BÁO CÁO MÔN HỌC: TẦNG ĐIỆN LY

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI
Học viện Hàng Không Việt Nam
Khoa Điện Tử Viễn Thông
************
BÁO CÁO MÔN HỌC
ĐỀ TÀI :
TẦNG ĐIỆN LI
LỚP ĐVC4
NHÓM 1:
TRẦN TRỌNG DUY
PHẠM TRẦN ĐÌNH GIANG
NGUYỄN MINH KHÔI
NGUYỄN TRỌNG NGHĨA
PHẠM NGUYỄN THÀNH NHÂN
TRẦN THANH TÚ
TẦNG ĐIỆN LI
I. GIỚI THIỆU
I.1 Khái niệm
- Tầng điện li là lớp bên trên của khí quyển, nơi chịu nhiều tác dụng các bức
xạ sóng ngắn (bao gồm bức xạ tử ngoại, bức xạ Röntgen) của mặt trời và các
bức xạ khác từ vũ trụ tới nên chứa nhiều ion và điện tử tự do.
- Tầng điện li không chỉ có mặt ở Trái Đất mà còn có thể có mặt trên các hành
tinh khác trong vũ trụ.
I.2 Tầng điện li trong bầu khí quyển
• Tầng điện li nằm ở độ cao từ 50-80km đến khoảng 1000km, và được chia thành 3
lớp D, E và F
- Lớp D nằm trong khoảng độ cao từ 50 đến 90 km. Vào ban đêm, lớp D hầu
như biến mất.
- Lớp E nằm ở độ cao từ 90 đến 120 km và được đặc trưng bởi sự tăng nồng độ
electron theo độ cao vào ban ngày; nồng độ cực đại nằm ở độ cao khoảng
110 km. Ban đêm nồng độ electron giảm rõ rệt.

- Lớp F bao gồm toàn bộ các lớp điện li ở độ cao trên 130 - 140 km và thường
được chia thành 2 lớp phụ là F
1
(150 - 200 km) và F
2
.
Hình 1 các lớp trong tầng điện li
I.3 Ảnh hưởng và vai trò của tầng điện li tới việc truyền, phát sóng
• Ảnh hưởng
- Tầng điện li có ảnh hưởng rất lớn đến sự truyền sóng vô tuyến, nhất là khi có
bão từ. Lớp D hấp thụ rất mạnh năng lượng sóng vô tuyến ở dải sóng trung.
Do đó, ban ngày hầu như không quan sát được sự giao thoa của sóng đất và
sóng không gian (gọi là hiện tượng phađin) ở dải sóng trung. Sóng trung đi
tới lớp E sẽ bị phản xạ trở lại mặt đất. Tính không ổn định của lớp E, nhất là
lúc sáng sớm, chiều tối và ban đêm đã gây nên phađin. Sự phản xạ sóng vô
tuyến từ lớp F
2
đã tạo khả năng liên lạc ở các cự li rất xa trong dải sóng ngắn
• Vai trò
- Tầng điện li: là tầng khí quyển ở độ cao từ 80-800km có chứa nhiều hạt
mang điện tích là các electron, ion dương và ion âm.
- Sóng dài: có năng lượng nhỏ nên không truyền đi xa được. Ít bị nước hấp thụ
nên được dùng trong thông tin liên lạc trên mặt đất và trong nước.
- Sóng trung: Ban ngày sóng trung bị tần điện li hấp thụ mạnh nên không
truyền đi xa được. Ban đêm bị tần điện li phản xạ mạnh nên truyền đi xa
được. Được dùng trong thông tin liên lạc vào ban đêm.
- Sóng ngắn: Có năng lượng lớn, bị tần điện li và mặt đất phản xạ mạnh. Vì
vậy từ một đài phát trên mặt đất thì sóng ngắn có thể truyền tới mọi nơi trên
mặt đất. Dùng trong thông tin liên lạc trên mặt đất.
- Sóng cực ngắn: Có năng lượng rất lớn và không bị tần điện li phản xạ hay

hấp thụ. Được dùng trong thôn tin vũ trụ.
II. Sự truyền sóng quanh trái đất nhờ tầng điện li
 Sóng cực ngắn (1cm - 10m): Không bị tầng điện li hấp thụ,phản xạ → thông
tin trong vũ trụ.
 Sóng ngắn (10m – 200m ): Được tầng điện li và mặt đất phản xạ nhiều lần →
dùng để thông tin trên quả đất.
 Sóng trung ( 200m – 3000m) :bị tầng điện li hấp thụ → thông tin trên bề mặt
quả đất.
 Sóng dài (từ 3000m) : Không bị nước hấp thụ → dùng để thông tin dưới
nước

Hình 2: Sự truyền sóng quanh trái đất và các tầng khí quyển
 Trong phạm vi tầng này, các bức xạ cực tím gây ra sự ion hóa. Tại đây, do bức
xạ môi trường nhiều phản ứng hóa học xảy ra đối với ôxy, nitơ, hơi nước,
CO2 chúng bị phân tách thành các nguyên tử và sau đó ion hóa thành các ion
như NO+, O+, O2+, NO3-, NO2 và nhiều hạt bị ion hóa phóng xạ sóng điện
từ khi hấp thụ các tia mặt trời vùng tử ngoại xa. Bức xạ làm cho các hạt trong
khí quyển thuộc tầng này trở thành mang điện cho phép các sóng radio được
phản xạ trở lại và có thể nhận được tại các điểm vượt ra khỏi khoảng cách tới
đường chân trời. Do đó nó có thể truyền đi xa
 Tất cả các sóng điện từ cũng được phản xạ từ tầng điện ly. Nhưng sóng có
bước sóng dài phản xạ tốt hơn vì:
 Tầng điện ly có các hạt dẫn điện loãng, nên sóng có bước sóng dài thì dẫn
điện tốt hơn vì dòng điện xoáy của bước sóng dài được thực hiện trong một
chu vi rộng hơn (tính theo chiều dài bước sóng), bước sóng ngắn thì ngược
lại. Nói cách khác, số điện tích tham gia vào dòng điện xoáy tính theo bước
sóng, thì trường hợp sóng dài trội hơn hẳn.
 Do tầng điện ly loãng, nên hiện tượng phản xạ sóng xảy ra trong nhiều lớp,
chứ không xảy ra trên một mặt phẳng duy nhất như trên bề mặt kim loại.
Sóng phản xạ trên nhiều lớp của tầng điện ly này có pha khác nhau (vì độ

dài đường đi khác nhau).
- Đối với sóng có bước sóng ngắn, cực ngắn thì sự sai pha này triệt tiêu lẫn
nhau.
- Đối với sóng dài thì sự sai pha này không đủ để chúng ngược pha nhau,
nên chúng không triệt tiêu hết được. Nói cách khác, bề dày phản xạ của
tầng điện ly có thể xem là một gương phẳng so với chiều dài bước sóng
dài.
- Độ dài bước sóng ngắn, so với bề dày lớp phản xạ là đáng kể, không thể
xem là gương phẳng được.
 Do vậy, sóng dài và sóng trung phản xạ qua tầng điện ly sẽ tốt hơn sóng ngắn
III. NGUYÊN NHÂN ION HÓA CHẤT KHÍ Ở TẦNG ĐIỆN LY
• Quá trình ion hoá là quá trình tách điện tử ra khỏi vỏ ngoài của các phân
tử .chúng mất cân bằng và mang điện . có 2 dạng ion hoá chính là do bức
xạ của mặt trời .
- bức xạ quan
- bức xạ hạt
III.1 Bức xạ quan
 Đây là nguyên nhân chủ yếu để tạo thành tầng điện ly. mặt trời bức xạ song
điện từ trong một dãi rất rộng .tuy nhiên chỉ có một số tia ,có tác dụng ion
hoá . đó là những tia thoả mãn điều kiện sau:
h.v > w
trong đó :
h hằng số plank.
V tần số bức xạ
W công ion hoá
Ta có:


ionhoa
ionhoa

c w
v
h
λ
= =
0
. 12.394

ionhoa
c h A
w w
λ
⇒ = =
Với A
0
=10
-10
m (ac gông – đơn vị độ dài)
III.2 Bức xạ hạt
 mặt trời liên tục phát ra các dòng hạt gồm điện tử ,ion và các trung hoà điện
nhưng chủ yếu là điện tử.những hạt này có động năng rất lớn ,khi bắn vào
các nguyên phân tử giải phóng ra điện tử và gây ion hoá
2
1.

2
m v
w>
Với m
1

là khối lượng hạt
IV. CÁC THAM SỐ CỦA TẦNG ĐIỆN LI
IV.1 Độ điện thẩm
- Độ điện thẩm tương đối của tầng điện ly được xác định theo công thức
2 2
1 3.19.

e
dly
N
v
ε
ω
= −
+
Với:
N
e
là mật độ điện tử (e/cm
2
)
ω là tần số sóng
v tần số va chạm
- Khi cộng hưởng tức tần số � bằng tần số v thì
3
2
3,19.10
1
2
e

dly
N
ε
ω
= −
- Đối với sóng ngắn thì � >> v vì vậy ta bỏ qua v và với � =2πf khi đó
2
80,8
1
e
dly
N
f
ε
⇒ = −
IV.2 Độ điện dẫn
Ta có công thức tính độ điện dẫn như sau:
8
2 2
2,810
e
f
N v
v
σ
ω
−
⇒ =
+
 Ta thấy

- ԑ
dly
và �
I
phụ thuộc vào N
e
- Nếu f tiến tới vô cùng thì ԑ
dly
tiến1và
I
tiến tơi 0 giống như truyền song
trong không gian tự do.