作为2019年秋季学期工程电磁学课程的一部分，我们不得不在一个很好的星期六下午（19.10.2019）上贴上我们感兴趣的涉及电磁学的主题的海报，我们必须在我们的部门展示该主题。
由于我的课程考试真的很糟糕（我仍然对此感到恶梦:(），所以我决心使小组的海报成为海报当天最好的海报之一。我们三个人Sreekar和Nithin Varma和我在互联网上搜索了一个“非常规”且有趣的话题，在浏览维基百科上的链接大约一周后，我发现了这篇文章-Whistler（radio），引起了我的注意。会不会听说，并且会对了解它非常感兴趣。
同时，Sreekar提出了双折射，这似乎也很有趣。我们之前都没有听说过。考虑到这两个主题，我们请我们的讲师Deepa Venkitesh博士征求她的意见，她要求我们与前任一起去。
在开始解释海报的技术细节之前，请看一下我们制作的海报（单击以获取PDF）。
在第一次世界大战中，士兵们使用长距离通讯线来维持与基地的联系。在没有人摔倒的情况下，接收电话的人经常会听到与“手榴弹”非常相似的声音。一个敏锐的发现是在雷击期间听到了这种特殊的声音。
第一个，您会注意到频率下降的音调，称为惠斯勒，而第二个，由频率的上升和下降音调组成的合唱。这篇文章将在两方面对哨子进行更广泛的研究，以更多地谈论哨子。
吹口哨是大气中的极低频（VLF）排放物，其特征是频率迅速下降。
由于是长波（〜100公里！）的电磁波，可以理解为它们耦合到长达100公里的通信线路中。这解释了第一次世界大战中士兵听到的奇怪声音。
首先要问的自然问题是这些波是如何产生的。关于这一点的文献有限，但是有大量证据表明，吹口哨的来源必须与雷电没有太大不同。
哨子与普通雷电不同的唯一已知特征是其相对较高的能量含量。在考虑了衰减损耗之后，吹口哨产生的冲程中估计的电磁能量大约是平均闪电的十倍。足够强的闪电应能够产生啸叫模式信号。
但问题是-我们还在可能根本没有雷电的位置检测到了这些电波。实际上，也可以在磁共轭点遭受雷击的地方检测到这些波。那意味着必须有某种传播方式使之成为可能。使用波导的基本概念可以直观地理解其传播背后的理论。
波导是一种通过限制扩展到一维或二维而以最小的能量损失来引导诸如电磁波或声音之类的波的结构。在没有波导的物理约束的情况下，随着波幅扩展到三维空间，波幅会根据平方反比定律减小。
从字面上看，它的名字就是-它“引导”波浪，有点像隧道（过于简化）。一种非常流行的波导是无处不在的光纤。
波导的最简单理想化情况是平行板波导，其中波被约束在两个导体之间。求解麦克斯韦方程组并应用边界条件将为我们提供一个解决方案，该解决方案的波将沿与板相切的方向传播。
现在，考虑地球和电离层。地球是一个良好的导体，从某种意义上说，在我们所说的频率（KHz）上，损耗角正切约为600。
顾名思义，电离层含有许多离子，也使其成为良好的导体。我们现在拥有的是一个波导，电磁波，尤其是VLF波可以通过该波导被引导。
来自地球表面附近的雷电的能量在地球电离层波导中传播，并沿着电离层的下表面连续进入电离层。然后，在管道位置进入电离层的波分量被捕获并沿着同一磁力线“传输”到相对的半球，该磁力线沿管道精确对齐，并从电离层中出来并重新进入电离层。地球电离层波导。
因此…，同一地点的雷击会同时产生一堆频率。它们全都走同一条路径并到达另一个位置。因此，理想情况下，我们应该同时接收所有频率。但是我们听到频率下降的声音。为什么？
原因在于电离层。波在电离层中传播的速度取决于其频率。这导致波的分散，每个频率以不同的速度传播。
如上图所示，由于电离层中波的散布取决于它们的频率，因此在不同的时间接收到不同的频率，首先接收到较高的频率。这就是为什么吹口哨是频率递减的原因。
这个理论很棒。但是，我们实际上如何检测和听到这些声音？
由于这些是电磁波，因此我们必须首先“捕获”这些EM波，然后进行转换，即将它们转换为音频，以实际听到您之前听到的音频片段。
这些波的波长非常大（3KHz波为100 km）。这意味着不可能有一个全波长天线来精确捕获波。典型的VLF接收器长约60英尺-接收信号电流很小。使用高增益，高输入阻抗（以提高灵敏度）放大器和低通滤波器的级联组合，我们可以弥补这一差异。
频谱图是信号频率随时间变化的频谱的直观表示。
基本上是一张图，通常以x轴为时间，以y轴为频率，并以颜色表示在点$（f，t）$处的强度/振幅。
这是现实的吹口哨声谱图。在0355：29左右，您可以看到正在生成的频段。这称为tweek。
在0355：31附近，您可以看到“下降频率的音调”已经开始。请注意，在tweek和吹口哨开始之间有一段时间的延迟。这告诉我们在其他地方检测到它（还记得磁共轭点吗？），这意味着它已经传播了（或者在第t周的同一位置检测到了吹口哨）。
根据Robert A. Helliwell在他的《吹口哨和相关电离层现象》一书中的描述，吹口哨的理想声谱图是：
上图中的内容不只是理想的频谱图。该图向我们展示了丰富的信息。
如果仔细观察，我们会看到理想的声谱图，其中包含了吹口哨的所有“反射”。
坚持，稍等！反射是从哪里来的？正如我提到的那样，反射是在传播的，我曾提到产生的tweek将进入电离层导管，然后再返回地球-电离层波导。嗯，电磁波，实际上是任何波，当它们从一种介质传播到另一种介质时，根本什么也不做。
由于介质折射率的变化，波所携带的某些能量将被反射到第一种介质中，而其余的将被传输到第二种介质中（也吸收了能量，但是我忽略了与其他两个相比，它要少得多。
在上图的这一部分中，我们可以看到第t周，还有一些哨子，每个哨子都比前一个多。在tweek的相同发源地检测到此类口哨。他们之所以被称为奇跳哨，是因为他们“跳”或“跳”（即反映）了奇数次。
为什么他们被更多地拖出去？因为，它们各自比前一个经历更大的色散，因为它们在每次反射之后要经过更多的距离才能被检测到。
类似地，在该图的这一部分中，我们可以看到所有的偶跳惠斯勒，它们是在磁共轭点到t周的起点处检测到的。
我曾经提到过，波分散在电离层中，对吗？好吧，后来的研究表明，根据色散理论，每个吹口哨都应具有特征频率（不一定是检测到的最大频率），该特征频率具有最小的时间延迟。该频率称为吹口哨的鼻子频率。该鼻子频率在频率范围约为10KHz的啸叫声中非常明显。
实际上，前面显示的声谱图实际上是鼻子吹口哨声谱图的下半部分。
吹口哨的机头频率与电离层的电子分布密切相关。因此，哨声波的主要应用之一是绘制电离层的电子分布图。
吹口哨模式波与大气中带电粒子相互作用的研究表明，可能可以通过人造的吹口哨模式信号来加速电荷。提出这一建议是为了在发射卫星时保护卫星免受Van Allen辐射带的带电粒子的伤害。