27. Влияние ионосферы на распространение радиоволн. Методы использования свойств ионосферы для создания радиорелейной связи.

Ионосфера - сильно ионизированные, т.е. содержащие большое число электронов и ионов, слои атмосферы.  Степень ионизации меняется с высотой не монотонно: с ростом высоты ионизация сначала повышается, затем, достигнув некоторого максимума, начинает уменьшаться, после чего, достигнув минимального значения, снова увеличивается, достигает максимума и т.д. Ионосферу можно считать состоящей из нескольких отдельных ионизированных слоев. На большой высоте, где ультрафиолетовое излучение Солнца еще не ослаблено поглощением в атмосфере, лежит сильно ионизированный слой, а ниже - более слабо ионизированные слои.

Ионосфера играет существенную роль при распространении радиоволн, особенно средне- и коротковолнового диапазонов. В результате преломлении радиоволн в ионосфере в отдельных ее слоях происходит сильное искривление путей их распространения, так что волны, не достигшие той высоты, на которой находится максимум ионизации данного слоя, настолько изменяют направление, что снова возвращаются к поверхности Земли. При этом слои ионосферы, лежащие на разной высоте, неодинаково влияют на распространение волн различной длины.

Самый нижний слой ионосферы - слой D - лежит на высоте примерно 60-90 км над Землей. Днем концентрация электронов в нем достигает около 1·10³ электронов в 1см³ (ночью этот слой исчезает). Слой D играет существенную роль, главным образом, при распространении длинных волн, вызывая заметное их поглощение, обусловленное частными соударениями электронов с молекулами атмосферы, плотность которой на высотах этого слоя еще значительна.

Следующий слой E, расположенный на высоте 100-120 км (концентрация электронов 1·10³ в 1см³), влияет на распространение средних волн, вызывая их преломление и заставляя их следовать за кривизной Земли. В дневные часы, когда ионизация выше, слой E иногда влияет и на распространение коротких волн.

Примерно на высоте слоя E нерегулярно появляется и исчезает более сильно ионизированный слой, названный спорадическим слоем E_s. Ионизация слоя может достигать таких больших значений, что он вызывает отражение не только коротких, но и ультракоротких (метровых) волн.

Выше слоя E лежит еще более сильно ионизированная область, имеющая максимумы ионизации на высотах 180-220 км (слой F₁) и 200-500 км (слой F₂). Первый максимум (слой F₁) отчетливо наблюдается только днем в летние месяцы, концентрация электронов в нем достигает 5·10⁵ на 1см³. Максимальная концентрация электронов в слое F₂ составляет примерно 2·10⁶ на 1см³. Короткие волны, достигнув этих слоев, преломляются в них и снова возвращаются на Землю, часто на очень большом расстоянии от передающей радиостанции. Поскольку коэффициент преломления в ионосфере уменьшается с увеличением частоты волн (укорочением волны), ультракороткие волны не испытывают в ионосфере заметного преломления. Только лежащие в длинноволновой части этого диапазона волны (6-10 м) заметно преломляются в ионосфере при наличии сильной ионизации, например в спорадическом слое E_s.

Поскольку ионизация атмосферы вызывается воздействием Солнца, то степень ионизации и высота, на которой лежат ее максимумы, для различных слоев ионосферы существенно зависят от времени суток и года, а также от уровня солнечной активности. Наиболее сильна эта зависимость для слоя F₂, определяющего условия распространения коротких волн; вследствие этого особенно сильно изменяются в течение суток и в течение года условия дальнего приема коротких волн.

Величина изменения направления распространения радиоволн зависит также от угла падения радиоволн на ионизированный слой. Чем меньше угол падения радиоволн на ионизированный слой, тем меньше он испытывает изменение направления распространения волны в этом слое.