Leitfähigkeitsprofil der Ionosphäre und exponentielles Modell

Das Verhalten des Hohlraums steuert das Höhenprofil der Leitfähigkeit der unteren Ionosphäre. In erster Näherung wächst die Leitfähigkeit ungefähr exponentiell mit der Höhe: Mit jedem Höhenschritt um eine feste charakteristische Skala (größenordnungsmäßig einige km) steigt die Leitfähigkeit um einen konstanten Faktor. Man kann also etwa schreiben \sigma(z) \propto e^{z/\zeta}, wobei \zeta die charakteristische Höhe des Profils in der Größenordnung einiger km ist.

Dieser exponentielle Anstieg ist wesentlich, weil die ELF-Welle nur bis zu der Tiefe in die Ionosphäre eindringt, in der die Leitfähigkeit einen kritischen Wert erreicht; darüber wird das Feld rasch gedämpft. Das Profil definiert so die effektive „Decke“ des Hohlraums und mit ihr auch die Verluste, die die Frequenzen verschieben (siehe #18) und den Q-Faktor senken (siehe #19).

Da die elektrische und die magnetische Feldkomponente die Ionosphäre in verschiedenen Höhen „fühlen“, genügt eine einzige Exponentialfunktion nicht für eine genaue Beschreibung; deshalb werden zwei charakteristische Höhen (siehe #21) und verfeinerte zweiexponentielle („Knee“-)Modelle eingeführt (siehe #22).