Самостоятельная работа по предмету: Электромагнитные поля и волны

Уравнения

Критическая частота как функция электронной плотности

Критическая частота может быть вычислена с помощью электронной плотности, заданной:
�c=9�max
где N_max - максимальная плотность электронов на м³, а f_c - в Гц.^[2]

Критическая частота как функция формулы максимальной используемой частоты

Критическая частота может быть вычислена с помощью:
�c=���/����
где MUF - максимально используемая частота и �  - угол падения^[2]

Связь с частотой плазмы

Зависимость критической частоты от плотности электронов может быть связана с концепцией плазменных колебаний, в частности, с механизмом "холодных" электронов.
�pe=�e�2�∗�0,[rad/s]
Используя заряд электрона �=1.602⋅10−19�������� , массу электрона �∗=9.10938356⋅10−31���������  и диэлектрическую проницаемость свободного пространства ��=8.854187817⋅10−12�2�4�−3��−1 , получаем,
�pe=2��=56.415��
и решение для частоты,
�c=8.979�max≈9�max

Связь с показателем преломления

Показатель преломления имеет формулу�=�� , которая показывает зависимость от длины волны.^[3] Результат, заключающийся в том, что сила, обусловленная полем поляризации в ионизированном газе низкой концентрации, нейтрализуется эффектом столкновений между ионами и электронами, восстанавливается простым способом, который четко отображает физическую основу эффекта. Из-за этой отмены формула Селлмейера определяет соотношение между численной плотностью электронов, N, и показателем преломления, n, в ионосфере, когда столкновениями пренебрегают.^[4]
�2−1=−��2����2 Используя значения по умолчанию для заряда электрона � , диэлектрическойпроницаемости свободного пространства и массы электрона �� , и изменяя угловую скорость � в зависимости от частоты� , это приводит к
�2−1=3182.607�(2��)2 и решение для показателя преломления n,
�=1−80.616��2≈1−81��2 Критическая частота и слой F ионосферы

• 
  Во всех КВ-радиосвязях на большие расстояния используются КВ-радиосигналы, которые падают на ионосферу наклонно. Если КВ-частота выше критической частоты, радиосигналы проходят через ионосферу под углом, а не в лоб.^[5]
  
• 
  Критическая частота непрерывно меняется, и слой F ионосферы в основном отвечает за отражение радиоволн обратно на Землю,
  
• 
  Другие слои (D) взаимодействуют другими способами - поглощение частоты и в течение дня образуются слои D, а слой F разделяется на слои F1 и F2.
  
• 
  Из-за изменения ионосферы в течение дня и ночи, в дневное время более высокие частотные диапазоны ниже критической частоты работают лучше всего, но в ночное время лучше всего работают более низкие частотные диапазоны.
  
• 
  Слой D присутствует в течение дня и является хорошим поглотителем радиоволн, увеличивая потери, более высокие частоты поглощаются меньше, поэтому более высокие частоты, как правило, работают лучше в дневное время.
  

4.Эффект Фарадея. Ионосферные бури

А – передатчик, В – приемник. Луч идет с отражением от ионосферы. (гектометровые волны и выше). Здесь может быть односкачковое распространение луча, также может быть в пределах диаграммы направленности двухскачковое.

В итоге в точку приема приходят несколько лучей с различными фазами => в точке приема могут быть всплески, замирания и т.д.
Волна на приемнике – Рис.6(а).
На Рис.5(б) – интерференция обыкновенного и необыкновенного лучей. Это поляризационное замирание, известный эффект Фарадея – поворот плоскости поляризации в ионосфере. Подмагничивающее поле – магнитное поле Земли=40Ампер.
Входя в ионосферу луч разделяется на обыкновенный(поляризация правого вращения) и необыкновенный (поляризация левого вращения). Коэффициенты фазы у них разные и они проходят в ионосфере разные пути. На выходи из ионосферы они складываются и происходит поворот плоскости поляризации => уменьшение отношения сигнал/шум.
Рис.5(в) – Расфокусировка и фокусировка Э.М. энергии. В ионосфере всегда присутствуют неоднородности ионосферной концентрации – перемещающиеся ионосферные возмущения. Их источником являются акустико-гравитационные волны. Они будут рассеивать волны – дополнительная многолучевость и уменьшение отношения сигнал/шум.
За счет ПИВ можно увеличить мощность отраженного луча от 4dB до 19 dB.

С точки зрения обработки сигнала появляются определенные сложности.
Для радиосвязи скорость по каналам КВ связи довольно низкая. При одном канале можно достичь скорости связи максимум 500 бот.

На высотах 100-200 километров идет хвост. Нужно передавать следующую информацию, а еще идет хвост предыдущей. Избавиться от хвоста – излучать что-то в противофазе хвосту.

Изменение солнечной активности – повышенная ионизация в области ионосферы за счет увеличения черных пятен на солнце (повышение активности солнца).



Рис. 10. Частота появления спорадического слоя Е_Sв средних широтах: