Rádióhullámok terjedése mágneses erővonalak mentén

A Föld mágneses erővonalai jóval túlnyúlnak az ionoszférán, ezért a hosszú- közép- és rövidhullámok nem tudnak belépni a Föld mágneses erővonalainak térségébe. Az ultrarövid és rövidebb hullámok általában csillapítatlanul át tudnak jutni az ionoszférán, viszont ezekre a hullámokra nincs hatással a Van Allen övezet.

A nagyon hosszú hullámok (VLF) terjedése mágneses erővonalak mentén

A pólusok közelében, ahol a Föld mágneses erővonalai mind a talajra, mind az ionoszférára közel merőlegesek, az alacsony frekvenciás rádióhullámok szokatlanul viselkednek. Az ionoszféra a mágneses pólusok közelében anizotróp közegként viselkedik, és a benne terjedő rádióhullámokat két részre bontja, ún. szokásos és nem szokásos összetevőkre. Ez hasonlatos az optikában a kettős sugártörés jelenségére.

$\omega _{0}={\sqrt {\frac {NC_{e^{-}}^{2}}{\epsilon _{0}m_{e^{-}}}}}$

$\omega _{h}={\frac {\mu _{0}HC_{e^{-}}}{m_{e^{-}}}}$

$\epsilon _{1,2}=1-{\frac {\omega _{0}^{2}}{\omega (\omega \pm \omega _{h})}}$

A nem szokásos összetevőre a törésmutató:

$n_{1}={\sqrt {1-{\frac {\omega _{0}^{2}}{\omega (\omega -\omega _{h})}}}}$

A rádióhullámok terjedési sebessége a mágneses erővonalak mentén:

$v\approx 2c{\frac {\sqrt {\omega \omega _{h}}}{\omega _{0}}}$

• ω - a körfrekvencia
• ω₀ - az elektromos tér eredő körfrekvenciája
• ω_h - a mágneses tér eredő körfrekvenciája
• ε - az eredő dielektromos állandó
• ε₀ - a vákuum dielektromos állandója
• μ₀ - a vákum permeabilitása
• N - elektron- vagy ionkoncentráció 1/cm3
• C_e- - az elektron töltése
• m_e- - az elektron tömege
• H - a mágneses térerősség A/m
• c - fény sebessége
• v - a terjedési sebesség

A Föld mágneses terének erővonalai erős irányító hatással bírnak. Ezzel magyarázható az, hogy az erősen elnyúlt erővonalakat követve, az északi félteken elhelyezkedő állomás által kisugárzott hullámok vehetők a déli félteken. Egy ilyen hullám útját az alábbi ábra mutatja be:

A Földtől való maximális eltávolodás több földsugárnyi is lehet, éppen ezért a nagyon alacsony frekvenciák ilyen irányú terjedésének megfigyelése fontos információkat ad az űridőjárásról.

Távközlésre, információtovábbításra ez a terjedés nem alkalmas, mivel csak nagyon keskeny sávszélesség vihető át, továbbá mind az adó- mind a vevőoldalon nagy méretű antennákat igényel.

A mágneses erővonalakon történő terjedés sebessége frekvenciafüggő. Ha a jel forrása nem egy rádióállomás, hanem egy villám formájában jelentkező kisülés, amelynek széles a spektruma, akkor egy "fütyülő zavar" nevű jelenség jön létre. Mivel a terjedés sebessége frekvenciafüggő, így a széles spektrumú sugárzás különböző frekvenciájú komponensei eltérő időben jutnak el a vételi helyre. Először a nagyobb frekvenciák érkeznek meg a vétel helyére, majd az egyre kisebbek. A terjedési sebesség a frekvencia négyzetgyökével arányosan növekszik.