无线电波传播 第二讲 电波传播的空间区域课件.ppt

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1、RadioWavePropagation无线电波传播第二讲电离层电子密度电离层探测地磁场介电常数的数学模型等离子体频率吴雄斌—无线电波传播电离层电子密度变化机制电离层电子密度的变化主要来自三种物理化学反应机制，即电子产生、消散和传输过程，如下式：其中∂N/∂t表示电子密度随时间的变化；q为电子产生率；L为电子损失率；V为等离子体漂移速度。电子的产生或损失属于光化学过程（photochemicalprocess），而∇⋅(NV)为等离子体传输过程（transportprocess）电子的产生电子产生主要来自太阳光中的短波辐射离化中性气体。D层的离化电子主要来自太阳辐射的X射线和紫外线，尤其是

2、Lyman-α波段。E层离化电子主要来自X射线和超紫外线（EUV）F层则几乎来自超紫外线电子的损失电子损失有主要有两种过程，即复合(recombination)和附著(attachment)。复合过程为电子和正离子重新結合成为中性粒子附著过程则是指电子吸附于中性粒子而形成负离子输运过程传输过程也是影响电离层变化的重要机制。传输过程主要来自电磁力、等离子体和中性气体碰撞、地球重力，以及等离子体本身的压力梯度力等D、E、F1层的变化和太阳天顶角有密切的关系，因此这些层主要为光化学过程所支配F2层的变化虽然和太阳有关，但也由地球磁场支配，因此F2层是受到光化学和传输两种过程的控制数学模型电离层的

3、形成复合系数附着系数电子寿命E区～15分钟Chapman层一种成分的大气，平面分层太阳光为平行的单色辐射等温平衡态大气g不随高度变化h大气密度阳光强度Chapman层电子密度电离层探测ionosondeblock-diagramEnvelopedetectorionosondePulsemodulationIonogram’scharacteristicsObliquesoundingObliqueionogram电离层不规则变化突发E层扩展F层：电离图上无F层清晰描迹电离层突然骚扰（短波消失）：太阳耀斑－紫外、X射线电离层暴：太阳抛出大量带电粒子和等离子体“云”－磁暴地磁场2、地磁三

4、要素1、地磁坐标和地理坐标3、地磁场的近似描述磁位势地磁场的径向分量磁倾角地磁场的水平分量总磁场4、地球表面磁力线方程或这里，5、地磁场的起源主要来自地球内部：99.9％起源：？0.1％来自高层大气中的电流系地球内部磁场的起源(1)永磁体学说(2)内部电流学说(3)电荷旋转学说(公元1900年)(4)压电效应学说(1929)(5)旋磁效应学说(1933)(6)温差电效应学说(1939)(7)发电机学说(1946－1947)，认为是地球内部的导电液体在流动时产生稳恒的电流，由这电流产生地球磁场。(8)旋转体效应学说(1947)(9)磁力线扭结学说(1950)(10)霍尔效应学说(1954)(

5、11)电磁感应学说(1956)，认为由太阳的强烈磁活动通过带电粒子的太阳风到达地球后，会通过地球内部的电磁感应和整流作用产生地球内部的电流，由此产生地球磁场。在这些学说中，只有发电机学说(又称磁流体发电机学说)在观测、实验和理论研究上得到较多的证认，是目前研究和应用较多的地球磁场学说。(12)自由电子旋转说电介质电容器Plasma等离子体1、等离子体的概念（1）物质的物理状态固态、液态、气态（2）等离子体的定义自由电子和离子的集合体，含有大量的自由电子，其动力学行为受电磁场控制的物质等离子体介质一般具有色散和各向异性的特性等离子体：物质的第四态固体液体气体等离子体加热，使分子间的结合松散但

6、尚未完全断开；继续加热，使粒子间的结合完全断开，分子可以自由运动；再加热，使分子分解为原子并使组成气体的原子或分子离化，形成由中性粒子、离子和电子组成的气体。由于等离子体状态包含自由正负电荷，而这些电荷的移动产生电流，因此等离子体的成分要受电场和磁场的影响，另外它也会产生电场和磁场。可见电磁场是等离子体系统中密不可分的集成部分。DefinitionofaplasmaAplasmaisamixedgasorfluidofneutralandchargedparticles.Partiallyorfullyionizedspaceplasmashaveusuallythesametotalnu

7、mberofpositive(ions)andnegative(electrons)chargesandthereforebehavequasineutral.Spaceplasmaparticlesaremostlyfreeinthesensethattheirkineticexceedstheirpotentialenergy,i.e.theyarenormallyhot,T>1000K.Spaceplasmasha