1.2.2. Строение атмосферы Земли

В земных условиях радиоволны распространяются в атмосфере. Атмосферу разделяют по высоте на три области: тропосферу, стра­тосферу и ионосферу. Нижняя область - тропосфера простирается до высоты 7... 10 км в полярных районах и до 16... 18 км над эквато­ром. Тропосфера переходит в стратосферу, верхняя граница кото­рой находится на высоте около 50...60 км. Стратосфера отличается от тропосферы почти полным отсутствием водяного пара, осадки образуются только в тропосфере. Тропосфера и стратосфера влияют только на распространение УКВ.

На высоте более 60 км воздух находится в ионизированном со­стоянии. Эту область называют ионосферой. Ионосфера в той или иной степени влияет на распространение радиоволн всех диапазо­нов, так как радиоволны вызывают в ней движение свободных заря­дов. Главной причиной ионизации воздуха и образования ионосфе­ры является излучение Солнца. Установлено, что ионизацию атмо­сферы могут вызвать только ультрафиолетовые лучи, имеющие длину волны меньше 0,1 мкм. Ионизация атмосферы вызывается также потоком частиц (корпускул), испускаемых Солнцем. Коротко­волновые ультрафиолетовые лучи и корпускулы не достигают тро­посферы, и воздух в ней практически не ионизирован. Ионизация становится заметной на высотах более 50...60 км.

Эксперименты показали, что в ионосфере имеется несколько слоев, от которых происходит отражение радиоволн, т.е. существу­ют несколько максимумов электронной концентрации.

Рис. 1.4. Зависимость электронной концентрации в ионосфере от высоты.

На рис. 1.4 изображена типичная зависимость электронной кон­центрации N от высоты h для дневного времени летом, когда в ионосфере наблюдается наибольшее число слоев.

Рассмотрим особенности ионосферных слоев. Слой D образует­ся в области, где сравнительно велика плотность газа и рекомбина­ция свободных зарядов происходит быстро. Поэтому этот слой существует только днем и очень быстро исчезает после захода Солнца, когда прекращается ионизирующее воздействие. Летом критическая частота слоя D, под которой понимается наибольшая частота радиоволны, отражающейся при вертикальном падении на ионосферу, больше, чем зимой. Слой отражает мириаметровые, километровые и частично гектометровые волны, более короткие волны проходят через него, частично в нем поглощаясь.

Слой Е существует круглые сутки, но его электронная концен­трация днем намного больше, чем ночью, и изменяется в соответ­ствии с высотой Солнца над горизонтом. Слой Е днем, особенно летом, способен отражать дека метровые волны. Ночью декаметровые волны от слоя Е не отражаются. Гектометровые и более длин­ные волны отражаются от слоя в любое время года и суток.

Зимой выше слоя Е существует только один максимум электрон­ной концентрации - слой F. Его концентрация достигает максимума после полудня и минимума - утром. Летом слой F расщепляется на два слоя – F₁ и F₂. Электронная концентрация в слое F₂ изменяется в течение суток менее сильно, чем в слое F зимой. Слой F отражает декаметровые и иногда длинные метровые волны.

Помимо изменений состояния ионосферы, связанных с време­нем года и суток, существуют также регулярные изменения, обу­словленные цикличностью солнечной активности. В годы максиму­ма солнечной активности критические частоты слоя F возрастают в 2-3 раза по сравнению с годами минимума.