Радиосвязь основана на представлении о том, что падающий на ионосферу радиосигнал отражается, если частота волны совпадает с плазменной частотой.
Но что именно происходит? Основан ли он на том, что электроны в ионосфере поглощают и переизлучают энергию, если частоты совпадают?
Точно так же происходит, когда свет отражается от металлической поверхности. В обоих случаях у вас есть электронный газ, который взаимодействует со светом. В случае металла это плотный ( почти ) свободный электронный газ , а в ионосфере у вас есть очень разреженный электронный газ, образованный ионизацией молекул воздуха.
Входящая электромагнитная волна заставляет электроны колебаться, и когда электроны колеблются, они испускают электромагнитное излучение. Если в прямом направлении индуцированное излучение, испускаемое электронами, деструктивно интерферирует с входящей волной, то в обратном направлении индуцированное излучение, испускаемое электронами, конструктивно интерферирует с входящей волной. В результате волна отражается.
Плотный электронный газ в металле настолько сильно взаимодействует с приходящим ЭМ излучением, что даже слой металла толщиной в микрон эффективно отражает, т.е. отражает 100% падающего света. Поскольку электроны в ионосфере настолько разбавлены, отражение гораздо менее эффективно, хотя, конечно, ионосфера намного мощнее микрона, и в любом случае вам не нужно идеальное отражение для радиопередачи.
Распространение поддерживается только через ионосферу в характерных модах (решения бегущей волны уравнений Максвелла). Обычно существует 4 моды на любой конкретной высоте, соответствующие восходящим модам O и X и нисходящим модам O и X. Немного похоже на свет через кристалл кальцита, если вы когда-либо видели это. По мере увеличения высоты через ионосферный слой обычно увеличивается электронная плотность, а вместе с ней уменьшается показатель преломления среды по отношению к радиоволне. Для вертикальной падающей волны по мере приближения к высоте плазменной частоты, эквивалентной частоте радиоволн, энергия начинает более значительно передаваться от восходящих мод к нисходящим модам. В конце концов радиоволна не может распространяться вверх дальше, поскольку показатель преломления больше не поддерживает решение уравнения Максвелла бегущей волной, хотя исчезающая волна продолжает существовать. На молекулярном уровне волна просто не может совершать колебания с частотой волны, так как диэлектрическая среда запрещает это. Часть энергии передается нейтральным частицам, а остальная часть должна передаваться нисходящим модам. Ионосферное отражение представляет собой более интенсивное взаимодействие между характерными модами, чем классическое граничное отражение. Часть энергии передается нейтральным частицам, а остальная часть должна передаваться нисходящим модам. Ионосферное отражение представляет собой более интенсивное взаимодействие между характерными модами, чем классическое граничное отражение. Часть энергии передается нейтральным частицам, а остальная часть должна передаваться нисходящим модам. Ионосферное отражение представляет собой более интенсивное взаимодействие между характерными модами, чем классическое граничное отражение.
честный_vivere