиной разделения путей распространения электромагнитной энергии является одновременное действие трех различных физических механизмов распространения радиоволн.

Под влиянием этих механизмов возникают три основных типа радиоволн:

– поверхностные волны;

– ионосферные волны;

– прямые волны.

Энергия поверхностных волн распространяется непосредственно вдоль земной поверхности, повторяя ее кривизну (рис. 3.5.1).

Рис. 3.5.1. Распространение поверхностных волн

Энергия ионосферных волн распространяется за счет отражения от верхних слоев атмосферы, называемых ионосферой (рис. 3.5.2).

Рис. 3.5.2. Распространение ионосферных волн

Энергия прямых волн распространяется в пространстве прямолинейно без изменения направления (рис 3.5.3).

Рис. 3.5.3. Распространение прямых волн

Ионосфера

Ионосферой называется совокупность ионизированных областей верхних слоев атмосферы.

Ионосфера обладает электропроводностью, которая обусловлена наличием свободных электрических зарядов в верхних слоях атмосферы. Эти заряды появля­ются в результате воздействия солнечной энергии на молекулы газов, входящих в состав атмосферы. При этом молекулы газов расщепляются на положительно заря­женные ионы и отрицательно заряженные электроны. Указанный процесс называет­ся ионизацией. При столкновении свободных электронов с ионами происходит обратный процесс: электроны соединяются с ионами, образуя нейтральные молекулы.

Количество свободных электронов, содержащихся в единице объема воздуха называется степенью ионизации.

Поскольку процесс ионизации является следствием деятельности солнца, то степень ионизации изменяется в зависимости от времени суток и времен года. С на­ступлением темноты степень ионизации атмосферы постепенно снижается, а днем опять повышается.

Кроме того, на процесс ионизации оказывает существенное влияние 11-летний цикл солнеч­ной активности. Последний пик солнечной активности наблюдался в 2001 году. Степень ионизации атмосферы неравномерна и меняется в зависимости от высоты. В нижних слоях атмосферы ионизируется лишь незначительная часть газов, входящих в ее состав. Это объясняется тем, что солнечная энергия доходит до нижних слоев ослабленной, а высокая плотность атмосферы способствует частым взаимным столкнове­ниям электронов с ионами и воссоединению их в нейтральные молекулы.

Верхние слои атмосферы имеют более высокую степень ионизации, чем нижние, т. к. в них интенсивность солнечной радиации достаточно велика, а частота взаимных столкновений свободных электронов с ионами незначительна ввиду силь­ной разреженности воздуха.

В ионосфере существуют несколько легко различимых областей с повышен­ной степенью ионизации, условно называемых слоями:

Ближайший к Земле ионосферный слой расположен на высоте 50 – 90 км. Этот слой имеет условное обозначение "D". Слой "D" существует только в дневное время и обладает наименьшей степенью ионизации по сравнению с другими слоями.

На высоте около 120 км расположен слой "Е". Степень ионизации слоя "Е" выше, чем слоя "D".

На высоте 200 – 400 км расположен слой "F" с самой высокой степенью ио­низации. В дневные часы, когда на атмосферу действует солнечное излучение, этот слой разделяется на два слоя:

– слой "F1", расположенный на высоте около 200 км;

– слой "F2", расположенный на высоте 300 – 400 км.

Порядок расположения ионосферных слоев относительно Земли показан на рис. 3.5.4, а график относительного изменения степени ионизации N в зависимости от высоты h – на рис. 3.5.5.

Рис. 3.5.4. Расположение слоев ионосферы

Рис. 3.5.5. Зависимость степени ионизации атмосферы

от высоты в дневное и ночное время