用語説明

電離層
電離層（Ionosphere）は、地球の大気圏の一部であり、太陽からの紫外線や宇宙からの放射線によってガスが電離され、自由電子とイオンが大量に存在する層です。地表から約60 kmから1000 kmの高度に位置し、通信や無線技術において非常に重要な役割を果たしています。電離層は、無線通信において信号の反射や屈折を引き起こし、遠距離通信を可能にするため、アンテナ技術と密接な関係があります。

●電離層の構造
電離層は高度によって異なる性質を持つ層に分かれており、それぞれの層が異なる役割を果たしています。主に以下の層に分けられます。
●D層（60 km - 90 km）:
最も低い層で、昼間は太陽光により電離が進みますが、夜間には電離がほぼ消失します。D層は低周波（LF）から中周波（MF）の電波を吸収し、特にAMラジオ放送に影響を与えます。昼間はD層による吸収が強く、長距離通信が難しくなります。
●E層（90 km - 150 km）:
中間の層で、昼間には比較的強い電離が見られますが、夜間になると電離が弱まります。E層は高周波（HF）の電波を反射する能力を持ち、これにより長距離の短波通信が可能になります。また、稀にスポラディックE層（Es層）と呼ばれる非常に高い電子密度を持つ部分が出現し、これが異常伝播の原因となることがあります。
●F層（150 km - 1000 km）:
最も高い層で、昼夜を通じて電離が維持され、F1層とF2層に分けられます。特にF2層は最も電離が強く、短波帯の電波を反射する能力があり、国際通信のための重要な反射層となっています。F層は昼間の電離が強く、夜間は電離が減少しますが、それでも通信可能な反射層として機能します。
●電離層と無線通信
電離層は無線通信において不可欠な要素であり、特に短波帯（HF）での通信において重要な役割を果たします。短波は電離層で反射される特性を持っており、これにより地球の曲面を超えて遠く離れた地点との通信が可能になります。この現象は「スカイウェーブ」と呼ばれ、例えば、地上局から発信された電波が電離層に到達し、反射して再び地上に戻ることで、数千キロメートル先の受信局で受信されます。
このスカイウェーブ現象により、遠距離通信や国際通信が可能になります。特に軍事通信、航空通信、海上通信など、遠距離での確実な通信が必要な場合に電離層の反射を利用した通信が重宝されています。
●電離層の変動とその影響
電離層は太陽活動や地磁気の影響を受けて変動します。太陽の活動が活発になると、太陽からの紫外線やX線が増加し、電離層の電離が強化されます。これにより、電波の伝播条件が変化し、通信に影響を与えることがあります。特に太陽フレアや地磁気嵐が発生した場合、電離層の異常が発生し、通信障害や精密機器の誤動作を引き起こすことがあります。
また、電離層の変動は季節や昼夜の変化とも関係しています。夏季には電離層がより強くなるため、短波通信の条件が改善される一方、冬季には条件が悪化することがあります。また、夜間にはD層が消失し、短波通信がより遠くまで届くようになる一方で、F層の電離が弱まるため、通信可能な周波数帯が変わることがあります。
●電離層とGPS
電離層はGPS（全地球測位システム）に対しても影響を与えます。GPS信号は電離層を通過する際に遅延が生じるため、この遅延を正確に補正する必要があります。電離層の電子密度が変動すると、遅延量も変化し、測位精度が低下する可能性があります。GPSシステムでは、これらの影響を最小限に抑えるため、複数の周波数を利用したり、地上局からの補正データを使用したりしています。