随着雷达硬件设施、机理研究和数据分析技术的改进提高,许多电离层加热效应被相继发现。调制加热低电离层激励的极低频/甚低频波(ELF/VLF)辐射,体积小,机动灵活,可以实现远距离通信,并对深海潜艇通讯等方面有重要应用。本文从电离层加热的基本理论出发,系统地研究了高纬度地区电离层加热激励出的ELF/VLF波在地-电离层波导中的传播理论。主要研究结果如下:1.给出了地磁场影响下的电离层电导率张量形式,研究了随高度变化的电子浓度、碰撞频率以及电导率张量的各分量分布情况。阐述了低电离层加热中起到主要作用的欧姆加热理论。在此基础上,重点研究了2011年11月我国在挪威Troms?进行的电离层加热实验中非相干散射雷达观测到的数据,研究了不同加热模式下不同高度电离层的电子温度、电子密度等的变化效应。计算了加热时电离层电导率张量的具体变化。研究发现,加热期间电子温度和电子密度在一定高度范围内都产生了明显的增加;对于低电离层采用X波加热效果好。2.从电子能量方程出发,建立低电离层调制加热模型,给出了加热时能量的吸收和损耗经验公式,研究了高纬度地区电离层加热时的能量吸收率和损失率的高度分布。介绍了ELF/VLF辐射源的产生机理,并从理论上分析ELF/VLF天线计算方式。模拟了加热时电子温度的时间演化特性以及电离层的电导率张量各分量,以及电导率扰动量的高度时间分布。计算了激励出来的振荡电流的大小。分析发现,电导率产生了周期性扰动,加热对Pedersen电导率和Hall电导率的作用相反。调制频率对Pedersen电导率的影响比对Hall电导率的大。随着调制频率增大,Pedersen电导率呈减小趋势,而Hall电导率变化不大。3.将高纬度地区低电离层加热激励的源进行等效,从麦克斯韦方程组出发,利用傅里叶变换和反变换,采用准纵近似方法,结合边界条件,计算了电离层中的等效偶极子源接近垂直方向向下传播的波分量在海面附近的场。海面上接收到的辐射强度为10-7A/m量级。研究了不同调制频率下的波传播效应。频率较低,效果较好。当下行波已经进入空气后,波在两个界面之间多次反射,将有若干个最大、最小点。4.采用抛物方程方法(PE)研究不同频率的电离层加热激励的ELF/VLF源在地-电离层波导中传播的单程传输损耗、以及场强的分布等。地-电离层波导高度较高,折射指数采用分段处理的方式。重点介绍了边界条件及初始场的情况,以及折射指数的分段处理,用后向差分离散混合傅里叶变换方法计算了不同频率下的单程传输损耗。结果发现,在向远处传播过程中,在地面附近和电离层下边界附近时损耗较大,中间空气中损耗较小。5.用波导模理论计算了在地-电离层波导中,电离层中水平偶极子辐射的场。考虑了地磁场的影响,介绍了电离层的阻抗矩阵和初值的确定方法以及地面阻抗,用模方程法计算得到水平偶极子的场。最后阐述了电离层中偶极子源任意放置的情况。