§ 4.14. Распространение радиоволн, направленных под произвольным углом к постоянному магнитному полю

Пусть волна распространяется в направлении оси z, а вектор напряженности постоянного магнитного поля H‾₀ составляет с осью z угол γ. Вектор Н‾₀ можно разложить на две составляющие (рис. 4.19, а):

Рис. 4.19. Распространение радиоволн под произвольным углом к постоянному магнитному полю: а - к пояснению понятий продольной и поперечной составляющих магнитного поля; б - области применимости квазипродольного и квазипоперечного приближений

В соответствии с этим можно определить

Рассматривая уравнение движения электрона в общем случае, после довольно громоздких выкладок получаем следующее выражение для относительной диэлектрической проницаемости ионизированного газа [9]:

В общем случае волна распадается на две составляющие, распространяющиеся с различными фазовыми скоростями, что характеризуется различными знаками перед квадратной скобкой в знаменателе формулы (4.98). Обе составляющие оказываются поляризованными по эллипсу и претерпевают различное поглощение.

Из выражения (4.98) видно, что его можно упростить и свести к продольному и поперечному распространению волн.

Действительно, если

то последним членом в знаменателе выражения (4.98) можно пренебречь, в результате чего получим два значения ε, соответствующие обыкновенной и необыкновенной волнам при распространении в поперечном магнитном поле. Это случай квазипоперечного распространения волн.

Если

то, пренебрегая малым членом, получим значения ε, соответствующие продольному распространению радиоволн. Это случай квазипродольного распространения волн.

Необходимо отметить, что выполнение неравенств (4.99) и (4.100) зависит не только от направления постоянного магнитного поля, т. е. от соотношения ω_поп и ω_пр, но и от отношения ω₀/ω. Очевидно, если ω₀/ω → 1, то даже при малых углах γ распространение волн является квазипоперечным. При ω₀/ω << 1 в широком диапазоне изменения углов γ распространение волн является квазипродольным.

Поскольку условие ω₀/ω = 1 выполняется в области, где происходит отражение радиоволн, а условие ω₀/ω << 1 соответствует прохождению волн в ионизированном газе, можно сделать вывод, что при отражении имеет место квазипоперечное распространение, а при прохождении - квазипродольное распространение волн. Рис. 4.19,б иллюстрирует это положение.

Здесь по оси абсцисс отложены углы γ в градусах, а по оси ординат величины f - f₀ в мегагерцах. Кривая 1 соответствует равенству правой и левой частей выражения (4.99), кривая 2 - условию  

кривая 3 - условию  

Таким образом, область левее кривой 2 характерна для квазипродольного распространения, а область правее кривой 3 - для квазипоперечного распространения радиоволн.

Наибольшее влияние на распространение радиоволн магнитное поле оказывает в том случае, когда рабочая частота близка к гирочастоте. Для ионосферы это соответствует средним волнам. Однако такое явление, как поворот плоскости поляризации, наблюдается в диапазоне коротких волн и даже в диапазоне УКВ.