當電磁波特別是強電磁波在電離層中傳播時，電離層介質的特性隨波場變化，並反過來影響電磁波，或者幾列電磁波通過改變介質的特性而互相影響的物理現象。電離層非線性現象將使無線電信號發生畸變，引起反常吸收和散射，破壞波的可疊加性，改變電離層的特性，以及激發電漿的不穩定性
基本介紹
- 中文名：電離層非線性現象
- 外文名：Nonlinear phenomena in the ionosphere
- 拼音：dianlicengfeixianxingxianxiang
- 類型：電磁波
介紹
當電磁波特別是強電磁波在電離層中傳播時，電離層介質的特性隨波場變化，並反過來影響電磁波，或者幾列電磁波通過改變介質的特性而互相影響的物理現象。電離層非線性現象將使無線電信號發生畸變，引起反常吸收和散射，破壞波的可疊加性,改變電離層的特性,以及激發電漿的不穩定性。
電離層非線性現象是由於電磁波和電離層介質之間的相互作用引起的。從巨觀來講，電磁波通過改變電子密度和溫度，使電離層介質的介電常數和電導率隨著波的電場強度而變化;從微觀來講,電磁波通過改變帶電粒子的速度分布，使電離層介質的巨觀特性發生變化。即使在電磁波比較弱的情況下，非線性現象也會出現。因此，非線性現象在電離層中是十分普遍的，早在20世紀30年代就已被發現並開始進行研究。
調幅波畸變 當調幅波通過電離層時，其振幅調製發生畸變的現象。調幅波畸變現象是由於電離層介質對電磁波的吸收程度隨電磁波幅度的改變而引起的。對於角頻率遠大於粒子碰撞頻率的高頻電磁波，介質的吸收隨著電磁波幅度的增強而增大；而對於角頻率遠小於碰撞頻率的低頻電磁波，較大幅度的電磁波受到的吸收反而較弱。這樣，調幅波在通過電離層時，其幅度將受到非線性衰減，從而使幅度調製發生畸變，出現調幅波的自調製或自解調現象。
電離層交叉調製兩列波在電離層中同時傳播時,其波形互相影響的現象，又稱盧森堡效應。例如當角頻率為ω1的強無線電波通過電離層某一區域時,如果另一個角頻率為ω2的電磁波也通過同一個區域，則電波1造成的介質特性變化將影響電波2，特別是，如果電波1是調幅波，其調幅波形會通過介質而部分地轉移到電波 2上。這種效應對中波廣播造成的影響是在一個電台的廣播中混有另一個電台的聲音。由於調製發生在電離層中，這種混合不能靠改善收音機的選擇性來解決。
反常吸收和散射 大功率的電磁波可以人為地局部改變電離層的特性，通過加熱電離層造成介質溫度、密度等的漲落而激發電漿振盪和波，特別是當這種振盪又進一步增強電漿結構上的不均勻時，某種頻率的波會得到增長，即激發起電漿的不穩定性。這類過程中介質會以某種非碰撞吸收的機制而從電磁波獲得能量，使電磁波遭到反常的吸收或散射。這一類現象也屬於非線性過程。從60年代以來進行的人工加熱電離層試驗，以及通過大功率非相干散射雷達的探測，已經觀測到如下的一些現象：①強的擴展F回波，表明在F層高度上人為地造成了不均勻結構。②沿地磁力線伸長的電子密度的不均勻結構，可以是幾種不同機製造成的電漿波。③散射回波的頻率和發射頻率不同，這涉及到兩列以上的波的非線性相互作用。例如一個電磁波可以通過散射形成離子聲波和一個新的電磁波(布里淵散射)或激起朗繆爾波和一個新的電磁波（喇曼散射），這些散射波和入射波之間滿足一定的頻率關係。④電磁波的強烈反常吸收。上述幾種現象，由於地球磁場的存在而複雜化。
電離層中非線性現象的研究作為電漿物理和電離層研究的組成部分，具有重要的理論意義和實用價值。在研究這類非線性現象時，既不能忽視它對電波傳播的消極影響，又要設法探索它為人類服務的可能性。例如有可能通過人為激發的電子密度不均勻結構建立某種高頻、甚高頻或超高頻波段的散射通訊系統。
參考書目
В．Л．金茲堡著，錢善瑎譯：《電磁波在電漿中的傳播》,科學出版社,北京,1978。(V.L.Ginzburg,The Propagation of Electromagnetic Waves in Plasmas,2nd ed., Pergamon, Oxford,1970.)
電離層非線性現象是由於電磁波和電離層介質之間的相互作用引起的。從巨觀來講，電磁波通過改變電子密度和溫度，使電離層介質的介電常數和電導率隨著波的電場強度而變化;從微觀來講,電磁波通過改變帶電粒子的速度分布，使電離層介質的巨觀特性發生變化。即使在電磁波比較弱的情況下，非線性現象也會出現。因此，非線性現象在電離層中是十分普遍的，早在20世紀30年代就已被發現並開始進行研究。
調幅波畸變 當調幅波通過電離層時，其振幅調製發生畸變的現象。調幅波畸變現象是由於電離層介質對電磁波的吸收程度隨電磁波幅度的改變而引起的。對於角頻率遠大於粒子碰撞頻率的高頻電磁波，介質的吸收隨著電磁波幅度的增強而增大；而對於角頻率遠小於碰撞頻率的低頻電磁波，較大幅度的電磁波受到的吸收反而較弱。這樣，調幅波在通過電離層時，其幅度將受到非線性衰減，從而使幅度調製發生畸變，出現調幅波的自調製或自解調現象。
電離層交叉調製兩列波在電離層中同時傳播時,其波形互相影響的現象，又稱盧森堡效應。例如當角頻率為ω1的強無線電波通過電離層某一區域時,如果另一個角頻率為ω2的電磁波也通過同一個區域，則電波1造成的介質特性變化將影響電波2，特別是，如果電波1是調幅波，其調幅波形會通過介質而部分地轉移到電波 2上。這種效應對中波廣播造成的影響是在一個電台的廣播中混有另一個電台的聲音。由於調製發生在電離層中，這種混合不能靠改善收音機的選擇性來解決。
反常吸收和散射 大功率的電磁波可以人為地局部改變電離層的特性，通過加熱電離層造成介質溫度、密度等的漲落而激發電漿振盪和波，特別是當這種振盪又進一步增強電漿結構上的不均勻時，某種頻率的波會得到增長，即激發起電漿的不穩定性。這類過程中介質會以某種非碰撞吸收的機制而從電磁波獲得能量，使電磁波遭到反常的吸收或散射。這一類現象也屬於非線性過程。從60年代以來進行的人工加熱電離層試驗，以及通過大功率非相干散射雷達的探測，已經觀測到如下的一些現象：①強的擴展F回波，表明在F層高度上人為地造成了不均勻結構。②沿地磁力線伸長的電子密度的不均勻結構，可以是幾種不同機製造成的電漿波。③散射回波的頻率和發射頻率不同，這涉及到兩列以上的波的非線性相互作用。例如一個電磁波可以通過散射形成離子聲波和一個新的電磁波(布里淵散射)或激起朗繆爾波和一個新的電磁波（喇曼散射），這些散射波和入射波之間滿足一定的頻率關係。④電磁波的強烈反常吸收。上述幾種現象，由於地球磁場的存在而複雜化。
電離層中非線性現象的研究作為電漿物理和電離層研究的組成部分，具有重要的理論意義和實用價值。在研究這類非線性現象時，既不能忽視它對電波傳播的消極影響，又要設法探索它為人類服務的可能性。例如有可能通過人為激發的電子密度不均勻結構建立某種高頻、甚高頻或超高頻波段的散射通訊系統。
參考書目
В．Л．金茲堡著，錢善瑎譯：《電磁波在電漿中的傳播》,科學出版社,北京,1978。(V.L.Ginzburg,The Propagation of Electromagnetic Waves in Plasmas,2nd ed., Pergamon, Oxford,1970.)
