Главная Промышленная автоматика.

она приобретает положительный заряд. Заряженные молекулы называются ионами и вместе со свободными электронами образуют ионизированный газ. Структура ионосферы представлена па рис. 2.1.

Именно ионы дали название ионосфере, однако на самом деле более легкие и подвижные электроны играют основную роль в распространении радиоволн коротковолнового диапазона (это волны длиной от 10 до 100 м). Концентрация электронов зависит от высоты, времени года, времени суток и других факторов. Имеется несколько слоев с повышенной концентрацией свободных электронов. Эти слои и определяют способ-ность ионосферы отражать радиоволны, тем самым создавая возможность радиосвя-

" зи на большие расстояния. В дневное время отмечается четыре ионосферных слоя, которые получили названия D, Е, F1 и F2. Их ориентировочная высота составляет: слой D - от 50 до 90 км, слой Е - от 90 до 140 км, слой F1 - от 140 до 210 км, слой

IJ F2 - выше 210 км.

В дневное время в области Е иногда наблюдается спорадический (нерегулярный) слой Е (разд. 2.6), ив определенный период в течение солнечного цикла слой F1 и слой F2 сливаются и формируют область F. После захода солнца слои D, Е и F1 очень быстро теряют свободные электроны и исчезают. Остается только слой F2 и иногда возникает спорадический слой Е. Только слои Е, F1, F2 и, когда существует, спорадический слой Е отражают радиоволны KB диапазона. Слой D их не отражает, однако при прохождении радиоволн через этот слой они поглощаются или ослабляются (разд. 2.5).

С точки зрения распространения радиоволн KB диапазона наиболее важен слой F2, так как он расположен наиболее высоко, что обеспечивает максимальную дальность связи. Кроме того, этот слой существует круглые сутки и обычно обеспечивает отражение наиболее коротких волн диапазона КВ.

2.2. Генерация и рекомбинация электронов в ионосфере

Излучение Солнца является причиной процесса ионизации в ионосфере. В результате взаимодействия этого излучения с незаряженными атомами и молекулами образуются свободные, то есть не связанные с атомами, электроны и положительно заряженные ионы. Этот процесс иллюстрирует рис. 2.2. Поскольку этот процесс требует наличия солнечного излучения, то генерация электронов происходит только в освещенной части ионосферы.

Как известно, частицы, имеющие положительный и отрицательные заряды, притягиваются друг к другу, и при столкновении отрицательно заряженного электрона и положительно заряженного иона образуется нейтральный атом или молекула. Этот противоположный генерации свободных электронов процесс называется рекомбинацией. Рекомбинация идет постоянно и на освещенной и на темной стороне ионосферы. Среднее время от момента генерации электрона до момента его рекомбинации называется временем жизни. Это время различно для разных слоев ионосферы и составляет приблизительно 20 секунд для слоя Е, 1 минуту - для слоя F1 и 20 минут - для F2. Большое время жизни электронов в слое F2 обусловливает его существование в ночное время.




Солнечное излучение

Су---.

. Нейтральный атом

Свободный ф электрон

Ион с

положительным зарядом

Свободный электрон

Ион с

положительным зарядом

Рис. 2.2. Генерация и рекомбинация свободных электронов

VV7 ")Ф/.

Нейтральный атом

2.3. Исследование ионосферы

Наиболее важная характеристика ионосферы с точки зрения радио связи - способность преломлять радиоволны. Однако преломлению в ионосфере (рефракции) подвержены радиоволны определенного диапазона частот. Область частот, где возможнг рефракция радиоволн, зависит от многих показателей (разд. 2.4). Необходимо отметить, что многие источники говорят об отражении радиоволн. Тем не менее в ионосфере происходит преломление) а не отражение радиоволн. Для исследования ионосферы используются различные методы, но наиболее часто используется вертикальное зондирование ионосферы (рис. 2.3).

Станция вертикального зондирования посылает вертикально вверх короткие импульсы радиочастотного излучения. Эти импульсьГпреломляются в ионосфере и возвращаются обратно на землю. Специальная аппаратура принимает эти импульсы и фиксирует задержку времени между передачей и приемом импульсов. Такие измерения проводятся во всем интересуемом диапазоне частот.

По мере того как частота зондирующего сигнала повышается, появляется эхо-сигнал, сначала из более низкой области Е и впоследствии, с большей задержкой времени, из областей F1 и F2. В ночное время эхо-сигналы возвращаются только из области F2 и, возможно, из спорадической области Е, так как другие области потеряли большинство свободных электронов и не преломляют радиоволны. Зависимость высоты отражений от изменения частоты получила название ионограммы (рис. 2.4). По ионограмме определяются максимально применимые частоты (по частоте, при которой прекращается прием эхо-сигнала). На приведенной ионограмме эти частоты составляют 3,9 МГц, 5,9 МГц и 8,0 МГц для слоев Е, F1 и F2 соответственно.




Ионосфера

Д 300

Передатчик и приемник Рис. 2.3. Вертикальное зондирование ионосферы

0 2 4

Частота (МГц)

Рис. 2.4. Иопограмма


Передатчик

Рис. 2.5. Наклонное зондирование ионосферы

В настоящее время получили распространение станции наклонного зондирования, в которых передатчик и приемник расположены в конечных точках исследуемой трассы (рис. 2.5).

В любительских условиях наклонным зовдированием ионосферы можно считать наблюдение за работой радиолюбительских маяков (разд. 2.17), а также наблюдение за работой широковещательных радиостанций на КБ диапазонах. Вещательные станции имеют значительно большую мощность и установленный график работы. По работе этих станций можно судить, на каких любительских диапазонах возможно прохождение. Наиболее близки к Си-Би диапазону 13-метровый вещательный диапазон (21,450 - 21,850 МГц) и 11-метровый диапазон (25,600 - 26,100 МГц). Необходимо только учитывать, что радиостанции многих стран имеют ретрансляторы на территории других стран и это может внести некоторую путаницу в определение наличия прохождения.

Третьим методом является метод возвратно-наклонного зондирования. Принцип работы этих станций основан на эффекте Кабанова, который заключается в том, что от-





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 [12] 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44

0.0035