§ 8.4. Изменение поляризации волны и замирания

Поляризация радиоволн, излученных со спутника и принимаемых наземной станцией, непрерывно меняется, что обусловлено влиянием эффекта Фарадея. В ионосфере в присутствии постоянного магнитного поля Земли распространение радиоволн, частота которых существенно превышает собственную частоту плазмы (ω > ω₀), можно рассматривать как квазипродольное (см. § 4.14).

Линейно-поляризованная волна распадается на две волны, поляризованное по кругу, каждая из которых распространяется со своей фазовой скоростью, в результате чего происходит поворот плоскости поляризации.

Согласно уравнению (4.85) при прохождении волной расстояния Δr в однородной ионосфере плоскость поляризации поворачивается на угол

При прохождении пути r в неоднородной среде угол поворота плоскости поляризации

Здесь электронная плотность N_э меняется по некоторому закону вдоль траектории волны.

Задаваясь определенным законом изменения электронной плотности с высотой, определяют величину ψ. Очевидно, поворот плоскости поляризации мало зависит от распределения электронной плотности по высоте, а определяется суммарным числом электронов в столбе газа по пути распространения волны.

Угол ψ убывает по квадратичному закону с увеличением рабочей частоты, однако это явление наблюдается и на весьма высоких частотах. При прохождении волной, имеющей частоту 100 МГц всей толщи ионосферы угол поворота плоскости поляризации достигает 6 рад, т. е. примерно 360°.

При движении спутника или космического коробля и за счет флуктуации электронной плотности ионосферы угол поворота плоскости поляризации меняется. Это приводит к появлению поляризационных замираний при приеме на антенну с линейной поляризацией. Такие замирания наблюдались отчетливо во время приема сигналов первого искусственного спутника Земли. На рис. 8.3 приведена запись амплитуды сигнала первого ИСЗ с ярко выраженными замираниями [37].

Рис. 8.3. Запись амплитуды сигнала первого ИСЗ с характерными замираниями

Быстрые колебания вызваны вращением плоскости поляризации, медленные (~ 5 с) - вращением контейнера. Во избежание этого явления применяют передающие и приемные антенны с круговой поляризацией. При этом нужно учесть, что в центральной части диаграммы направленности получается поле с круговой поляризацией, а по ее краям - поле с эллиптической поляризацией. Это вызывает потери из-за несоответствия поляризаций, которые составляют примерно 0,5 дБ. Если бортовая антенна имеет линейную поляризацию, то возникают потери порядка 3 дБ [24, 34].

Рассеяние радиоволн неоднородностями ионосферы, а также интерференция прямых и рассеянных волн приводят к флуктуациям амплитуды радиосигналов, прошедших через ионосферу. Для обеспечения непрерывного приема таких сигналов их расчетную мощность необходимо увеличить в метровом диапазоне волн на 2÷6 дБ. Расчеты и наблюдения показывают, что влияние рассеяния ослабевает с частотой, и на волне 10 см необходим запас мощности только 0,1 дБ.

Установлено, что межпланетная среда вызывает замирания радиоволн, связанные с движением неоднородностей плазмы. Средний период флуктуации составляет около секунды, а глубина в метровом диапазоне волн может достигать 100%. Так как неоднородности различны в различных областях межпланетного и околосолнечного пространства, то флуктуации фаз и амплитуд радиоволн зависят от расположения трассы относительно Солнца.

Количественные оценки этих влияний в настоящее время не даются, поскольку природа неоднородностей межпланетного пространства еще мало изучена [21, 24].