Критические частоты


В связи с рис. 429 упоминалось, что возможно измерить эффективность высот слоев в ионосфере, посылая сигналы вверх и измеряя время, прошедшее от момента посылки сигнала до его возвращения. Так как скорость распространения радиоволн известна (300 000 км/сек), то нетрудно рассчитать пройденное волной расстояние. Поскольку это время чрезвычайно мало, порядка нескольких тысячных долей секунды, чтобы можно было разделить прием поверхностной и отраженной волн, должен посылаться сигнал в виде очень короткого импульса. Для наблюдения двух сигналов и измерения разности времени используется электронно-лучевой осциллоскоп. Если измерения эффективной высоты ионизированного слоя проводить все время, повышая частоту сигналов, то (как уже было упомянуто) при некоторой частоте волны не будут отражаться этим слоем. Наивысшая частота, при которой вертикально направленные волны еще возвращаются к земле, называют критической частотой данного слоя на данное время и в данном месте измерений. Критическая частота для данного слоя не является наивысшей частотой для радиосвязи за счет этого слоя. Как показано на рис. 431, достаточно уменьшить угол между направлением луча и землей, чтобы обеспечить отражение этим слоем волн с большей частотой. Угол падения волны на слой для обеспечения связи между двумя пунктами зависит от высоты слоя и расстояния между этими пунктами (см. рис. 432). Для данной высоты слоя ВС будет конкретное значение угла Θ, соответствующего каждому расстоянию AD между точками передачи и приема. Максимальная частота для связи пространственным лучом между такими точками определяется по формуле
fmax=fc/cosΘ,

где fс — критическая частота в точке отражения и Θ — угол между лучом и вертикалью. Максимальная частота, которую можно использовать для связи между двумя точками, называется наивысшей применимой частотой.
Критические частоты

С увеличением расстояния между точками передачи и приема наступает некоторый предел, где вследствие кривизны земли траектория волны будет касательной к поверхности земли в этих точках. Угол Θ, соответствующий этому предельному расстоянию, составляет для слоя F примерно 74°. По этой причине наивысшая применимая частота
1/cos74º=3,6fc.

Это будет максимальная частота, претерпевающая отражение к земле.
Если измерения эффективной высоты ионосферы производятся на частотах более высоких, чем критическая частота для нижнего слоя, то волны все еще будут возвращаться к земле, но с больших высот. Это показывает, что волны достигают нижнего слоя, проходят сквозь него и отражаются от верхнего слоя. При дальнейшем увеличении частоты определится критическая частота для верхних слоев. В конечном счете будет достигнута частота, при которой направляемые вверх волны не будут более возвращаться на землю. Это покажет, что данная волна проходит все слои. Исключением из данного правила является случай отражения в спорадическом слое Е. Вследствие отражений на границах сред обусловленных резким изменением степени ионизации, иногда имеют место отражения от слоя, находящегося на высоте слоя Е на частотах, значительно превышающих нормальные критические частоты для этого слоя.