高频电波在电离层中吸收衰减的模拟研究

摘要

电磁波穿过等离子体传播时，波的电矢量引起电子运动，电子同其它粒子的碰撞，部分能量转移到中性分子，最终变成热能，从而引起电波振幅的吸收衰减。本文给出了计算电离层中电波传播吸收损耗的较精确的计算公式，该公式是电波路径上电波角频率、等离子体角频率、电子碰撞角频率的函数。从该公式出发，选择了合适的IRI电离层背景。基于电离层电子密度分布，在模型背景下进行离散的二维射线追踪模拟，得到了吸收损耗的积分路径。再利用电离层中其它主要粒子参量的分布沿积分路径计算吸收损耗值，得到了在不同电波频率和不同发射仰角的情况下的吸收损耗的模拟结果。结果表明，电离层吸收损耗的计算受到的影响包括:电离层中电子以及各主要中性分子和离子的时空分布，诊断射线频率，诊断射线发射仰角等。这样，不同加热参量下的电离层加热对不同频率的诊断射线将有如何的影响就成为另一个关注点。使用本文的方法计算电离层吸收损耗是可以考虑到电离层中精细结构的变化对计算结果的影响，较之传统的工程应用计算方法而言具有更高的精度和针对性。