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电离层非线性现象

归档日期:07-26       文本归类:非电离层      文章编辑:爱尚语录

  当电磁波特别是强电磁波在电离层中传播时,电离层介质的特性随波场变化,并反过来影响电磁波,或者几列电磁波通过改变介质的特性而互相影响的物理现象。电离层非线性现象将使无线电信号发生畸变,引起反常吸收和散射,破坏波的可叠加性,改变电离层的特性,以及激发等离子体的不稳定性

  当电磁波特别是强电磁波在电离层中传播时,电离层介质的特性随波场变化,并反过来影响电磁波,或者几列电磁波通过改变介质的特性而互相影响的物理现象。电离层非线性现象将使无线电信号发生畸变,引起反常吸收和散射,破坏波的可叠加性,改变电离层的特性,以及激发等离子体的不稳定性。

  电离层非线性现象是由于电磁波和电离层介质之间的相互作用引起的。从宏观来讲,电磁波通过改变电子密度和温度,使电离层介质的介电常数和电导率随着波的电场强度而变化;从微观来讲,电磁波通过改变带电粒子的速度分布,使电离层介质的宏观特性发生变化。即使在电磁波比较弱的情况下,非线性现象也会出现。因此,非线性现象在电离层中是十分普遍的,早在20世纪30年代就已被发现并开始进行研究。

  调幅波畸变当调幅波通过电离层时,其振幅调制发生畸变的现象。调幅波畸变现象是由于电离层介质对电磁波的吸收程度随电磁波幅度的改变而引起的。对于角频率远大于粒子碰撞频率的高频电磁波,介质的吸收随着电磁波幅度的增强而增大;而对于角频率远小于碰撞频率的低频电磁波,较大幅度的电磁波受到的吸收反而较弱。这样,调幅波在通过电离层时,其幅度将受到非线性衰减,从而使幅度调制发生畸变,出现调幅波的自调制或自解调现象。

  电离层交叉调制两列波在电离层中同时传播时,其波形互相影响的现象,又称卢森堡效应。例如当角频率为ω1的强无线电波通过电离层某一区域时,如果另一个角频率为ω2的电磁波也通过同一个区域,则电波1造成的介质特性变化将影响电波2,特别是,如果电波1是调幅波,其调幅波形会通过介质而部分地转移到电波 2上。这种效应对中波广播造成的影响是在一个电台的广播中混有另一个电台的声音。由于调制发生在电离层中,这种混合不能靠改善收音机的选择性来解决。

  反常吸收和散射大功率的电磁波可以人为地局部改变电离层的特性,通过加热电离层造成介质温度、密度等的涨落而激发等离子体振荡和波,特别是当这种振荡又进一步增强等离子体结构上的不均匀时,某种频率的波会得到增长,即激发起等离子体的不稳定性。这类过程中介质会以某种非碰撞吸收的机制而从电磁波获得能量,使电磁波遭到反常的吸收或散射。这一类现象也属于非线年代以来进行的人工加热电离层试验,以及通过大功率非相干散射雷达的探测,已经观测到如下的一些现象:①强的扩展F回波,表明在F层高度上人为地造成了不均匀结构。②沿地磁力线伸长的电子密度的不均匀结构,可以是几种不同机制造成的等离子体波。③散射回波的频率和发射频率不同,这涉及到两列以上的波的非线性相互作用。例如一个电磁波可以通过散射形成离子声波和一个新的电磁波(布里渊散射)或激起朗缪尔波和一个新的电磁波(喇曼散射),这些散射波和入射波之间满足一定的频率关系。④电磁波的强烈反常吸收。上述几种现象,由于地球磁场的存在而复杂化。

  电离层中非线性现象的研究作为等离子体物理和电离层研究的组成部分,具有重要的理论意义和实用价值。在研究这类非线性现象时,既不能忽视它对电波传播的消极影响,又要设法探索它为人类服务的可能性。例如有可能通过人为激发的电子密度不均匀结构建立某种高频、甚高频或超高频波段的散射通讯系统。

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