Влияние магнитного поля Земли на распространение радиоволн в ионосфере

Ионосфера находится в постоянном магнитном поле Земли, напряженность которого в среднем составляет 40 А/м. Постоянное магнитное поле изменяет условия движения электронов ионосферы. Это приводит к изменению электрических параметров ионосферы. Ионосфера под действием магнитного поля Земли приобретает анизотропные свойства. В общем случае анализ условий распространения радиоволн в ионосфере весьма громоздок и приводит к мало наглядным формулам. В то же время наиболее практически важные случаи могут быть сведены к двум частным случаям: распространение радиоволны в направлении магнитного поля Земли; распространение радиоволны поперечно магнитному полю Земли. Рассмотрим оба случая качественно, не касаясь количественных соотношений.

Для анализа процессов, происходящих при распространении радиоволны в направлении магнитного поля Земли, удобно линейно поляризованную волну представить в виде двух волн круговой поляризации с противоположным направлением вращения векторов (рисунок 21).

Рисунок 21 − Влияние магнитного поля Земли на радиоволны

Под влиянием анизотропных свойств ионосферы составляющие поля и будут распространяться с различными фазовыми скоростями и испытывать неодинаковое затухание. В итоге на некотором расстоянии векторы и будут иметь различные амплитуды и фазы.

Результирующий вектор напряженности электрического поля окажется наклоненным к оси на некоторый угол . Таким образом, при распространении радиоволны в направлении постоянного магнитного поля Земли происходит поворот плоскости поляризации, наблюдается эффект Фарадея. Результирующее поле в общем случае будет эллиптически поляризованным.

Угол поворота плоскости поляризации приближенно равен

,

где − плазменная частота ионосферы, — частота гиромагнитного резонанса (частота обращения электронов по окружности в постоянном магнитном поле).

При распространении радиоволны поперечно магнитному полю Земли вектор напряженности электрического поля можно разложить на две составляющие, одна из которых совпадает с направлением магнитного поля Земли, а вторая — перпендикулярна ему (рисунок 22).

Рисунок 22 − Обыкновенная и необыкновенная волны

На составляющую поля магнитное поле Земли влияния не оказывает, и волна с такой ориентацией вектора напряженности электрического поля распространяется как в ионосфере без постоянного магнитного поля. Такую волну называют обыкновенной.

На волну с ориентацией вектора напряженности электрического поля магнитное поле Земли оказывает существенное влияние. Для такой волны диэлектрическая проницаемость ионосферы меньше, а фазовая скорость больше, чем для обыкновенной волны. Такую волну называют необыкновенной. В результате обыкновенная волна и необыкновенная волна (волна с ориентацией вектора перпендикулярно вектору ) отражаются от областей ионосферы с неодинаковыми значениями электронной концентрации. Высота точки отражения обыкновенной волны выше, чем необыкновенной (рисунок 22).

Таким образом, при распространении радиоволны в ионосфере поперечно магнитному полю Земли происходит двойное лучепреломление, расщепление волны на два луча, которые после отражения приходят в различные точки земной поверхности. Критические частоты обыкновенной волны и необыкновенной отличаются друг от друга на половину гиромагнитной частоты ( МГц).