Критическая частота

В телекоммуникациях термин критическая частота имеет следующие значения: ^[1]

• При распространении радиоволн через ионосферу - предельная частота, на которой или ниже волновой компонент отражается от ионосферного слоя и выше которой он проникает через ионосферный слой.
• При падении, близком к вертикальному, предельной частоте, при которой или ниже которой падение, составляющая волны отражается от ионосферного слоя и выше которого проникает сквозь него.

Критическая частота меняется в зависимости от времени суток, атмосферных условий и угла распространения радиоволн антенной.

Существование критической частоты является результатом электронного ограничения, т. Е. Недостаточности существующего количества свободных электронов для поддержки отражения на более высоких частотах.

В обработки сигнала на критическую частоту также другое название для частоты Найквиста .

Критическая частота - это наивысшая величина частоты, выше которой волны проникают в ионосферу, а ниже которой волны отражаются от ионосферы. Обозначается он « f _c ». Его значение не фиксировано и зависит от электронной плотности ионосферы.

Уравнения [ править ]

Критическая частота как функция плотности электронов [ править ]

Критическую частоту можно вычислить с помощью плотности электронов, определяемой по формуле:

${\ displaystyle f _ {\ text {c}} = 9 {\ sqrt {N _ {\ text {max}}}}}$

где N _max - максимальная концентрация электронов на м ^3, а f _c в Гц. ^[2]

Критическая частота как функция формулы максимальной полезной частоты [ править ]

Критическую частоту можно рассчитать следующим образом:

${\displaystyle f_{\text{c}}=MUF/sec\theta }$

где МПЧ - максимальная используемая частота и угол падения ^[2]${\displaystyle \theta }$

Связь с частотой плазмы [ править ]

Зависимость критической частоты от плотности электронов может быть связана с концепцией плазменных колебаний, в частности с механизмом «холодных» электронов .

${\displaystyle \omega _{\mathrm {pe} }={\sqrt {\frac {n_{\mathrm {e} }e^{2}}{m^{*}\varepsilon _{0}}}},\left[\mathrm {rad/s} \right]}$

Используя заряд электрона , масса электрона и диэлектрической проницаемости свободного пространства дает,${\displaystyle e=1.602\cdot 10^{-19}Coulombs}$ ${\displaystyle m^{*}=9.10938356\cdot 10^{-31}kilograms}$ ${\displaystyle \epsilon _{o}=8.854187817\cdot 10^{-12}A^{2}s^{4}m^{-3}kg^{-1}}$

${\displaystyle \omega _{\mathrm {pe} }=2\pi f=56.415{\sqrt {n_{e}}}}$

и решение для частоты,

${\displaystyle f_{\text{c}}=8.979{\sqrt {N_{\text{max}}}}\approx 9{\sqrt {N_{\text{max}}}}}$

Связь с индексом преломления [ править ]

Показатель преломления имеет формулу , которая показывает зависимость в длине волны . ^[3] Результат, заключающийся в том, что сила, обусловленная поляризационным полем в ионизированном газе с низкой концентрацией, компенсируется эффектом столкновений между ионами и электронами, восстанавливается простым способом, который ясно показывает физическую основу эффекта. Из-за этого исключения формула Селлмейера определяет соотношение между концентрацией электронов N и показателем преломления n в ионосфере, когда столкновения не учитываются. ^[4]${\displaystyle n={\frac {c}{v}}}$

${\displaystyle n^{2}-1={\frac {-Ne^{2}}{\epsilon _{o}m\omega ^{2}}}}$.

Используя значения по умолчанию для заряда электрона , диэлектрической проницаемости свободного пространства и массы электрона , а также изменение угловой скорости относительно частоты, получаем${\displaystyle e}$${\displaystyle \epsilon _{o}}$${\displaystyle \omega }$${\displaystyle f}$

${\displaystyle n^{2}-1={\frac {3182.607N}{(2\pi f)^{2}}}}$

и решая для показателя преломления n,

${\displaystyle n={\sqrt {1-{\frac {80.616N}{f^{2}}}}}\approx {\sqrt {1-{\frac {81N}{f^{2}}}}}}$

Критическая частота и слой F ионосферы [ править ]

• Во всех междугородных ВЧ радиосвязи используются ВЧ радиосигналы, которые падают на ионосферу под углом. Если ВЧ частота выше критической частоты, радиосигналы проходят через ионосферу под углом, а не в лоб. ^[5]
• Критическая частота постоянно меняется, и слой F ионосферы в основном отвечает за отражение радиоволн обратно на Землю.
• Другие слои (D) взаимодействуют другими способами - поглощение частоты, и в течение дня формируются слои D, а слой F разделяется на слои F1 и F2.
• Из-за изменения ионосферы в течение дня и ночи, днем ​​более высокие полосы частот с критической частотой работают лучше всего, но в ночное время лучше всего работают более низкие полосы частот.
• Слой D присутствует в течение дня и является хорошим поглотителем радиоволн, увеличивая потери. Более высокие частоты поглощаются меньше, поэтому более высокие частоты, как правило, лучше работают в дневное время.
• Фактическую ссылку F2-Layer Critical Frequency Map, которая обновляется каждые пять минут, можно увидеть на этом веб-сайте http://www.spacew.com/www/fof2.html
• Ссылку на карту ионосферы и практических максимальных используемых частот (МПЧ), которая обновляется каждые пять минут, можно увидеть на этом веб-сайте http://www.sws.bom.gov.au/HF_Systems/6/9/1

См. Также [ править ]

• Высокая частота
• Программа высокочастотных активных авроральных исследований
• Высокочастотный интернет-протокол
• Низкая частота
• Распространение радио
• Космическая погода

Ссылки [ править ]

 Эта статья включает  материалы, являющиеся общественным достоянием, из документа Управления общих служб : «Федеральный стандарт 1037C» .(в поддержку MIL-STD-188 )