Ionosphere, Ionospheric Layer   전리층, 이온층

1. 전리층 / 이온층 (Ionosphere) 이란?

  ㅇ 지구 상층의 이온화된 층
     - 플라즈마 형태의 영역
        . 지구 상층 대기를 구성하고 있는 분자나 원자가,
        . 태양으로부터의 자외선,X선, 은하로부터의 우주선 등의 복사 에너지에 의하여,
        . 전리되어 분자,원자,이온,전자 등이 혼재하는 영역

  ㅇ 전리층 높이
     - 지구로부터 대략 65 ~ 2000 ㎞ 에 위치함
     - 특히, 전파 영향이 큰 80 ~ 400 ㎞ 를 말함
        . 80 ㎞ 이하에서는, 대기 밀도가 높아, 해리(이온화) 보다는 재결합이 압도적임
        . 400 km 이상에서는, 기압이 10-6 mmhg 정도로 거의 진공에 가까움


2. 전리층의 구분

  ㅇ 전리층의 전자 밀도는 태양활동, 계절, 시각, 위도, 경도 등에 의해 변화
     - 극지방과 적도지방   :  지구 자계의 영향을 받아  큰 차이가 남
        . 저 위도 적도지방 :  전리층의 불규칙성이 높음
        . 고 위도 극지방   :  강하입자에 의한 전리작용이 더해져(오로라 현상) 특히 복잡하게 변화됨

  ㅇ 특히, 태양 영향에 따라 낮과 밤에 따라 달리 층 형성됨
     - 낮 : D, E, F1, F2
     - 밤 : E, F


3. 전리층 파 (Ionospheric Wave) 이란?

  ㅇ 지상 80~400 km의 전리층에서 반사되거나 산란되는 전파

  ㅇ 전파의 굴절,반사,산란 이외에도 감쇠,편파면의 회전 등이 발생됨
     - 저주파(30 MHz 이하) : 주로, 반사 위주로 원거리 전파 가능
     - 고주파(100 MHz 이상): 전리층을 통과하며 산란,회절,흡수 일어남


4. 전리층 파의 영향

  ㅇ 전리층 영향
     - 특히, 단파대 (HF) 전파(電波)를 사용하는 경우에, 소 전력 장거리 통신 가능
        . (例, 단파 방송 등)

  ㅇ 통상, 
     - 수백 MHz 이하 주파수대(주로, 단파 HF대,초단파 VHF대 이하 지상파 통신)에서 만 영향을 줌   
     - 그 이상 주파수대에서는, 위성통신 등에서 응용
        . 군지연,패러데이 회전(편파 특성에 영향을 줌),페이딩/신틸레이션(Scintillation) 등 발생

  ㅇ 무선주파수대역별 영향
     - 장파(LF),중파(MF)대 전파  :  주로, D,E층의 영향을 받음

     - 단파대(HF) 전파  :  주로, F층에 지배됨
        . 장거리 육상 및 해상 통신에 일부 이용됨

     - 초단파(VHF)대 이상  :  대부분 일부 감쇠 및 통과

  ㅇ 전리층 감쇠에 대한 호칭
     - 제1종 전리층 감쇠  :  전리층을 관통할 때 받는 감쇠
        . 감쇠량은, 전자 밀도의 크기에 비례하고, 주파수의 제곱에 반비례 함
        . 상층 전리층(E층)에서 반사되면서 하층 전리층(D층)을 통과하면서 받는 감쇠
        . 야간 보다 주간에 감쇠가 큼
     - 제2종 전리층 감쇠  :  전리층에서 반사될 때 받는 감쇠
        . 감쇠량은, 사용 주파수와 최고 사용 주파수(MUF)의 비(比)에 관계


5. 전리층의 주요 층별 특징 및 영향 

  ※ (전리층의 구분은, 전자 밀도에 따라 높이 및 층상구조로 구분)
     - 전자 밀도 크기순 : D < E < F1 < F2

  ㅇ D층 (약 70~90 km)
     - 낮에 만 존재하고 밤에는 사라짐
     - VLF,LF 파는 반사, MF 파는 흡수, HF 파는 부분 흡수, VHF 파 이상은 통과

  ㅇ E층 (약 90~130 km)
     - 낮과 밤 모두 존재
     - 파장 100~400 m 전파를 반사함
     - MF,HF 파는 반사, 그 이상 주파수대는 작은 감쇠

     - 스포라딕 E층 (Sporadic-E, Es)
        . E층의 높이에서 전리도가 높고 출현이 불규칙한 스포라딕 E층(Sporadic-E, Es)
           .. 전자들이 구름을 형성하며 이동함
           .. 불규칙한 반사층을 형성하며, 초단파(VHF)의 이상 전파현상을 일으키는 일이 있음

  ㅇ F층 (약 130~수백Km, 하절기 F1 및 F2 층)
     - 주로, 하절기 주간에 만 존재
     - F층은, F1(약 170~230 km)과 F2층(약 200~500 km)으로 나누어짐
        . F1층 : HF 파 반사, 그 이상 주파수대는 낮은 감쇠
        . F2층 : 밤낮 모두 존재, HF 파 반사 (장거리 통신용)