天线原理信息7476讲义25电波传播

§7-4天波传播

一、电离层

在几十到几百公里高空，大气成分主要是氧、氮的分子和原子，在太阳辐射能的作用下，分子或原子中的一个或若干个电子游离出来成为自由电子而发生电离，使高空形成一个厚度为几百公里的电离层，电离的程度用电子密度来描述。1、电离层的结构特点2、电离层的变化电离层的异常变化：电离层骚扰,电离层暴电离层骚扰:当太阳耀斑爆发时,辐射出极强的紫外线和X射线,以光速到达地球(约8分18秒),当穿透高层大气层到达D层时,可能造成短波通信中断,由于耀斑爆发时间很短,因此电离层骚扰持续时间通常为几分钟到几小时,只发生在太阳到地球的日照区.电离层暴:太阳耀斑爆发时,还喷射出大量带电粒子流,若进入电离层,则使电离层的正常结构发生剧烈变动,称为电离层暴.电离层的正常变化：1、日变化日出——正午——黄昏2、季节变化春分秋分两次达到最大。3、随太阳黑子11年周期变化。二、电离层对电波的反射（一）、反射条件将电离层分成许多薄片层，每一薄片层的电子密度是均匀的，但彼此不相等，根据经典电动力学可求得自由电子密度Ne的各向同性均匀媒质的相对介电常数为：1、最高可用频率(MUF)：天波传播不能在超短波和微波段传播f1<f2<f3<f4<f5三个重要概念

电波垂直入射天空，能被电离层反射的最高可用频率称为临界频率为2、临界频率3、天波静区：天波静区入射角度越小，到达越高的地方被反射回来（二）、多径效应发收

电离层不是一种稳定的媒质，其电子密度不时发生起伏，引起各射线路径的不时变化，亦即各射线的总长度不时有所变化，这样，各射线间的波程差不时有所不同，从而使接收点的合成场大小发生变化。这种由多径现象引起的接收点场值的起伏变化称为多径效应。多径效应中信号的变小称为信号的衰落，衰落严重时，将使信噪比低于接收机的门限电平。衰落分为两种，一种是电离层慢速变化引起的，称慢衰落，另一种则是快衰落。由天线射向电离层的是一束电波，即有多根射线以与稍有偏差的入射角射向电离层。它们将在不同的高度上被电离层反射回来，从而使天波传播存在多路径到达接收点的现象。三、电离层对电波的吸收电波入射到电离层后，电场使自由电子作强迫运动，当运动电子与其它分子碰撞时，就将能量传递给中性分子，这样无线电波的一部分能量就被电离层吸收而转化为热耗。

离子及中性分子或原子密度大的区域，发生碰撞的次数多，对电波的吸收就严重。D层、E层内，离子及中性分子或原子的密度比F1层、F2层的大，碰撞次数就多，故D层、E层对电波吸收大，电离层对电波的吸收主要是D层和E层。1．最佳工作频率电波工作频率较低亦即振荡周期较长时，电子受到加速的时间长，电子由电波获得的能量多，电子运动的路程也长，碰撞的机会比多，故电离层对电波吸收就严重些。若电波工作频率较高，情况正相反。但是，当工作频率较高时，电波需到达电子密度很大的地方才能开始返回地面，即电波要深入到电离层更高的地方．这样，大大增长了电波在电离层中的传播距离，使得电离层对电波的总衰减量随路程的大大增长而增大。因此，电波传播的频率不能取得太低，也不能取得太高，存在一个最佳频率，2.天波信号晚上强电离层的D层对电波的吸收是很严重的，而电离层日变化的一个主要特点，就是晚上D层会消失，因此，太阳下山后，天波信号大大加强，这就是晚上能收到更多短波电台的原因。无线电波沿地球表面传播条件：天线低架于地面，且最大辐射方向沿地面优点：信号稳定，基本上不受气象条件的影响,不受多径效应的影响。缺点：随着传播频率的增高传输损耗迅速增大适合于长波和超长波的传播§7-5地表面波传播电场沿X轴，记为，磁场沿Y轴，记为，传播方向沿Z轴，地平面为YZ平面。地面对地面波传播的影响讨论地面波传播时，一般不考虑大气层对波传播的影响，主要考虑地球表面对波的影响分为两个方面1）地面的不平坦性-针对波长而言2）地面的地质情况-土壤的电气性质土壤的电参数土壤的介电系数磁导率土壤的导电率地表面波传播过程中大地对电磁波的吸收可以这样从物理概念上理解。电波沿地面传播时，电场在地表面感应有正电荷，此正电荷随电场的行进而沿地面移动，形成电流，大地并非理想导电媒质，从而引起热损耗，造成大地对电波的吸收。由上讨论可知，地表面的能流，不仅有沿着地表面方向的分量，而且还有指向地下方向的分量，两者的合成使地表面波的能流方向向下偏斜。如图示：

大地对地面波的损耗地面波场强的计算地面衰减因子§7-6各个波段传播方式的选择

1．微波、超短波波段由于波长短、频率高，天波传播已不可能．地表面波传播时，衰减很严重，只能应用于很短的距离上(一般不超过几公里)。所以绝大多数情况下是采用视距传播。如果在地面上进行远距离传输。可以在收发两地之间配置中继站，构成接力通信线路。

2．短波波段采用天波传播方式，通信距离最远可达数千公里。当然也可采用地面波传播，但工作频率还是比较高的，衰减较大，通信距离一般不超过几十公里。

3．中波波段由于波长较长、频率较低，可采用地表面彼传播，传播距离一般不超过三、五百公理；也可由天波传播，其传播距