Влияние неоднородности ионосферы день – ночь на амплитуду СНЧ радиосигнала

Обработаны записи суточных изменений амплитуды сверхнизкочастотной (СНЧ) радиоволны, зарегистрированные на антарктической станции «Беллинсгаузен», длина трассы распространения около 16 Мм. Средний уровень поля хорошо согласуется с литературными данными. В записях присутствуют суточные изменения ампл...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2007
Автор:	Николаенко, А.П.
Формат:	Стаття
Мова:	Російська
Опубліковано:	Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України 2007
Теми:	Распространение и рассеяние волн
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/10808
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Влияние неоднородности ионосферы день – ночь на амплитуду СНЧ радиосигнала / А.П. Николаенко // Радіофізика та електроніка. — 2007. — Т. 12, № 2. — С. 345-355. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1859911691729371136
author	Николаенко, А.П.
author_facet	Николаенко, А.П.
citation_txt	Влияние неоднородности ионосферы день – ночь на амплитуду СНЧ радиосигнала / А.П. Николаенко // Радіофізика та електроніка. — 2007. — Т. 12, № 2. — С. 345-355. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.
collection	DSpace DC
description	Обработаны записи суточных изменений амплитуды сверхнизкочастотной (СНЧ) радиоволны, зарегистрированные на антарктической станции «Беллинсгаузен», длина трассы распространения около 16 Мм. Средний уровень поля хорошо согласуется с литературными данными. В записях присутствуют суточные изменения амплитуды, вызванные неоднородностью ионосферы день – ночь. Дневной уровень поля ниже ночного на 5 – 6 дБ в вертикальной электрической компоненте и на 4 – 5 дБ в горизонтальной магнитной компоненте. Рассчитано поле в сферическом промежутке Земля – ионосфера для моделей полностью дневного и полностью ночного волноводов, взятых из литературы. Данные расчета противоречат наблюдениям, что, возможно, обусловлено неточностью задания модельной фазовой скорости радиоволн, от которой зависит положение интерференционных минимумов и максимумов поля. Расчет и измерения соответствуют друг другу, если откорректировать фазовую скорость волны на 10%. По-скольку однородные промежутки «полный день» или «полная ночь» не учитывают дифракции радиоволн на терминаторе, делается вывод о необходимости более точного моделирования и выполнении расчетов в неоднородном промежутке Земля – ионосфера. Оброблені записи денних змін амплітуди наднизькочастотної (ННЧ) радіохвилі, що зареєстровано на антарктичній станції “Беллінсгаузен”, довжина траси поширення біля 16 Мм. Середній рівень поля добре узгоджується із літературними даними. У записах присутні денні зміни амплітуди, що зумовлені неоднорідністю нижньої іоносфери день – ніч. Денний рівень поля нижче нічного на 5 - 6 дБ у вертикальній електричній компоненті поля та на 4 – 5 дБ у горизонтальному магнітному полі. Виконано розрахунки поля сферичного хвильовода Земля – іоносфера для моделей повністю денного та повністю нічного хвильовода, які взяті із літератури. Данні розрахунків суперечать спостереженням, що можливо зумовлено хибним завданням модельної фазової швидкості радіохвиль, що визначає розташування інтерференційних мінімумів та максимумів поля. Розрахунки та вимірювання відповідають одне одному, якщо скорегувати фазову швидкість на 10%. Оскільки однорідні проміжності “повний день” або “повна ніч” не враховують дифракції радіохвиль на термінаторі, робиться висновок про необхідність більш точного моделювання та виконання розрахунків у неоднорідному резонаторі Земля - іоносфера. Diurnal amplitude variations were processed of manmade ELF radio wave recorded at the Antarctic station “Bellinshausen”. The propagation path was about 16 Mm long. Average level of the field corresponds to the published data. Diurnal amplitude variations present in the record arise from the day – night non-uniformity of the waveguide. The ambient day level is by 5 – 6 dB lower than that at the ambient night conditions in the vertical electric field component, it is by 4 – 5 dB lower in the horizontal magnetic field. Computational results are presented for the fields in the spherical Earth – ionosphere cavity with the „whole day? and „whole night? ionosphere models taken from literature. Model data contradict to observations. Discrepancy might arise from an inexact value of the model phase velocity of radio waves, which governs the position of interference maxima and minima. Model data match the experiment after the phase velocity is corrected by 10%. Since the „whole day? and the „whole night? ionosphere models do not account for the wave diffraction at the day-night interface, we conclude that more exact modeling is desirable.
first_indexed	2025-12-07T16:02:50Z
format	Article
fulltext	__________ ISSN 1028-821X Радиофизика и электроника, том 12, №2, 2007, с. 345-355 © ИРЭ НАН Украины, 2007 УДК 550.388.2 + 521.37 ВЛИЯНИЕ НЕОДНОРОДНОСТИ ИОНОСФЕРЫ ДЕНЬ – НОЧЬ НА АМПЛИТУДУ СНЧ РАДИОСИГНАЛА А. П. Николаенко Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины, 12, ул. Ак. Проскуры, Харьков, 61085, Украина E-mail: sasha@ire.kharkov.ua Обработаны записи суточных изменений амплитуды сверхнизкочастотной (СНЧ) радиоволны, зарегистрированные на антарктической станции «Беллинсгаузен», длина трассы распространения около 16 Мм. Средний уровень поля хорошо согласуется с литературными данными. В записях присутствуют суточные изменения амплитуды, вызванные неоднородностью ионосферы день – ночь. Дневной уровень поля ниже ночного на 5 – 6 дБ в вертикальной электрической компоненте и на 4 – 5 дБ в горизон- тальной магнитной компоненте. Рассчитано поле в сферическом промежутке Земля – ионосфера для моделей полностью дневного и полностью ночного волноводов, взятых из литературы. Данные расчета противоречат наблюдениям, что, возможно, обусловлено неточностью задания модельной фазовой скорости радиоволн, от которой зависит положение интерференционных минимумов и максимумов поля. Расчет и измерения соответствуют друг другу, если откорректировать фазовую скорость волны на 10%. По- скольку однородные промежутки «полный день» или «полная ночь» не учитывают дифракции радиоволн на терминаторе, делается вывод о необходимости более точного моделирования и выполнении расчетов в неоднородном промежутке Земля – ионосфера. Ил. 10. Табл. 2. Библиогр.: 12 назв. Ключевые слова: распространение радиоволн, неоднородный волновод, терминатор. Радиоволны сверхнизкочастотного (СНЧ) диапазона охватывают частоты от 3 Гц до 3 кГц. Их применяют для зондирования нижней ионо- сферы за счет использования естественных ре- зонансных колебаний сферической полости Зем- ля – ионосфера, которая возбуждается грозовы- ми разрядами всей планеты. Резонансы называ- ют шумановскими, если они наблюдаются на частотах ниже 50 Гц, и поперечными, если ис- следуются спектральные пики около частоты 1,6 кГц и ее гармониках, попадающих в диапа- зон сверхдлинных волн (СДВ). Естественный радиосигнал представляет собой случайную по- следовательность импульсов, пришедших от отдельных молний. Очевидно, что свойства ио- носферы в таком сигнале проявляются косвенно, ее изучение предполагает сложную обработку, не всегда приводящую к успеху. Значительные трудности связаны при этом со случайным и неизвестным распределением молний в про- странстве и во времени. Более надежную информацию об ионо- сфере можно получить с помощью искусствен- ных источников радиоизлучения, однако они обычно работают на частотах выше глобального резонанса [1–5]. Преимущество искусственных источников заключается в контролируемом излу- чении и в известном положении излучателя, но при этом трасса распространения фиксирована. Изменения сигнала легко соотнести со свойства- ми ионосферы на конкретной трассе в заданный момент времени. Недостаток измерений с приме- нением искусственного источника состоит в том, что перенос трассы сопряжен с техническими трудностями, а также в одной, чаще всего един- ственной, частоте излучения. В настоящей работе мы опишем экспери- ментальные результаты, в которых отчетливо на- блюдались изменения амплитуды искусственного СНЧ радиосигнала, вызванные влиянием неодно- родности день – ночь, и обсудим эти данные. 1. Постановка эксперимента. Источни- ком радиоизлучения служил так называемый кольский источник (КИ), (см. рис. 1), координаты и параметры которого известны [4–6]. Излучение КИ уверенно регистрируется на всей планете, о чем свидетельствует спектр (рис. 2), адаптиро- ванный из работы [4]. Здесь показан средний спектр амплитуды поля, наблюдавшийся в Зон- дерстрѐм–фиорде (Гренландия) в течение января 1990 г. Кроме глобального резонанса на частотах 8, 14, 20 Гц и т. д. и хорошо известных гармоник линий электропередачи на 50 и 60 Гц уверенно принимается радиосигнал от КИ на частоте 82 Гц, сравнимый по амплитуде с основной гармоникой местной сети 60 Гц. Не вдаваясь в подробности, которые чи- татель найдет в работе [4], отметим высокий уро- вень сигнала, равный –142,5 дБ на удалении в 16,5 Мм (1 Мм = 1000 км) (Данедин, Новая Зе- ландия) и –151,9 дБ на расстоянии 18,3 Мм (Эр- райвэл Хайтс, Антарктида). Измерялось горизон- тальное магнитное поле Н, перпендикулярное направлению на источник (см. табл. 1 в [4]). Мы представляем результаты регистра- ции искусственного сигнала, выполненные годом ранее (февраль 1989 г.), на советской антарктиче- ской станции «Беллинсгаузен» (62,2 ю. ш. и 59 з. д.) Хорошо известно [1–7], что излучающая антенна, расположение которой показано на рис. 1, создает вертикальный виток тока за счет замыкания в земле. Это эквивалентно горизон- А. П. Николаенко / Влияние неоднородности ионосферы… _________________________________________________________________________________________________________________ 346 тальному магнитному диполю. Максимум диа- граммы близок к направлению горизонтального провода антенны (в нашем случае к линии запад – восток). С приемлемой точностью [6] можно счи- тать, что источником поля служит вертикальный виток тока, его плоскость ориентирована вдоль параллели, а центр находится в точке 68,8 с. ш. и 34,5 в. д. Рис. 1. Расположение горизонтального провода антенны КИ (ВЛ-401) длиной 108 км. Провод ЛЭП заземлен на концах через здания ГЭС – 16 и подстанцию 200 из [6] Рис. 2. Средний амплитудный спектр шумов нижней части СНЧ диапазона, наблюдавшийся в Зондерстрѐм фиорде, Грен- ландия, в январе 1990 г. Спектр вычислен по 1185 обзорным (синоптическим) записям (каждая длительностью 1 мин.), выполнявшимися дважды в час, если присутствовало излуче- ние на частоте 82 Гц. Максимально возможное число таких записей для января равно 1488 из [4] Станция «Беллинсгаузен» расположена на острове Ватерлоо (62,2 ю. ш. и 59 з. д.) и удалена от передающей антенны на расстояние 16,25 Мм. Заметим, что все полярные станции Антарктического полуострова имеют хорошие шансы принять СНЧ сигнал от КИ. Измерения велись попеременно на одну из двух антенн: вер- тикальную электрическую (ЭА) или горизонталь- ную магнитную (МА). Их конструкции были ти- пичными, (см. [2, 7]). Вертикальная ЭА – это ем- костной датчик (собственная емкость активного электрода составляла около 50 пФ), поднятый на металлической мачте высотой около 3 м (см. рис. 3). Входное сопротивление антенного усили- теля достигало 1 ГОм. МА представляла собой секционированный индукционный датчик с 30 тыс. витков, намотанных на ферритовом сердеч- нике длиной 1 м и диаметром около 5 см. Рис. 3. Расположение вертикальной электрической антенны на станции «Беллинсгаузен» Расположение ЭА на станции показано на рис. 3. При ее размещении пришлось исполь- зовать пересеченный рельеф местности, чтобы уйти от прямой видимости антенны штатного КВ передатчика станции, работа которого вызывала перегрузку входных цепей приемных устройств. МА была закопана, чтобы снизить ветровые по- мехи. Она была ориентирована вдоль перпенди- куляра к направлению на источник поля. Рас- стояние от пункта регистрации до антенн состав- ляло около 100 м (МА) и 300 м (ЭА). Приемник прямого усиления представлял собой узкополосный RC усилитель на активных фильтрах верхних и нижних частот. Он обеспечи- вал полосу селекции 0,8 – 1 Гц и был настроен на рабочую частоту. Сигнал с выхода фильтра по- ступал на синхронный детектор, где происходило его дополнительное выделение. Двухплечевой симметричный синхронный детектор имел посто- янную времени около 50 с. Опорный сигнал обеспечивался прецизионным генератором Г3- 110, а его частота отстраивалась от полезного сигнала на 0,01 Гц. Расстройка приводит к появ- лению биений на выходе детектора, если от ан- тенны поступает синусоидальный полезный сиг- нал. Амплитуда биений прямо пропорциональна амплитуде входного сигнала. Если полезный сиг- нал отсутствует, на выходе детектора наблюда- А. П. Николаенко / Влияние неоднородности ионосферы… _________________________________________________________________________________________________________________ 347 ются флуктуации. Чувствительность тракта регу- лярно проверялось дополнительным генератором Г3-110. Калибровка всего комплекса, включая действующую высоту ЭА, была выполнена впо- следствии в морских измерениях на борту НИС «Профессор Зубов» с помощью сигналов СДВ станций (F, B и A) навигационной системы «ОМЕГА» [8]. При этом было установлено, что действующая высота вертикальной ЭА при изме- рениях на суше была близка к 1 м (при высоте металлической мачты 3 м). Сигнал синхронного детектора фиксиро- вался на ленте многоканального самописца, и биения, возникавшие при приходе полезного сиг- нала, уверенно обнаруживалось визуально. Впо- следствии ленты обрабатывались вручную, ам- плитуда биений считывалась, усреднялась за де- сять минут и заносилась в таблицу результатов. Параллельно проводилась дополнитель- ная фильтрация и накопление сигнала с помощью спектроанализатора СК4-72. Для этого выходное напряжение синхронного детектора оцифровыва- лось спектроанализатором с периодом 4 с (режим внешнего запуска), а затем находился текущий спектр временной реализации. Спектральная компонента биений почти точно попадала в 11 канал анализатора. Этот выход дополнительно подводился к одному из каналов самописца. За счет использования СК4-72 удалось поднять вре- мя когерентного накопления до 40 мин, что уве- личило отношение сигнал/шум до значений 10 – 12. Примеры экспериментальных спектров показаны на рис. 4. Два нижних графика отража- ют временные изменения спектров, зарегистри- рованных в вертикальной электрической компо- ненте поля. Верхний график дает спектр горизон- тальной магнитной компоненты, перпендикуляр- ной направлению на источник поля. Показаны образцовые спектры, наблюдавшиеся не столь уж редко. Пик на частоте полезного сигнала стано- вился менее заметным при возрастании локаль- ных помех или в ситуации, когда короткая по- сылка полезного сигнала занимала не весь соро- каминутный временной интервал. 2. Экспериментальные результаты. Обзорная запись результатов наблюдений приве- дена на рис. 5. Верхний график слева показывает непрерывные изменения вертикального электри- ческого поля, а нижний левый – горизонтального магнитного. По оси абсцисс отложено время на- блюдения в днях, где показаны текущие даты февраля 1989 г. (время московское). По верти- кальной оси отложена амплитуда поля в услов- ных единицах. Тонкие линии соответствуют экс- периментальным данным, снятым с СК4-72 с ша- гом 0,5 ч, а жирные линии дают скользящее сред- нее по плюс-минус пяти точкам. Вертикальные линии со стрелками отмечают моменты восхода и захода солнца в пункте наблюдения. U м В Рис. 4. Образцы спектров, накопленных на СК4-72 за 40 мин. Цифры на графиках показывают московское время окончания накопления данных и порядковый номер фрагмента записи Измерения проводились в период, когда моменты восхода и захода солнца можно считать постоянными за все время наблюдений. Горизон- тальная полоса вверху иллюстрирует чередование дня и ночи в пункте наблюдения. Видно, что день заметно длиннее ночи, так как у наблюдателя – полярное лето. Правая колонка графиков рис. 5 содер- жит средние суточные вариации. В ансамбль для электрического поля вошли девять суток измере- ний, а для магнитного поля – шесть суток. Здесь по горизонтальной оси отложено мировое время в часах. Усредненные вариации показаны жирной линией с точками, а вертикальные отрезки пока- зывают доверительный интервал, отвечающий 80%-ной доверительной вероятности. Последо- вавшие морские измерения позволили провести абсолютную калибровку электрической антенны, поэтому наблюдавшееся электрическое поле бы- ло пересчитано в децибеллы относительно 1 В/м. Данные для магнитного поля по-прежнему даны в относительных единицах. С помощью вертикаль- ных линий со стрелками указаны моменты восхо- да и захода солнца в пункте наблюдения. Оче- видно, что уровень обеих компонент поля ночью выше, чем днем. А. П. Николаенко / Влияние неоднородности ионосферы… _________________________________________________________________________________________________________________ 348 Рис. 5. Обзорные графики экспериментальных данных, полученных на антарктической станции «Беллинсгаузен» ____________________________________________ Таким образом, экспериментальные за- писи показывают, что неоднородность ионосфе- ры день – ночь заметно влияет на уровень прини- маемого сигнала. Регулярное возрастание ампли- туды начиналось перед заходом солнца в пункте наблюдения, причем эффект отмечался в обеих компонентах поля. Последнее обстоятельство говорит о его связи с затуханием радиоволн на трассе распространения, когда потери в ночном волноводе уменьшаются. Высокий уровень поля сохранялся всю ночь и заметно уменьшался непо- средственно перед восходом. В момент восхода и сразу после него в амплитуде электрического по- ля наблюдался непродолжительный резкий мак- симум. В течение дня поле оставалось малым, постепенно увеличиваясь к ночи. Поведение маг- нитной компоненты несколько отличалось от по- ведения электрической: узкий локальный пик амплитуды после восхода солнца в записи маг- нитного поля отсутствовал. Обзорный график рис. 5 был построен при «слепом» усреднении данных. Если же в об- работку включить только те интервалы, когда заведомо принимался искусственный сигнал, то мы получим суточные вариации амплитуды, по- казанные на рис. 6. Здесь по оси абсцисс указано мировое время в часах, а средняя амплитуда ис- кусственного сигнала показана в виде гистограм- мы. По оси ординат использована шкала в деци- беллах, где 0 дБ отвечает амплитуде вертикально- го электрического поля в 5 мкВ/м. Как видно, общее поведение амплитуды во времени сохра- нилось, однако диапазон суточных изменений уменьшился, теперь они не превышают 9 дБ, причем средняя дневная амплитуда отличается от ночной приблизительно на 4 дБ при примерно таком же по величине дополнительном максиму- ме амплитуды сразу после восхода. День Ночь  Е  д Б /5 м к В /м Мировое время, ч Рис. 6. Усредненные данные эксперимента по приему искус- ственного сигнала 3. Геометрия эксперимента. Можно предложить несколько вариантов объяснения опытных данных, но в каждом из них окажется Дата в феврале 1989 г Мировое время, ч <H(t) >отн.ед. <Е(t) >дБ 1В/м Ночь День Измерения Сглаживание Восход Заход <  H (t )  > <  Е (t )  > А. П. Николаенко / Влияние неоднородности ионосферы… _________________________________________________________________________________________________________________ 349 существенным положение границы день – ночь (терминатора) относительно трассы распростра- нения. Перечислим возможные механизмы. Ло- кальный пик в электрическом поле после восхода солнца мог быть обусловлен распространением вдоль терминатора волны типа шепчущей гале- реи, пока корреспондирующие пункты находятся вблизи перехода день – ночь. Такое объяснение возможно, если терминатор резкий, т. е. измене- ния ионосферы происходят на малых пространст- венных масштабах. Эффект мог быть обусловлен сложением прямой и отраженной от утреннего терминатора волн. Волна от источника падает на границу день – ночь под скользящим углом (см. ниже), что должно обеспечить хорошее отражение. От- сутствие эффекта в горизонтальном магнитном поле можно связать с ориентацией интерфери- рующих векторов прямой и отраженной от тер- минатора волн. Привычные понятия «трасса распространения» или «отражение волн от терминатора» должны использоваться в диапазоне СНЧ с большой осторожностью. Дей- ствительно, чтобы говорить о «скользящем рас- пространении» или об «отражении» волны, нуж- но сначала оценить «ширину радиолуча», т. е. размер первой зоны Френеля. Эта зона построена на рис. 7, где на картах мира в прямоугольной проекции показаны дуга большого круга, соеди- няющая корреспондентов (геометрическая трасса распространения), и охватывающая ее первая зо- на Френеля. ________________________________________________ Рис. 7. Карта мира с нанесенной трассой распространения и первой зоной Френеля. Положения утреннего (слева) и вечернего (справа) терминаторов в различные моменты мирового времени указанны на графике цифрами ______________________________________________________ Источник и наблюдатель расположены в северном и южном полушариях и обозначены ромбами. Рисунок показывает ширину «радиолу- ча» или «трассы распространения» (первую зону Френеля). Здесь же тонким контуром, прилегаю- щим к геодезической линии источник – приемник, обозначена «зона 500» – это первая зона Френеля, получаемая при повышении рабо- чей частоты в 500 раз, т. е. до 4,1 кГц. Из-за большой длины трассы и низкой рабочей частоты первая зона Френеля охватывает примерно 110 по долготе, так что в нее почти полностью попа- дают Африка и Южная Америка. Даже ширина «зоны 500» оказывается близкой к 4, терминатор проходит это расстояние на экваторе примерно за четверть часа. Ясно, что граница день – ночь бу- дет пересекать первую зону Френеля около 6 ч (если мы говорим о равноденствии, когда эта гра- ница совпадает с меридианом). Ожидать отраже- ний при таких неимоверно размытых «лучах» по- видимому неуместно, как впрочем неуместно говорить и о волнах типа шепчущей галереи. Интуитивно ясно, что можно попытаться разбить сутки на четыре примерно одинаковых периода. В течение одного из них вся трасса на- ходится на освещенной стороне Земли, в течение другого – она расположена в ночном полушарии, а два оставшихся интервала отвечают «смешан- ным условиям распространения». К сожалению, эти ожидания оказались далеки от реальности. На рис. 8 приведены две системы геодезических ли- ний. Это дуги большого круга, соответствующие последовательным положениям границы день – ночь (терминатора) на восходе (левый график) и на заходе солнца (правый график). Расчет выпол- нен на 10 февраля 1989 г. Моменты мирового времени, отвечающие линиям терминатора, ука- заны на соответствующих линиях цифрами. Как видно из левого графика рис. 7, ут- ренний терминатор практически «параллелен» трассе. Когда мировое время равно 7,5 ч, то в точке источника солнце уже взошло, а сам восход попадает в точку трассы, лежащей примерно на Гринвичском меридиане. «Параллельный» тер- минатор пересекает геометрическую трассу рас- пространения очень быстро, чуть дольше, чем за один час (соответствующие времена построены на рис. 8). Долгота, [0] Долгота, [0] ВОСХОД ЗАХОД Трасса распространения и положение терминатора на 10 февраля Ш и р о та , [0 ] А. П. Николаенко / Влияние неоднородности ионосферы… _________________________________________________________________________________________________________________ 350 Что же касается вечернего терминатора, то он почти перпендикулярен трассе и поэтому пересекает ее около 11 ч. Рис. 8. Расчетные времена восходов и заходов солнца (миро- вое время в часах) на поверхности Земли в точке расположе- ния передатчика и приемника Восход солнца в феврале происходит почти в одновременно на всей трассе распростра- нения, хотя долготы источника и наблюдателя отличаются более, чем на 90 (шесть часовых поясов). Долготная зависимость времен восхода и захода солнца в точках трассы для 10 февраля показана на рис. 8. Здесь по горизонтальной оси отложена долгота в градусах, а по вертикальной – мировое время в часах. Время восхода на трассе показано кривой с треугольниками вершиной вверх (восход), а времена захода – кривой с треугольниками вершиной вниз (заход). Видно, что над источником восход приходится на 6, 7 ч. мирового времени, а заход – на 13,5 ч. У наблю- дателя те же события происходят в 8 и в 24,5 ч мирового времени соответственно. Таким образом, периоды восхода и захода на трассе сильно отличаются по длительности. С 8 до 13,5 ч мирового времени трасса распространения находится на дневной стороне Земли, а с 0,5 по 6,7 ч – на ночной. С 6,7 по 8 ч (1,3 ч) и с 13,5 по 24,5 ч (11 ч) трасса распространения – «смешанная». Указанные времена относятся к чисто геометрической, идеальной трассе. Если же учесть размер первой зоны Френеля, то даже на «параллельной трассе» утренний терминатор должен влиять на поле, начиная с 3,5 и закачивая 12 ч мирового времени. 4. Интерпретация экспериментальных данных с помощью элементарных соображе- ний. Наблюдавшиеся изменения амплитуды, строго говоря, необходимо объяснять с помощью дифракции радиоволн на неоднородности день – ночь [7, 9]. Такое рассмотрение громоздко и тре- бует отдельной публикации. Мы приводим про- стейшие оценки характера и величины суточных изменений поля, базирующиеся на самых совре- менных данных о распространении искусственно- го СНЧ радиосигнала [3, 4]. Переход от дня к ночи приводит к одно- временному изменению двух параметров волно- вода: постоянной распространения и высоты нижней ионосферы. В ночных условиях затуха- ние радиоволн уменьшается, и при прочих рав- ных условиях амплитуда поля должна возрастать. Однако ночная ионосфера начинается выше, по- этому коэффициент возбуждения поля, обратно пропорциональный высоте ионосферы над при- емником и передатчиком, уменьшается ночью. Так переход от дневных условий к ночным связан с эффектами, действующими во взаимно проти- воположных направлениях. Заранее неясно, какой из них окажется сильнее. Мало того, существует такая дистанция от источника, когда оба эффекта взаимно компенсируются, и амплитуда поля должна оставаться неизменной при переходе от дня к ночи. Оценка этой дистанции с учетом гео- метрического расширения фронта радиоволны и сферичности волновода была приведена в работе [4], где она оказалась равна ~3 Мм. В работе [3] подведены итоги многолет- них измерений сигналов Висконсинского СНЧ передатчика (Wisconsin Test Facility – WTF) и указаны эффективные параметры волновода, най- денные из опытных данных. Мы воспользуемся данными для частоты 76 Гц (см. табл. 1). Незна- чительное отличие частоты, на которой проводи- лись измерения, практически не повлияет на их величину, так утверждается в работах [3, 4]. Как видно из табл. 1, дневные и ночные постоянные распространения отличаются от среднего значе- ния примерно на 6% в реальной части (фазовая скорость) и на 20% в мнимой части (затухание), что согласуется с независимыми литературными моделями постоянной распространения на СНЧ [4, 7, 9, 10]. На рис. 9 мы приводим результаты изме- рений и сопоставляем их с простыми моделями. Линия с ромбами была получена сле- дующим образом. Поскольку изменения погонно- го затухания от дневных условий к ночным со- ставляют 0,51 дБ/Мм, а длина трассы распростра- нения равна 16,25 Мм, то ночной уровень поля должен превышать дневной на 8,3 дБ. Однако дневная ионосфера расположена ниже, чем ноч- ная, и изменения множителя возбуждения дейст- вуют в противоположном направлении, увеличи- вая поле в дневном волноводе на 2,3 дБ (см. табл. 1). Поэтому при переходе от дня к ночи уровень поля должен увеличиться на 6 дБ. Вы- брав дневной уровень поля равным 1 дБ и линей- но интерполируя изменения амплитуды во вре- мени, мы и получаем «линейные изменения» во времени (линия с ромбами на рис. 9), которые не так уж плохо согласуются с измерениями. ДЕНЬ НОЧЬ НОЧЬ А. П. Николаенко / Влияние неоднородности ионосферы… _________________________________________________________________________________________________________________ 351 Таблица 1 Параметры дневного и ночного волноводов, использованные в вычислениях Величина Дневные условия Ночные условия Среднее Отклонения от среднего Погонное затухание  , дБ/Мм 1,33 0,82 1,075 0,255 Обратная фазовая скорость , c/V 1,245 1,12 1,1825 0,625 «Электрическая вы- сота» hE , км 55,1 75,6 65,35 10,25 «Магнитная высота» hM , км 75,6 91,5 83,55 7,95 Коэффициент воз- буждения, дБ 0,8 3,1 0,8209 0,091 S 1,245 – i 0,089 1,12 – i 0,055 1,1825 – i 0,072 0,0625 – i 0,017  13,12 – i 0,973 11,76 – i 0,6 12,44 – i 0,7865 0,68 – i 0,1865 ______________________________________________________ Рис. 9. Данные эксперимента Сплошная кривая на рис. 9 показывает результаты иного расчета. Здесь отличия в мно- жителе возбуждения поля игнорируются, но при этом более корректно учитываются временные изменения длины дневного и ночного участков трассы распространения. С этой целью были най- дены координаты точки М (k, k), лежащей на геометрической трассе распространения, такой что в фиксированный момент мирового времени здесь наблюдается восход или заход солнца. Точ- ка М делит трассу на дневную и ночную части, и мы рассчитываем текущую амплитуду ук, изме- ряемую в децибеллах, по формуле 1,33 0,82k D Ny d d   , (1) где dD – длина освещенного, а dN – длина зате- ненного участка трассы. Расчетные изменения амплитуды теперь не столь прямолинейны (сплошная линия на рис. 9), однако их диапазон оказывается завышенным из-за пренебрежения изменениями в коэффициенте возбуждения поля. Упрощенные оценки в обоих случаях хо- рошо согласуются с наблюдениями, но при этом остаются особенности, не объясняемые элемен- тарными соображениями. Например, рост поля в точке наблюдения после прохода утреннего тер- минатора над передатчиком и его приближении к наблюдателю. При этом трасса распространения и граница день – ночь почти полностью совпада- ют. Объяснение, связанное с отражением радио- волн от терминатора, уже упоминалось. Действи- тельно, коэффициент отражения волн при сколь- зящих углах падения велик, а разность хода пря- мой и отраженной волн может обеспечить интер- ференционный максимум. Однако корреспонден- ты должны располагаться по одну сторону от терминатора, тогда как рост амплитуды наблю- дался после восхода солнца над источником, но перед восходом в пункте наблюдения. Эта деталь исключает как отражения от терминатора, так и механизм типа волн шепчущей галереи. Можно предложить еще одно объясне- ние. Известно, что излучение антенны КИ в вол- новод Земля – ионосфера создается как бы двумя разнесенными в пространстве вертикальными электрическими диполями с противоположными токами. Наблюдатель регистрирует разность по- лей, излученных этими диполями. Расстояние между диполями равно длине горизонтального провода 108 км, соединяющего заземления [6]. Это расстояние много меньше длины волны, и в однородном промежутке Земля – ионосфера можно получить выражения для полей с помо- щью простого дифференцирования [1, 2]. Макси- мум излучения направлен вдоль линии разноса диполей, поэтому источник, показанный на рис. 1, излучает вдоль параллели. Ситуация изме- нится в неоднородном промежутке, когда высота День Ночь А. П. Николаенко / Влияние неоднородности ионосферы… _________________________________________________________________________________________________________________ 352 ионосферы над одним из диполей станет отли- чаться от высоты над другим. Равенство коэффи- циентов возбуждения вертикальными диполями нарушится, и диаграмма направленности повер- нется и исказится. На восходе излучение восточ- ного диполя увеличится, а западного – останется прежним. Тогда диаграмма направленности по- вернется, изменится глубина и положение мини- мумов, а также величина максимумов излучения. Экспериментальные данные качественно соответ- ствуют такому эффекту, так как восход солнца над передатчиком сопровождается возрастанием поля, а заход – связан с его уменьшением, правда не столь заметным. Приведенные соображения имеют каче- ственный характер. Работы об излучении рамоч- ной СНЧ антенны под неоднородной по высоте ионосферой нам не известны, а имеющиеся экс- периментальные данные характеризуются весьма скромной статистикой. Для уверенных выводов необходимы специальные исследования и более обширный экспериментальный материал. 5. Поля в модели полностью дневного и полностью ночного промежутков Земля– ионосфера. До сих пор мы не использовали фор- мальное описание распространения СНЧ радио- волн и оперировали понятиями задачи с плоской геометрией. Изменения амплитуды поля с дис- танцией в замкнутой сферической полости немо- нотонны. Поле вначале убывает, но при подходе к антиподу источника возрастет и начинает осцил- лировать. Ниже мы приведем дистанционные зависимости амплитуды в однородном резонаторе Земля – ионосфера с полностью ночной или пол- ностью дневной ионосферой. Такой расчет позво- лит оценить максимальную величину и характер изменений амплитуды в неоднородном проме- жутке. Вертикальная электрическая и горизон- тальные магнитные компоненты поля, создавае- мые рамочной СНЧ антенной, описываются сле- дующими уравнениями [2, 7]: ________________________________________________      1 3 0 cos1 cos sin4 a                E Pi M E h ; (2)        1 2 cos 1 cos ctg cos 4 a sin                             M M H P P h ; (3)            sin cos sin 4 1 2   P ah M H M . (4) ______________________________________________________ Здесь а – радиус Земли; M () – эквивалентный магнитный момент рамочной антенны в Ам2 ; множители cos () и sin() учитывают угловую диаграмму направленности излучающей антенны (угол  отсчитывается от направления на восток из центра антенны); 0 – диэлектрическая прони- цаемость вакуума; hE и hM – электрическая и маг- нитная высоты ионосферы соответственно;  – угловое расстояние от центра антенны до наблю- дателя; P[cos (  )], P 1 [cos(  )] – функ- ция и присоединенная функция Лежандра. В рас- четах принято, что источник имеет момент тока M() = 10 11 Ам 2 (см. [4 – 6]). Соотношения (2) – (4) легко получить из решения для вертикального электрического ди- поля в промежутке Земля – ионосфера [1, 2, 7]. Поскольку на СНЧ горизонтальные токи не излу- чают, рамка представляет собой комбинацию двух разнесенных вертикальных электрических диполей [1, 2]. Принимаемое поле есть разность излучений разнесенных диполей. На расстояни- ях, больших по сравнению с размерами антенны, разность заменяется дифференциалом поля по угловому расстоянию  с учетом ориентации рамки. Так получают формулы (2) – (4). Если наблюдатель удален от источника на расстояние, сравнимое с размером антенны, фор- мулы изменятся. Например, компонента поля  в центре рамочной антенны (и его антиподе) точно обратится в нуль, свойство, не учитываемое в (3). Поле  в центре антенны и ее антиподе отличает- ся от (4), оно не равно нулю и направлено перпен- дикулярно плоскости рамки, как и полагается по- лю витка тока. Поскольку мы используем большие расстояния от антенны и от ее антипода, формулы (2) – (4) остаются применимыми. При выполнении расчета зависимостей монохроматического поля от дистанции был использован алгоритм ускорения сходимости рядов зональных гармоник, предло- женный в работе [11] и подробно описанный в [7]. Постоянная распространения СНЧ ра- диоволн () связана с параметрами, перечис- ленными в табл. 1 следующими уравнениями     22 1  Ska , (5) где  – круговая частота; k = /с – волновое чис- ло в свободном пространстве. Комплексный си- нус угла падения волны на ионосферу находят из уравнения [12]  i 5,49  S c V f , (6), А. П. Николаенко / Влияние неоднородности ионосферы… _________________________________________________________________________________________________________________ 353 откуда   2141 22   Ska . (7) Результаты расчета амплитуд полей E(D) и H(D) показаны на рис. 10, где вдоль оси абс- цисс отложена дистанция от центра передающей антенны D, измеренная в мегаметрах. Вдоль вер- тикальных осей отложена амплитуда поля. Элек- трическое поле измеряется в децибеллах относительно 1 В/м, а магнитное – относительно 1 А/м. Вставки на графиках подробно показывают поведение поля в окрестности станции «Беллинс- гаузен». Сплошные линии отвечают полям, рас- считанным в модели «полностью ночного волно- вода», а кривые с точками – полям «полностью дневного волновода». ___________________________________________ а) б) Рис. 10. Дистанционные зависимости полей рамочной антенны в сферической полости Земля – ионосфера для двух моделей посто- янной распространения: а) – исходная модель, взятая из литературных данных [3]; б) – модифицированная фазовая скорость ______________________________________________________ В сферическом промежутке Земля – ионосфера амплитуда убывает с расстоянием, если дистанция до источника меньше 8 – 10 Мм, сюда доходит очень слабая антиподная волна. С увеличением расстояния амплитуда антиподной волны возрастает, и на графике появляются ин- терференционные замирания. Амплитуда замира- ний превышает изменения поля, связанные с пе- реходом от полностью ночного волновода к дневному, если расстояние до источника превос- ходит 17 Мм. Как и ожидалось, уровень поля на малых расстояниях в дневном волноводе выше, чем в ноч- ном, что обусловлено изменением коэффициента возбуждения волн. Амплитуды в дневном и ночном волноводах становятся равными на дистанциях око- ло 6 Мм для магнитного поля и 8 - 12 Мм – для электрического. Эта величина превышает 3 Мм, указанные в работе [4], где игно-рировалась ин- терференция и использовалась другая модель волновода. Модель постоянной распространения [3] предсказывает, что на станции «Беллинсгау- зен» амплитуда электрического поля в «полно- стью дневном» промежутке превышает на 3 дБ поле «полностью ночного» промежутка. В маг- нитном же поле ситуация обратная – ночной уро- вень превышает дневной на 8 дБ (см. табл. 2). Эти данные противоречат результатам наблюде- ний, что вероятнее всего свидетельствует о по- грешности в модели фазовой скорости волны. На рис. 10 горизонтальными линиями на вставках показаны расчетные уровни поля в дневных и ночных условиях. Видно, что противо- речие действительно может быть вызвано интер- ференцией. Так, в модели [3] (левые графики) на дистанции в 16,75 Мм наблюдается уменьшение от ночи ко дню, равное 8 дБ в электрическом по- ле и на 3 дБ в магнитном. Очевидно, что для со- ответствия эксперименту следует поправить ве- личину фазовой скорости в модели [3]. Малое изменение Re{}, равное /64  0,05 радиан А. П. Николаенко / Влияние неоднородности ионосферы… _________________________________________________________________________________________________________________ 354 (около 0,4%), сдвинет интерференционный ми- нимум поля на место максимума. Поскольку по- стоянная распространения в литературе оценива- лась по измерениям на трассах, не превышавших две длины волны, фазовые набеги не могли быть большими, и числовые значения параметра c/V могли оказаться недостаточно точны. Экспери- ментальные данные говорят о необходимости поправить эту модель. Дистанционные зависимости поля на рис. 10 показаны в исходной модели [3] и в ли- нейной модели постоянной распространения, ос- нованной на данных шумановского резонанса [7, 10], когда используется частотная зависимость вида:     706221 fifif   . Мы учли неоднородность день – ночь в этой модели, как изменение фазовой скорости волны на 10%, а все остальные параметры брали из модели [3]: Re{1}D = 14,666 и Re{1}N = 12,0, что отвечает обратным фазовым скоростям c/VD = 1,3872 и c/VN = 1,232. Индекс D обозначает дневной вол- новод, а индекс N – ночной. Малая поправка к фазовой скорости сдвинула картину интерферен- ции на рис. 10. На вставках вертикальной линией обозначена длина трассы, а горизонтальными линями с надписями «день» и «ночь» – уровни поля полностью дневного и ночного волноводов. Как видно, модификация приводит к желаемому результату, и дневной уровень оказывается ниже ночного в обеих компонентах поля. На расстоянии 16,3 Мм изменения от ночи ко дню составляют 3 дБ в электрическом поле и 9 дБ в магнитном, что ближе к измерениям. Ко- нечно, можно подобрать такую модель, чтобы уровень поля изменялся, как в наблюдениях. Во- прос об адекватности такой модели все равно ос- танется открытым, поскольку не ясно, что про- изойдет на других, тоже значительных дистанциях в зоне интерференции, для которых пока еще нет экспериментальных данных. Очевидно, что жела- тельно измерить постоянную распространения в нескольких точках на большом удалении от источ- ника. Тогда интерференция прямой и антиподной волн позволила бы уточнить фазовую скорость. Нами применялся упрощенный подход: чисто дневной или чисто ночной волновод. Оче- видно, что неоднородность день – ночь изменяет пространственное распределение поля. Пусть, например, КИ находится прямо под терминато- ром, а изменениями в диаграмме излучения мы можем пренебречь. Тогда антипод источника сдвинется в дневное полушарие, поскольку ам- плитуда волн, пришедших с ночной стороны окажется выше чем у волн, пришедших из днев- ной половины. Исказится и положение интерфе- ренционных узлов поля. Подобные эффекты не описываются моделями чисто дневного или чисто ночного промежутков. Поэтому модифициро- ванную модель постоянной распространения же- лательно испытать в неоднородном резонаторе. Такая задача должна быть рассмотрена отдельно, что мы надеемся сделать в будущем. ___________________________________________ Таблица 2 Расчетные уровни поля на станции «Беллинсгаузен» в моделях дневного и ночного волноводов Дистанция D, Мм Поле EД, дБ (день) Поле ЕН, дБ (ночь) Разность EД–ЕН Поле НД, дБ (день) Поле НН, дБ (ночь) Разность НД–НН 16,3 91,598 94,989 3,4 127,31 129,51 -8 16,75 96,606 88,231 8,4 125,61 133,26 2,4 ______________________________________________________ Выводы. Нами были обработаны записи амплитуды СНЧ радиоволны, выполненные на большом расстоянии от источника. Предсказания опубликованных моделей хорошо согласуются с измеренным средним уровнем поля. В эксперименте уверенно наблюдается пере- ход день – ночь. Дневной уровень ниже ночного на 5 – 6 дБ в вертикальной электрической компо- ненте и на 4 – 5 дБ в горизонтальной магнитной компоненте. Величина изменений и их временной характер согласуются как с общими представле- ниями об изменении затухания поля и коэффици- ента возбуждения волновода, так и с расположе- нием трассы распространения относительно ут- реннего и вечернего терминаторов. Модели распространения в полностью ноч- ном или полностью дневном волноводе дают данные, противоречащие опытным. Отклонения вероятнее всего обусловлены неточностями в задании фазовой скорости радиоволны ибо она определяет положение интерференционных ми- нимумов и максимумов поля. 10%-ная коррекции фазовой скорости позволяет согласовать модель с экспериментом. Необходимо уточнить модель распространения, с помощью изменений ампли- туды и фазы СНЧ радиоволн в удаленных пунк- тах наблюдения. Желательно иметь дистанцион- ные разрезы поля, охватывающие несколько ин- терференционных минимумов и максимумов. Подобные уточнения не рассматривают дифракцию радиоволн на границе день – ночь. Решение такой задачи планируется в будущем при использовании представленной в настоящей работе уточненной модели распространения. Автор выражает искреннюю благодар- ность И. Лесникову за активное участие в изме- А. П. Николаенко / Влияние неоднородности ионосферы… _________________________________________________________________________________________________________________ 355 рениях 34-й Советской Антарктической Экспе- диции. Обработка данных была выполнена при поддержке гранта №2070 НТЦУ. 1. Chang D. C., Wait J. R. ELF propagation along a horizontal wire located above or buried in the earth // IEEE Trans. Com- munications. - 1974. - Com-22. - P. 421427. 2. Burrows M. L. ELF communications antennas. – London: Peter Peregrinus, 1978. - 245 p. 3. Bannister P. R. Further examples of seasonal variations of ELF radio propagation parameters // Radio Science. - 1999. - 34. - P.199-208. 4. Fraser-Smith, A.C. and P.R. Bannister, Reception of ELF signals at antipodal distances// Radio Science. - 1998. - 33. - P.83-88. 5. Велихов Е. П., Жамалетдинов А. А., Собчаков Л. А. и др. Опыт частотного электромагнитного зондирования земной коры с применением мощной антенны СНЧ – диапазона. // Докл. РАН. - 1994. - 338. - C.106 -109. 6. Беляев П. П., Поляков С. В., Ермакова Е. Н. и др. Первые эксперименты по генерации и приему искусственных УНЧ излучений (03 – 12 Гц) на дистанции 1500 км // Изв. вузов. Радиофизика. - 2002. - 45. - C.151-162. 7. Nickolaenko A. P., Hayakawa M. Resonances in the Earth- ionosphere cavity. – Dordrecht-Boston-London: Kluwer Aca- demic Publishers, 2002. - 380 p. 8. Nickolaenko A. P. ELF/VLF Propagation measurements in the Atlantic during 1989 // J. Atmos. Terr. Phys. - 1995. - 57. - C.821-833. 9. Николаенко А. П. Рассеяние СНЧ радиоволн на глобаль- ных неоднородностях полости Земля - ионосфеpa // Изв. вузов. Paдиофизикa - 1986 - 29. - C.33-40. 10. Nickolaenko A. P. ELF radio wave propagation in a locally non-uniform Earth-ionosphere cavity // Radio Science - 1994. - 29. - P.1187-1199. 11. Николаенко А. П., Рабинович Л. М. Ускорение сходимости рядов зональных гармоник в задаче о шумaновском резо- нансе.- Харьков, 1972.- 20 с. (Препр./AН УССP. Ин-т ра- диофизики и электрон.; № 18). 12. Wait J. R. Electromagnetic waves in stratified media. - Oxford, New York, Paris: Pergamon Press - 1962. - 382 p. IMPACT OF IONOSPHERE DAY – NIGHT NON-UNIFORMITY ON AMPLITUDE OF ELF RADIO SIGNAL A. P. Nickolaenko Diurnal amplitude variations were processed of man-made ELF radio wave recorded at the Antarctic station “Bellinshausen”. The propagation path was about 16 Mm long. Average level of the field corresponds to the published data. Diurnal amplitude varia- tions present in the record arise from the day – night non- uniformity of the waveguide. The ambient day level is by 5 – 6 dB lower than that at the ambient night conditions in the vertical elec- tric field component, it is by 4 – 5 dB lower in the horizontal mag- netic field. Computational results are presented for the fields in the spherical Earth – ionosphere cavity with the „whole day‟ and „whole night‟ ionosphere models taken from literature. Model data contradict to observations. Discrepancy might arise from an in- exact value of the model phase velocity of radio waves, which governs the position of interference maxima and minima. Model data match the experiment after the phase velocity is corrected by 10%. Since the „whole day‟ and the „whole night‟ ionosphere models do not account for the wave diffraction at the day-night interface, we conclude that more exact modeling is desirable. Key words: radio waves propagation, non-uniform duct, termi- nator. ВПЛИВ НЕОДНОРІДНОСТІ ІОНОСФЕРИ ДЕНЬ-НІЧ НА АМПЛИТУДУ ЗНЧ РАДІОСИГНАЛУ О. П. Ніколаєнко Оброблені записи денних змін амплітуди наднизь- кочастотної (ННЧ) радіохвилі, що зареєстровано на антаркти- чній станції “Беллінсгаузен”, довжина траси поширення біля 16 Мм. Середній рівень поля добре узгоджується із літератур- ними даними. У записах присутні денні зміни амплітуди, що зумовлені неоднорідністю нижньої іоносфери день – ніч. Денний рівень поля нижче нічного на 5 - 6 дБ у вер- тикальній електричній компоненті поля та на 4 – 5 дБ у гори- зонтальному магнітному полі. Виконано розрахунки поля сферичного хвильовода Земля – іоносфера для моделей повні- стю денного та повністю нічного хвильовода, які взяті із літе- ратури. Данні розрахунків суперечать спостереженням, що можливо зумовлено хибним завданням модельної фазової швидкості радіохвиль, що визначає розташування інтерфере- нційних мінімумів та максимумів поля. Розрахунки та вимі- рювання відповідають одне одному, якщо скорегувати фазову швидкість на 10%. Оскільки однорідні проміжності “повний день” або “повна ніч” не враховують дифракції радіохвиль на термінаторі, робиться висновок про необхідність більш точно- го моделювання та виконання розрахунків у неоднорідному резонаторі Земля - іоносфера. Ключові слова: поширення радіохвиль, неонорід- ний хвилевід, термінатор. Рукопись поступила 26 февраля 2007 г.
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-10808
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	1028-821X
language	Russian
last_indexed	2025-12-07T16:02:50Z
publishDate	2007
publisher	Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України
record_format	dspace
spelling	Николаенко, А.П. 2010-08-06T16:18:30Z 2010-08-06T16:18:30Z 2007 Влияние неоднородности ионосферы день – ночь на амплитуду СНЧ радиосигнала / А.П. Николаенко // Радіофізика та електроніка. — 2007. — Т. 12, № 2. — С. 345-355. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 1028-821X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/10808 550.388.2 + 521.37 Обработаны записи суточных изменений амплитуды сверхнизкочастотной (СНЧ) радиоволны, зарегистрированные на антарктической станции «Беллинсгаузен», длина трассы распространения около 16 Мм. Средний уровень поля хорошо согласуется с литературными данными. В записях присутствуют суточные изменения амплитуды, вызванные неоднородностью ионосферы день – ночь. Дневной уровень поля ниже ночного на 5 – 6 дБ в вертикальной электрической компоненте и на 4 – 5 дБ в горизонтальной магнитной компоненте. Рассчитано поле в сферическом промежутке Земля – ионосфера для моделей полностью дневного и полностью ночного волноводов, взятых из литературы. Данные расчета противоречат наблюдениям, что, возможно, обусловлено неточностью задания модельной фазовой скорости радиоволн, от которой зависит положение интерференционных минимумов и максимумов поля. Расчет и измерения соответствуют друг другу, если откорректировать фазовую скорость волны на 10%. По-скольку однородные промежутки «полный день» или «полная ночь» не учитывают дифракции радиоволн на терминаторе, делается вывод о необходимости более точного моделирования и выполнении расчетов в неоднородном промежутке Земля – ионосфера. Оброблені записи денних змін амплітуди наднизькочастотної (ННЧ) радіохвилі, що зареєстровано на антарктичній станції “Беллінсгаузен”, довжина траси поширення біля 16 Мм. Середній рівень поля добре узгоджується із літературними даними. У записах присутні денні зміни амплітуди, що зумовлені неоднорідністю нижньої іоносфери день – ніч. Денний рівень поля нижче нічного на 5 - 6 дБ у вертикальній електричній компоненті поля та на 4 – 5 дБ у горизонтальному магнітному полі. Виконано розрахунки поля сферичного хвильовода Земля – іоносфера для моделей повністю денного та повністю нічного хвильовода, які взяті із літератури. Данні розрахунків суперечать спостереженням, що можливо зумовлено хибним завданням модельної фазової швидкості радіохвиль, що визначає розташування інтерференційних мінімумів та максимумів поля. Розрахунки та вимірювання відповідають одне одному, якщо скорегувати фазову швидкість на 10%. Оскільки однорідні проміжності “повний день” або “повна ніч” не враховують дифракції радіохвиль на термінаторі, робиться висновок про необхідність більш точного моделювання та виконання розрахунків у неоднорідному резонаторі Земля - іоносфера. Diurnal amplitude variations were processed of manmade ELF radio wave recorded at the Antarctic station “Bellinshausen”. The propagation path was about 16 Mm long. Average level of the field corresponds to the published data. Diurnal amplitude variations present in the record arise from the day – night non-uniformity of the waveguide. The ambient day level is by 5 – 6 dB lower than that at the ambient night conditions in the vertical electric field component, it is by 4 – 5 dB lower in the horizontal magnetic field. Computational results are presented for the fields in the spherical Earth – ionosphere cavity with the „whole day? and „whole night? ionosphere models taken from literature. Model data contradict to observations. Discrepancy might arise from an inexact value of the model phase velocity of radio waves, which governs the position of interference maxima and minima. Model data match the experiment after the phase velocity is corrected by 10%. Since the „whole day? and the „whole night? ionosphere models do not account for the wave diffraction at the day-night interface, we conclude that more exact modeling is desirable. Автор выражает искреннюю благодарность И. Лесникову за активное участие в измерениях 34-й Советской Антарктической Экспедиции. Обработка данных была выполнена при поддержке гранта №2070 НТЦУ. ru Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України Распространение и рассеяние волн Влияние неоднородности ионосферы день – ночь на амплитуду СНЧ радиосигнала Вплив неоднорідності іоносфери день- ніч на амплитуду ЗНЧ радіосигналу Impact of ionosphere day – night non-uniformity on amplitude of ELF radio signal Article published earlier
spellingShingle	Влияние неоднородности ионосферы день – ночь на амплитуду СНЧ радиосигнала Николаенко, А.П. Распространение и рассеяние волн
title	Влияние неоднородности ионосферы день – ночь на амплитуду СНЧ радиосигнала
title_alt	Вплив неоднорідності іоносфери день- ніч на амплитуду ЗНЧ радіосигналу Impact of ionosphere day – night non-uniformity on amplitude of ELF radio signal
title_full	Влияние неоднородности ионосферы день – ночь на амплитуду СНЧ радиосигнала
title_fullStr	Влияние неоднородности ионосферы день – ночь на амплитуду СНЧ радиосигнала
title_full_unstemmed	Влияние неоднородности ионосферы день – ночь на амплитуду СНЧ радиосигнала
title_short	Влияние неоднородности ионосферы день – ночь на амплитуду СНЧ радиосигнала
title_sort	влияние неоднородности ионосферы день – ночь на амплитуду снч радиосигнала
topic	Распространение и рассеяние волн
topic_facet	Распространение и рассеяние волн
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/10808
work_keys_str_mv	AT nikolaenkoap vliânieneodnorodnostiionosferydenʹnočʹnaamplitudusnčradiosignala AT nikolaenkoap vplivneodnorídnostííonosferidenʹníčnaamplituduznčradíosignalu AT nikolaenkoap impactofionospheredaynightnonuniformityonamplitudeofelfradiosignal

Влияние неоднородности ионосферы день – ночь на амплитуду СНЧ радиосигнала

Репозитарії

Схожі ресурси