Die Ausbreitung Langer Wellen

ISBN-13: 9783322980335 / Niemiecki / Miękka / 1968 / 234 str.

Hans Volland

Opis

Dieses Buch verdankt seine Entstehung meiner mehrjahrigen Tatigkeit auf dem Gebiet der elektromagnetischen Wellenausbreitung in der Ionosphare. Seine Gestalt erhielt es durch Vorlesungen, die ich an der Technischen Universitat Berlin und an der Universitat Bonn gehalten habe. Naturgemass nehmen die Ergebnisse eigener Arbeiten einen verhaltnismassig breiten Raum ein. Jedoch habe ich mich bemuht, die Theorie der Ausbreitung langer Wellen im Rahmen des begrenzten Umfanges dieses Buches moglichst vollstandig darzustellen. Manche Dinge sind dabei gestreift oder sogar nur erwahnt worden. Das betrifft unter anderem die Ableitung der So m m e - fe I d' scken Theorie der Dipolstrahlung uber der leitenden ebenen Erde oder die va n der Pol - B rem m e r - Theorie der Wellenausbreitung uber der gekrummten Erde, deren Ergebnisse ohne Beweis als Ausgangspunkt fur weitere Entwicklungen hingeschrieben wurden. Naheres daruber findet man in den Buchern von Sommerfeld 23] und Bremmer 7]. Auf geschlos sene Losungen der Wellenausbreitung in einer durch analytische Funktionen approximierten Modellionosphare wurde ganz verzichtet. Diese sind in dem ausgezeichneten Buch von B u d den 9] in aller Vollstandigkeit enthalten. Ebenso wurde die Mode-Theorie im gekrummten Wellenleiter relativ kurz behandelt. Das inhaltsreiche Buch von W a i t 24] gibt daruper erschopfende Auskunft. Zweck dieses Buches soll es sein, eine Brucke zwischen der reinen Theorie der Wellenausbreitung und den Bedurfnissen der praktisch arbeitenden Iono spharenphysiker, Nachrichtentechniker und Meteorologen zu schlagen, die die Wellenausbreitung physikalisch verstehen wollen und gebrauchsfertige Formeln fur ihre Untersuchungen wunsche

Spis treści

1. Theoretische Grundlagen.- 1.1 Die Maxwellschen Gleichungen.- 1.1.1 Allgemeine Form.- 1.1.2 Fourier-Transformation und zeitfreie Form.- 1.1.3 Der Poynting-Vektor.- 1.2 Elemente der Wellenausbreitung.- 1.2.1 Ebene harmonische Wellen.- 1.2.2 Polarisation.- 1.2.3 Reflexion und Refraktion.- 1.2.4 Der Hertzsche Dipol.- 1.3 Die physikalischen Eigenschaften des Ausbreitungsmediums im Hinblick auf die Wellenausbreitung.- 1.3.1 Die elektrischen Parameter der Erdoberfläche.- 1.3.2 Die Eindringtiefe der Wellen in den Erdboden.- 1.3.3 Der Brechungsindex der unteren Atmosphäre.- 1.3.4 Elektronendichte und Stoßzahl der Ionosphäre.- 1.3.5 Das Erdmagnetfeld.- 1.4 Das Ionosphärenplasma.- 1.4.1 Die Plasmabilanzgleichungen.- 1.4.2 Das Lorentzgas.- 1.4.3 Der Leitfähigkeitstensor.- 1.4.4 Das Konzept der Ersatzionosphäre und horizontale Inhomogenitäten.- 2. Dipolstrahlung im ebenen Wellenleiter.- 2.1 Das Vektorpotential eines Dipols.- 2.1.1 Der vertikale elektrische Dipol.- 2.1.2 Der vertikale magnetische Dipol.- 2.2 Die strahlenoptische Lösung.- 2.2.1 Der vertikale Dipol.- 2.2.2 Der horizontale Dipol.- 2.3 Wellenoptische Lösung.- 3. Elektromagnetische Wellen in der isotropen Ionosphäre.- 3.1 Die Differentialgleichungen der ebenen Wellenausbreitung.- 3.1.1 Allgemeine Formulierung.- 3.1.2 Lösung im Vakuum.- 3.1.3 Lösung in der homogenen Ionosphäre.- 3.1.4 Die Transformationsmatrix.- 3.1.5 Entartung.- 3.2 Der Matrizant.- 3.2.1 Iterative Lösung der Wellengleichungen.- 3.2.2 Homogene Schichtung.- 3.2.3 Reflexionsfaktoren der homogenen geschichteten Ionosphäre.- 3.3 Die Streumatrix.- 3.3.1 Definition.- 3.3.2 Die Elemente der Streumatrix.- 3.4 Die strahlenoptische Näherung.- 3.4.1 Die Energieströmung der charakteristischen Wellen.- 3.4.2 Die WKB-Lösung.- 3.4.3 Die scheinbare Reflexionshöhe.- 4. Elektromagnetische Wellen in der anisotropen Ionosphäre.- 4.1 Ebene Wellen.- 4.1.1 Die charakteristischen Wellen.- 4.1.2 Die Eigenwerte.- 4.1.3 Ausbreitung senkrecht zum Magnetfeld oder senkrechte Inzidenz.- 4.2 Reflexion und Kopplung.- 4.2.1 Die Reflexionspunkte der charakteristischen Wellen.- 4.2.2 Kritische Vorwärtskopplung.- 4.2.3 Die Reflexions- und Durchlaßmatrizen.- 4.3 Der Strahlenweg.- 4.3.1 Ableitung der strahlenoptischen Lösung aus der wellenoptischen Lösung.- 4.3.2 Impuls-Ausbreitung.- 4.3.3 Der äquivalente Weg.- 4.4 Numerische Modellrechnungen.- 4.4.1 Die Rechenmethode.- 4.4.2 Die Grenzbedingungen.- 4.4.3 Ergebnisse.- 5. Plasmawellen.- 5.1 Ebene Wellen im horizontal geschichteten Plasma.- 5.1.1 Das System der Differentialgleichungen.- 5.1.2 Der Energietransport.- 5.1.3 Senkrechte Inzidenz.- 5.2 Diskussion der Dispersionsformel.- 5.2.1 Das heiße Plasma.- 5.2.2 Das kalte Plasma.- 5.2.3 Appleton-Hartree-Formel.- 5.3 Natürliche VLF- und ULF-Strahlung in der Exosphäre.- 5.3.1 VLF-Whistler.- 5.3.2 Natürliche VLF-Emission.- 5.3.3 Hydromagnetische Whistler.- 6. Die Mode-Theorie.- 6.1 Der vertikale elektrische Dipol im ebenen isotropen Wellenleiter.- 6.1.1 Vektorpotential und Feldstärkekomponenten.- 6.1.2 Ebene Wellen im idealen Wellenleiter.- 6.1.3 Näherungslösungen für die Reflexionsfaktoren von Erde und Ionosphäre.- 6.1.4 Approximative Lösungen der Eigenwertgleichung.- 6.2 Die Mode-Glieder.- 6.2.1 Die Ausbreitungsfaktoren.- 6.2.2 Die Amplitudenfaktoren.- 6.2.3 Die Interpretation der Austinschen Formel.- 6.2.4 Vergleich zwischen wellenoptischer und strahlenoptischer Theorie.- 6.3 Der vertikale elektrische Dipol im gekrümmten Wellenleiter.- 6.3.1 Die Ableitung des Vektorpotentials.- 6.3.2 Die Watson-Transformation.- 6.3.3 Korrekturfaktoren für die Formeln der ebenen Lösung.- 6.3.4 Numerischer Vergleich zwischen den Feldstärken im gekrümmten und im ebenen Wellenleiter.- 6.3.5 Der Einfluß des Erdmagnetfeldes.- 6.4 Resonanzschwingungen zwischen Erde und Ionosphäre.- 6.4.1 Schumann-Resonanzen.- 6.4.1 Kontinuierliche erdmagnetische Pulsationen.- 7. Lang- und Längstwellenexperimente.- 7.1 Interferenzmessungen im Langwellengebiet.- 7.2 Phasen- und Amplitudenmessungen im Längstwellengebiet.- 7.2.1 Allgemeines liber Phasenmessungen.- 7.2.2 Das (h, a)-Diagramm.- 7.3 Statistische Registrierung atmosphärischer Störungen.- 7.3.1 Die Ursache der Atmospherics.- 7.3.2 Der Blitz als VLF-Sender.- 7.3.3 Allgemeines zur Blitzortung.- 7.3.4 Das Amplitudenspektrum der Atmospherics.- 7.3.5 Eine statistische Methode zur Messung der Ausbreitungsfunktion.- 7.3.6 Interpretation der statistischen Amplitudenmessungen.- 7.3.7 Die logarithmische Normalverteilung.- 7.3.8 Die Dispersion der Atmospherics.- Literatur.- Sachwortverzeichnis.