350 rub
Journal Antennas №7 for 2011 г.
Article in number:
Energy Losses of HF-Waves in the Ionosphere
Keywords: ionosphere HF-wave attenuation absorption scattering
Authors:
P. F. Denisenko
Abstract:
The current state of research into the mechanisms of attenuation of high-frequency radio waves in the ionosphere is presented. Comparison of gas-kinetic and empirical estimates of the effective frequency of collisions e between electrons and heavy plasma particles is a basis of consideration. The experimental evaluation has been obtained from measurements of the absorption of radio waves in different ways: by the A1 (ground-based vertical pulse sounding), by A2 (registration of the intensity of cosmic radio noise), for oblique propagation. It is shown that in the region E of the ionosphere only collisional e absorption is significant, which can be adequately assessed using the gas-kinetic model. It is also established that in the F-region an additional collisionless (nondissipative and dissipative) attenuation of the HF waves takes place besides the collisional absorption. One of the non-dissipative attenuation mechanisms is the multiple small-angle scattering on the natural irregularities of electron density. It makes a significant contribution in two cases. During ground sounding of the ionosphere by a spherical source, scattering leads to the redistribution of the reflected radiation between the ray tubes, which is in the vertical direction gives the deficit of energy. For oblique propagation at the maximum usable frequency (MUF), scattered waves fall into the shadow zone, which significantly reduces the radiation intensity near the boundary of the dead zone. Scattering has little effect on signal intensity in two cases. The first - an oblique sounding at frequencies below the MUF, because the exchange of scattered waves between adjacent ray tubes leads to a small contrast of the radiation. The second - when receiving signals from space sources at mid-latitudes, when the wave can be considered flat. In it the average intensity along the wave front re-mains constant. It is identified two mechanisms of dissipative losses. One of them is based on measurements of cosmic sources of radiation and observed in high-latitude ionosphere and is explained by interaction of radio waves with the developed plasma turbulence. Another, the anomalous absorption of ordinary waves due to their statistical transformation into a slow extraordinary waves is observed only when vertical sounding.
Pages: 52-58
References
  1. Banks, P., Collision frequencies and energy transfer (electrons) // Planet. Space Sci. 1966. V. 14. № 10. P. 1085.
  2. Itikawa, Yu., Effective collision frequency of electrons in atmospheric gases // Planet. Spase Sci. 1971. V. 19. P. 993.
  3. Гуревич А. В., Шварцбург А. Б. Нелинейная теория распространения радиоволн в ионосфере. М.: Наука. 1973.
  4. Mantas, P. G., Electron collision frequency and energy transfer rates // J. Atmos. Terr. Phys. 1974. V. 36. № 10. P. 1587.
  5. Aggarwal, K. M., Nath, N., and Setty, C.S.G.K., Collision frequency and transport properties of electrons in the ionosphere // Planet. Space Sci. 1979. V. 27. № 6. P. 753.
  6. Thrane, E. V. and Piggott, W. R., The collision frequency in the D- and E-region of the ionosphere // J. Atmos. Terr. Phys. 1966. V. 28. № 8. P. 721.
  7. Setty, C.S.G.K., Electron collision frequency in ionospheric layers // Indian J. Radio Space Phys. 1972. № 1. P. 38.
  8. Saha, A. K., Deviative absorption in the F2-laer // J. Atmos. Terr. Phys. 1971. V. 33. № 10. P. 1277.
  9. Kumari, S. and Mahjan, K. K., Electron temperature dependence of F-regions absorption // J. Atmos. Terr. Phys. 1971. V. 31. № 8. P. 1277.
  10. Бенедиктов Е.А., Толмачева А. А., Определение электронной температуры вблизи максимума F-слоя ионосферы по измерениям поглощения радиоволн методом А2 // Изв. вузов. Радиофизика. 1975. Т. 18. № 2. С. 200
  11. Скребкова Л. А. Влияние различных слоев ионосферы на интегральное поглощение радиоволн // Геомагнетизм и аэрономия. 1975. Т. 15. № 4. С. 664.
  12. Жулина Е. М. О надежности моделей плотности и частоты соударений электронов / Ионосферное прогнозирование. М.: Наука. 1982. С. 172.
  13. Гельберг М. Г. и др. Спектральная зависимость риометрического поглощения космических радиошумов в высокоширотной ионосфере // Геомагнетизм и аэрономия. 1985. Т. 25. № 5. С. 784.
  14. Гельберг М. Г. Неоднородности высокоширотной ионосферы. Новосибирск: Наука. 1986.
  15. Beynon, W. J. G., Rangaswamy, S.,Electron collision frequency in the F-region of the ionosphere // Nature. 1968. №218. P. 1237.
  16. Денисенко П. Ф., Соцкий В. В. Особенности обратных задач вертикального радиозондирования ионосферы (обзор) // Известия СКНЦ ВШ. Естественные науки. 1987. № 1. С. 59.
  17. Данилкин Р. П., Денисенко П. Ф., Водолазкин В. И. и др. Эффективная частота соударений электронов в Е-области ионосферы // Геомагнетизм и аэрономия. 1978. Т. 18. № 1. С. 154.
  18. Beynon, W. J. G., Jones, E. S. O., Some medium latitude radio wave absorption studies // J. Atmos. Terr. Phys. 1965. V. 27. № 6. P. 761.
  19. Ganguly, S., Estimation electron collision frequency in the lower thermosphere // J. Geophys. Res., 1974. V. 79. № 22. P. 3235.
  20. Водолазкин В. И., Денисенко П. Ф., Заботин Н. А. Особенности диагностики эффективной частоты соударений электронов в ионосфере на основе оценок отклоняющего поглощения радиоволн // Геомагнетизм и аэрономия. 1989. Т. 29. № 6. С.954.
  21. Данилкин Н. П., Денисенко П. Ф., Фаер Ю. Н. Многочастотные поляризационные измерения поглощения и возможность определения n(h)-профиля ионосферы // Геомагнетизм и аэрономия. 1975. Т. 15. № 3. С. 451.
  22. Водолазкин В. И., Данилкин Н. П., Денисенко П. Ф., Фаер Ю. Н. Эмпирические высотные зависимости эффективной частоты соударений электронов в среднеширотной ионосфере // Геомагнетизм и аэрономия. 1983. Т. 23. № 1. С. 25.
  23. Водолазкин В. И., Данилкин Н. П., Денисенко П. Ф., Фаер Ю. Н. Оценки эффективной частоты соударений электронов в области F по измерениям поглощения радиоволн методом А1 // Геомагнетизм и аэрономия. 1979. Т. 19. № 1. С. 159.
  24. Данилкин Н. П., Денисенко П. Ф., Рудаков В. А. и др. Результаты совместных измерений концентрации и эффективной частоты соударений электронов в ионосфере ракетными и наземными радиометодами во время запусков геофизических ракет «Вертикаль» // Сб. «Вертикальное зондирование верхней атмосферы и ионосферы». Ростов-на-Дону: Изд -во РГУ. 1989. С 42.
  25. Бирюков А. В. и др. Фотохимия нижней области F и структурные параметры ионосферы по данным комплексных наземно-ракетных экспериментов // Космические исследования. 1980. Т. 18. № 5. С. 748.
  26. Денисенко П. Ф., Водолазкин В. И., Фаер Ю. Н., Болтыхова Л. Н. Аномальное поглощение радиоволн и эффективная частота соударений электронов в области F ионосферы // Геомагнетизм и аэрономия. 1987. Т. 27. № 3. С. 504.
  27. Водолазкин В. И., Денисенко П. Ф., Ржаницин В. П., Соцкий В. В., Фаер Ю. Н. Поглощение радиоволн и эффективная частота соударений электронов в ионосфере // Геомагнетизм и аэрономия.1993.Т.33. № 3. С. 74.
  28. Setty, C.S.G.K., Jain, A. R., Vyawahare, M. K., Collision frequency of electrons in the F-region // Canad. J. Phys. 1970.V. 48. P. 653.
  29. Водолазкин В. И., Денисенко П. Ф., Фаер Ю. Н. Определение параметров неоднородностей электронной концентрации области F ионосферы по данным об аномальном поглощении обыкновенных волн // Геомагнетизм и аэрономия. 1989. Т. 29. № 2. С. 329.
  30. Коровин А. В. О влиянии естественных мелкомасштабных неоднородностей верхней ионосферы на развитие искусственных неустойчивостей // Изв. вузов. Радиофизика. 1984. Т. 27. № 10. С. 1339
  31. Денисенко П.Ф., Заботин Н. А., Пулинец С. А., Селегей В. В. Трансформация обыкновенной волны в необыкновенную по данным внешнего зондирования ионосферы // Геомагнетизм и аэрономия. 1987. Т. 27. № 4. С. 544.
  32. Бережко Е. Г., Гельберг М. Г., Крымский Г. Ф. Дополнительное поглощение космических радиошумов на микротурбулентностях ионосферной плазмы // Геомагнетизм и аэрономия. 1987. Т. 27. № 3. С. 404.
  33. Барабашов Б. Г., Вертоградов Г. Г., Кулешов Г. И. Экспериментальная проверка методов расчета напряженности поля на трассах малой протяженности // Труды НИИР. 1997. С. 98-103.
  34. Барабашов Б. Г., Вертоградов Г. Г., Кулешов Г. И., Рыбаков В. А. Расчет напряженности поля и характеристик распространения декаметровых радиоволн на трассах малой протяженности // Труды НИИР. 1983. № 4. С. 18-24.
  35. Анютин А. П., Галушко В. Г., Ямпольский Ю. М. О возможности определения поглощения в отклоняющей области по измерениям поля вблизи мертвой зоны // Изв. вузов. Радиофизика. 1985. Т. 28. № 2. С. 247.
  36. Белей В.С., Водолазкин В. И., Галушко В. Г. Бесстолкновительные потери при ионосферном распространении декаметровых радиоволн // Геомагнетизм и аэрономия. 1990. Т. 30. № 6. С. 979.
  37. Бронин А. Г., Денисенко П. Ф., Заботин Н. А., Ямпольский Ю. М. Ослабление декаметровых радиоволн в ионосферной плазме со степенным спектром неоднородностей // Геомагнетизм и аэрономия. 1991. Т. 31. № 5. С. 946.
  38. Бронин А. Г., Денисенко П. Ф., Заботин Н. А. Об ослаблении когерентной составляющей поля декаметровых волн при вертикальном зондировании ионосферы вследствие рассеяния на случайных неоднородгостях // Геомагнетизм и аэрономия. 1993. Т. 33. № 2. С. 169.
  39. Бронин А.Г., Заботин Н. А. Уравнение переноса излучения в случайно неоднородной магнитоактивной плазме // ЖЭТФ. 1992. Т. 102. С. 1167.
  40. Zabotin, N. A., Bronin, A. G., Ghbankov, G. A., Radiative transfer in a layer of magnetized plasma with random irregularities // Waves in Random Media. 1998. № 8. P. 421.
  41. Бронин А. Г., Егоров И. Б., Жбанков Г. А. и др. Диагностика естественных ионосферных неоднородностей по измерениям аномального ослабления радиоволн при вертикальном зондировании // Геомагнетизм и аэрономия. 1999. Т. 39. № 2. С. 90.
  42. Барабашов Б. Г., Вертоградов Г. Г. Динамическая адаптивная структурно-физическая модель декаметрового канала связи // Математическое моделирование. 1996. №2. С. 3-18.