Критическая частота

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

При распространении радио через ионосферу - предельная частота , на которой или ниже которой компонент волны отражается от слоя ионосферы и выше которой он проникает через него.
При почти вертикальном падении - предельной частоте, при которой или ниже падения волновая составляющая отражается и выше которой она проникает через слой ионосферы.

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

Существование критической частоты является результатом ограничения электронов, т. е. недостаточности существующего числа свободных электронов для обеспечения отражения на более высоких частотах.

В обработке сигналов критическая частота также является другим названием частоты Найквиста .

Критическая частота — это наивысшая величина частоты, выше которой волны проникают в ионосферу и ниже которой волны отражаются обратно от ионосферы. Обозначается буквой « fc _» . Ее значение не фиксировано и зависит от электронной плотности ионосферы.

Уравнения

Критическая частота как функция плотности электронов

Критическая частота может быть вычислена с помощью плотности электронов, определяемой по формуле:

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

где N _max — максимальная плотность электронов на м ³ и f _c находится в Гц. ^{[ 2 ]}

Критическая частота как функция максимальной полезной частоты

Критическая частота может быть вычислена по формуле:

$f_{\text{c}}=MUF*cos\theta$

где MUF — максимальная полезная частота и $\theta$ это угол падения ^{[ 2 ]}

Связь с плазменной частотой

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

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

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

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

и решение для частоты,

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

Связь с показателем преломления

Показатель преломления имеет формулу $n={\frac {c}{v}}$ который показывает зависимость от длины волны . ^{[ 3 ]} Результат, заключающийся в том, что сила, обусловленная полем поляризации в ионизированном газе низкой концентрации, устраняется эффектом столкновений между ионами и электронами, восстанавливается простым способом, который ясно показывает физическую основу этого эффекта. Из-за этого сокращения формула Селлмейера определяет соотношение между плотностью числа электронов N и показателем преломления n в ионосфере, когда столкновениями пренебрегают. ^{[ 4 ]}

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

Использование значений по умолчанию для заряда электрона $e$ , диэлектрическая проницаемость свободного пространства и масса электрона $\epsilon _{o}$ , и изменение угловой скорости $\omega$ по частоте $f$ это дает результат

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

и найдя показатель преломления n,

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

Критическая частота и F-слой ионосферы

Во всех дальних ВЧ-радиосвязях используются ВЧ-радиосигналы, падающие под углом на ионосферу. 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.
Остальные слои (D) взаимодействуют другим образом – поглощением частоты и в течение дня формируются слои D, а слой F распадается на слои F1 и F2.
Из-за изменения ионосферы в течение дня и ночи, в дневное время лучше всего работают диапазоны более высоких частот под критической частотой, но в ночное время лучше всего работают диапазоны более низких частот.
Слой D присутствует в течение дня и является хорошим поглотителем радиоволн, увеличивая потери. Более высокие частоты поглощаются меньше, поэтому более высокие частоты имеют тенденцию работать лучше в дневное время.
Фактическую ссылку на карту критических частот уровня F2, которая обновляется каждые пять минут, можно увидеть на этом веб-сайте http://www.spacew.com/www/fof2.html. Архивировано 28 июня 2014 г. на Wayback Machine.
Ссылку на карту ионосферы и практических максимальных используемых частот (MUF), которая обновляется каждые пять минут, можно увидеть на этом веб-сайте http://www.sws.bom.gov.au/HF_Systems/6/9/1.

См. также

Ссылки

^ «Определение: критическая частота» . www.its.bldrdoc.gov . Проверено 13 сентября 2018 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б «CF против MUF | Разница между CF и MUF» . www.rfwireless-world.com . Проверено 13 сентября 2018 г.
^ «Научная линия UCSB» . scienceline.ucsb.edu . Проверено 14 сентября 2018 г.
^ Теймер, Отто; Тейлор, Леонард С. (октябрь 1961 г.). «О показателе преломления в ионосфере». Журнал геофизических исследований . 66 (10): 3157–3162. Бибкод : 1961JGR....66.3157T . дои : 10.1029/jz066i010p03157 . ISSN 0148-0227 .
^ «Распространение КВ-радио» (PDF) . Службы космической погоды . Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 г.

В этой статье использованы общедоступные материалы из Федеральный стандарт 1037C . Управление общего обслуживания . Архивировано из оригинала 22 января 2022 г. (в поддержку MIL-STD-188 ).

[1] «Определение: критическая частота» . www.its.bldrdoc.gov . Проверено 13 сентября 2018 г.

[:0-2] Перейти обратно: ^а ^б «CF против MUF | Разница между CF и MUF» . www.rfwireless-world.com . Проверено 13 сентября 2018 г.

[3] «Научная линия UCSB» . scienceline.ucsb.edu . Проверено 14 сентября 2018 г.

[4] Теймер, Отто; Тейлор, Леонард С. (октябрь 1961 г.). «О показателе преломления в ионосфере». Журнал геофизических исследований . 66 (10): 3157–3162. Бибкод : 1961JGR....66.3157T . дои : 10.1029/jz066i010p03157 . ISSN 0148-0227 .

[5] «Распространение КВ-радио» (PDF) . Службы космической погоды . Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]