Приглашаем посетить сайт

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
ИОНОСФЕРНЫЙ ВОЛНОВОД

ИОНОСФЕРНЫЙ ВОЛНОВОД

ИОНОСФЕРНЫЙ ВОЛНОВОД - область пространства между поверхностью Земли и ионосферой, внутри к-рой происходит локализация радиоволн. Наряду с И. в., ниж. границей к-рого служит поверхность Земли, существуют приподнятые И. в. Локализация радиоволн в таких И. в. осуществляется как за счёт немонотонного распределения ионосферной плазмы по высоте, так и за счёт сферичности Земли. В лучевом приближении распространение радиоволн в И. в. подобно движению классич. частицы в поле с потенциалом -u(z)=n _м²(z)@e(z)+2z/R, где e(z) - диэлектрич. проницаемость среды, z - высота над поверхностью Земли, R - радиус Земли, zЪR. Роль уровня энергии для излучателя на поверхности Земли играет величина E=-cos²a, где a - угол излучения, составляемый волновым вектором с горизонталью. Минимумы u(z) соответствуют И. в. Поведение u(z)изображено на рис. <для разл. условий в приближении изотропной плазмы (частота волны и много больше гиромагн. частоты), когда e(z)=1-w₀²/w² (w₀ - плазм, частота). Рис. (а) соответствует ночным условиям, когда существует лишь один слой F (см. Ионосфера )и частота волны w>w _м, где w _м - макс, частота, при к-рой возможно "возвращение" радиоволны на поверхность Земли за счёт её отражения от слоя F. Заштрихованный участок соответствует приподнятому И. в. С понижением частоты w (увеличением w₀) растёт локальный максимум u(z),и для частоты w=w _м касатель ная к u_m будет соответствовать значению n² _м=1 (рис., б). Появление др. ионосферных слоев (напр., слоя Е )иллюстрирует пунктирная кривая на рис. ( б). При этом выделяются приподнятые И. в. Е- и FE -типов. При разделении слоя F ионосферы на слои F₂ и F₁, кроме И. в. Е и F₂, выделяются И. в. F₁ Е, F₂E₁ F₁ (рис., в). Как правило, объёмы И. в. F₁E и F₂F₁ невелики.

При плавном изменении свойств И. в. распространение радиоволн в нём происходит с сохранением адиабатич. инварианта

и z _макс - уровни отражения волны, E - значение u(z) на уровне отражения волны (рис., а). Нарушение инварианта приводит к изменению траектории в пределах осцилляции (к переходу на др. уровень). Нарушение полного инварианта I_m, равного I при E=u_m, где u_m- значение одного из максимумов u(z) (напр., рис., б), приводит к выходу волны из И. в. данного типа. Поэтому захват или вывод волны из И. в. связан с нарушением I_m. Для дальнего распространения радиоволн с малыми потерями важное значение имеют И. в., для к-рых z _мин превышает высоту поглощающего радиоволны D- слояионосферы (z~50490 км). В сферически симметричной ионосфере в приближении геом. оптики захват в приподнятые И. в. невозможен. В реальных условиях захват в такие И. в. радиоволн, излученных с поверхности Земли (и их вывод), может осуществляться за счёт рефракции радиоволн на горизонтальных градиентах плазмы, из-за рефракции и рассеяния на ионосферных неоднородностях, а иногда и при "просачивании" за счёт дифракционных эффектов. Лит.: Альперт Я. Л., Распространение электромагнитных волн и ионосфера, 2 изд., М., 1972; Гуревич А. В., Цедилина Е. Е., Сверхдальнее распространение коротких радиоволн, М., 1979; Гершман Б. Н., Ерухимов Л. М., Яшин Ю. Я., Волновые явления в ионосфере и космической плазме, М., 1984. Л. М. Ерухимов, В. П. Урядов.