§ 4.19. Измерение электронной плотности фазометрическим методом

Данные о распределении электронной плотности по всему вертикальному разрезу атмосферы можно получить при условии, если источник излучения радиоволн с частотами, превышающими критические частоты ионосферных слоев, перемещается по высоте в самой ионосфере. Это выполняется при запуске геофизических ракет, искусственных спутников Земли и космических кораблей. Измерение электронной плотности производят по наблюдениям за изменением какого-либо параметра радиоволн, принимаемых на Земле, при перемещении передатчика в ионосфере [3,5, 30, 46]. Например, электронную плотность оценивают по изменению плоскости поляризации волны, частоты Допплера, фазовой скорости, поскольку все эти величины зависят от электронной плотности среды, в которой происходит распространение. Наиболее часто используют фазометрический метод, основанный на измерении разности фаз двух волн, распространяющихся с различными фазовыми скоростями. Передатчик, перемещающийся в ионосфере, генерирует основную частоту и третью гармонику. В приборах используются, например, передатчики, генерирующие частоту f₁ = 48 МГц и f₂ = 144 МГц. Для таких частот диэлектрическая проницаемость ионосферы практически не зависит от числа столкновений электрона с тяжелыми частицами и мало отличается от единицы, так что можно считать

Волны, имеющие различные частоты колебаний f₁ и f₂, распространяются в ионосфере с различными фазовыми скоростями, причем величины этих скоростей меняются при изменении электронной плотности согласно (4.117). При прохождении волнами в ионосфере пути dh фаза волны с частотой f₁ изменяется на величину

а фаза волны с частотой f₂ - на величину

При прохождении волнами в ионосфере пути h между излучающей и приемной антеннами, когда последняя расположена на Земле, фаза каждой из волн изменяется соответственно на величины:

В приемнике, расположенном на Земле, частоту f₁ умножают на 3 и сравнивают фазы колебаний равных частот f₂ и 3f₁. Разность фаз равна

или, учитывая (4.117)

Если излучатель радиоволн переместится в ионосфере на расстояние Δh, то разность фаз, определяемая (4.123), изменится на величину

Средняя электронная плотность на некотором участке высот

Сопоставляя выражения (4.124) и (4.125), получим формулу, связывающую среднюю электронную плотность на некотором участке высот с изменением разности фаз принятых колебаний:

Это соотношение позволяет по измеренной разности фаз определить электронную плотность. Измерение перемещения излучателя по высоте производят точным оптическим методом.

Исследование ионосферы фазометрическим методом позволило установить распределение электронной плотности по всей толще ионосферы и точно измерить действительную высоту расположения максимумов ионизации. Однако этот метод не дает возможности вести регулярные наблюдения за состоянием ионизированных слоев.