Приближенные вычисления характеристик прохождения свистовой волны при падении сверху для модели ионосферы с резкой границей

Аннотация

Для оценки величины наземной напряженности низкочастотного поля, генерируемого в приполярной нижней ионосфере демодулятором станции HAARP, или бортовым передатчиком средней мощности, необходимо знать величину коэффициента прохождения в нижней ионосфере. Строго рассчитать этот параметр можно только с использованием численного интегрирования системы волновых уравнений для модели анизотропной сильно неоднородной плоскослоистой плазмы. В данной работе показано, что реалистичные оценки коэффициента прохождения при падении свистовой волны сверху можно получить, используя простую модель однородной ионосферы с резкой границей. Проведено сравнение с соответствующими численными данными и показано вполне удовлетворительное совпадение результатов в интервале частот модуляции передатчика станции HAARP.

• нижняя ионосфера
• модель с резкой границей
• коэффициент прохождения свистовой моды
• lower ionosphere
• sharp boundary model
• Whistler wave
• transmission coefficients

Abstract (in English)

Approximate calculations of falling from above whistler wave passage characteristics for a sharp boundary ionospheric model

It is well known that in order to carry out active low-frequency wave experiments in the ionosphere, it is necessary to have an effective powerful source of such waves. It may be a subpolar ground-based modulated powerful short-wave transmitter as HAARP station (Alaska), or an onboard low-frequency transmitter etc. Now we can make relatively simple realistic estimations of a field strength of such low-frequency waves in the ionosphere. However, in order to obtain the same simple estimates of the magnitude of the field at the earth surface, we must calculate a value of the coefficient of passage of the low-frequency wave through the lower ionosphere. Typically, such calculations require a numerical full-wave method. This article shows that using of a simple model of the homogeneous ionosphere with sharp boundary allows us to obtain simple analytical estimates of the field strength of whistler mode waves that pass through the lower ionosphere from above. This allows a wave power transmission coefficient value to be obtained. These results are compared with the corresponding results of numerical integration of wave equations. A satisfactory match for the modulation frequency interval of HAARP was found.

Для цитирования

Литература

1. Гуревич А.В. Нелинейные явления в ионосфере. УФН. 2007. Т. 177. № 11. С. 1145-1177. DOI: 10.1070/PU2007v050n11ABEH006212.
2. Мошков А.В., Пожидаев В.Н. Численное моделирование распределения низкочастотного поля, создаваемого передающей рамочной антенной, установленной на борту космического аппарата. Радиотехника и Электр. 2019. Т. 64. № 9. С. 866-873. DOI: 10.1134/S1064226919080126.
3. Мошков А.В., Пожидаев В.Н. Распределение на поверхности земли напряженности поля низкой частоты, демодулированного в возмущенной нижней ионосфере. Радиотехника и Электр. 2018. Т. 63. № 5. С. 409-414. DOI: 10.1134/S1064226918050091.
4. Мошков А.В. Оценка величины напряженности поля низкочастотного ионосферного источника вблизи главного максимума распределения на поверхности земли. Радиотехника и Электр. 2009. Т. 54, № 12, С. 1436-1442. DOI 10.1134/S1064226909120043
5. Kelly F.J., Baker D.J., Chayt A.G. Radio wave propagation in plasmas. Radio Sci. 1976. V. 11, No. 2. PP. 93-101.
6. Budden K.G. Radio Waves in the Ionosphere. Cambridge: University Press. 1961. 542 p.
7. Мошков А.В., Пожидаев В.Н. Численное моделирование прохождения волн очень низкой частоты через магнитоактивную плоскослоистую плазму нижней ионосферы Земли. Радиотехника и Электр. 2020. Т. 65. № 5. С. 434-441. DOI: 10.1134/S1064226920050101
8. Фаткуллин M.H., Зеленова Т.И., Козлов В.К., Легенька А.Д., Соболева Т.Н. Эмпирические модели среднеширотной ионосферы. М.: Наука. 1981. 256 с.