无线电波传播2电离层中的电波传播

电离层无线电波传播dianliceng wuxian dianbo chuanbo电离层无线电波传播radio wave propagation in the ionosphere无线电波在电离层中传播的规律及其应用的研究，早先着重于电波在电离层F2层电子密度峰值以下区域的传播问题，人造卫星上天以后，扩展到穿越整个电离层区域的传播规律问题。

基本理论电离层由自由电子正离子负离子、分子和原子组成，是部分电离的等离子体介质。

带电粒子的存在影响无线电波的传播，其机制是带电粒子在外加电磁场的作用下随之振动，从而产生二次辐射，同原来的场矢量相加，总的效果表现为电离层对电波的折射指数小于1。

由于自由电子的质量远小于离子的质量,一般电子的作用是主要的，只要考虑电子就够了。

但如电波频率较低而接近于离子的等离子体频率时，离子的影响也不能忽略。

由于地磁场的存在，带电粒子也受它的影响，所以电离层又是各向异性的（见磁离子理论）。

电离层的形成和结构特性是受太阳控制的，因此它既随时间又随空间变化。

在这样复杂的介质中，分析无线电波传播问题必须建立相对简化的物理模型并根据电波的频率采用相应的理论和方法。

对于电离层电波传播，介质的折射指数是一个最根本的参数，实验证明相当有效。

为人们普遍接受的磁离子理论表达的折射指数的公式称为阿普尔顿-哈特里公式,它是电离层电子密度和电波频率的函数，所以又被称为色散公式，而电离层则是一种色散介质。

对于短波和波长更短的电波传播问题，可以采用近似的射线理论，对长波和超长波则一般需要采用波动理论，有时可将地面和电离层底部之间看作一个同心球形波导。

折射和反射电离层的折射指数主要取决于电子密度和电波频率，电子密度愈大或电波频率愈低，折射指数愈小。

因为电离层的折射指数小于1,电波在电离层中受到向下折射，在垂直投射的情况下，折射指数等于零时，电波不能传播，产生“反射”。

在一定值的电子密度情况下，使折射指数为零的频率称为电波的临界频率，在地磁场的影响可以忽略时，这一频率就等于电子的等离子体频率。

无线电波的传播方式电离层对电波传播的影响面对二十多个业余波段，究竟该用哪一段?春夏秋冬阴晴雨雪对通信会有什么影响?当你对这些问题打算亲自体验一番之前，应该对无线电波的传播规律及各业余波段的特点等等先做些“调查研究”，这样才能事半功倍。

一、无线电波的传播方式无线电波以每秒三十万公里的速度离开发射天线后，是经过不同的传播路径到达接收点的。

人们根据这些各具特点的传播方式，把无线电波归纳为四种主要类型。

1)地波，这是沿地球表面传播的无线电波。

2)天波，也即电离层波。

地球大气层的高层存在着“电离层”。

无线电波进入电离层时其方向会发生改变，出现“折射”。

因为电离层折射效应的积累，电波的入射方向会连续改变，最终会“拐”回地面，电离层如同一面镜子会反射无线电波。

我们把这种经电离层反射而折回地面的无线电波称为“天波”。

3)空间波，由发射天线直接到达接收点的电波，被称为直射波。

有一部分电波是通过地面或其他障碍物反射到达接收点的，被称为反射波。

直射波和反射波合称为空间波。

4)散射波，当大气层或电离层出现不均匀团块时，无线电波有可能被这些不均匀媒质向四面八方反射，使一部分能量到达接收点，这就是散射波。

在业余无线电通信中，运用最多的是“天波”传播方式，这是短波远距离通信向必要条件。

空间波和散射波的运用多见于超高频通信，而地波传播“般只用于低波段和近距离通信。

二、电离层与天波传播1.电离层概况在业余无线电中，短波波段的远距离通信占据着极重要的位置。

短波段信号的传播主要依靠的是天波，所以我们必需对电离层有所了解。

地球表面被厚厚的大气层包围着。

大气层的底层部分是“对流层”，其高度在极区约为九公里，在赤道约为十六公里。

在这里，气温除局部外总是随高度上升而下降。

人们常见的电闪雷鸣、阴晴雨雪都发生在对流层，但这些气象现象一般只对直射波传播有影响。

在离地面约10到50公里的大气层是“同温层”。

它对电波传播基本上没有影响。

离地面约50到400公里高空的空气很少流动。

无线电波的传播方式一、无线电波的传播方式无线电波以每秒三十万公里的速度离开发射天线后，是经过不同的传播路径到达接收点的。

人们根据这些各具特点的传播方式，把无线电波归纳为四种主要类型。

1）地波，这是沿地球表面传播的无线电波。

2）天波，也即电离层波。

地球大气层的高层存在着“电离层”。

无线电波进入电离层时其方向会发生改变，出现“折射”。

因为电离层折射效应的积累，电波的入射方向会连续改变，最终会“拐”回地面，电离层如同一面镜子会反射无线电波。

我们把这种经电离层反射而折回地面的无线电波称为“天波”。

3）空间波，由发射天线直接到达接收点的电波，被称为直射波。

有一部分电波是通过地面或其他障碍物反射到达接收点的，被称为反射波。

直射波和反射波合称为空间波。

4）散射波，当大气层或电离层出现不均匀团块时，无线电波有可能被这些不均匀媒质向四面八方反射，使一部分能量到达接收点，这就是散射波。

在业余无线电通信中，运用最多的是“天波”传播方式，这是短波远距离通信向必要条件。

空间波和散射波的运用多见于超高频通信，而地波传播“般只用于低波段和近距离通信。

二、电离层与天波传播1．电离层概况在业余无线电中，短波波段的远距离通信占据着极重要的位置。

短波段信号的传播主要依靠的是天波，所以我们必需对电离层有所了解。

地球表面被厚厚的大气层包围着。

大气层的底层部分是“对流层”，其高度在极区约为九公里，在赤道约为十六公里。

在这里，气温除局部外总是随高度上升而下降。

人们常见的电闪雷鸣、阴晴雨雪都发生在对流层，但这些气象现象一般只对直射波传播有影响。

在离地面约10到50公里的大气层是“同温层”。

它对电波传播基本上没有影响。

离地面约50到400公里高空的空气很少流动。

在太阳紫外线强烈照射下，气体分子中的电子挣脱了原子的束缚，形成了自由电子和离子，即电离层。

由于气体分子本身重量的不同以及受到紫外线不同强度的照射，电离层形成了四个具有不同电子密度和厚度的分层，每个分层的密度都是中间大两边小。

无线电波段划分及传播方式频率从几十Hz（甚至更低）到3000GHz左右(波长从几十Mm 到0.1mm左右)频谱范围内的电磁波，称为无线电波。

电波旅行不依靠电线，也不象声波那样，必须依靠空气媒介帮它传播，有些电波能够在地球表面传播,有些波能够在空间直线传播，也能够从大气层上空反射传播，有些波甚至能穿透大气层，飞向遥远的宇宙空间。

发信天线或自然辐射源所辐射的无线电波，通过自然条件下的媒质到达收信天线的过程,就称为无线电波的传播。

无线电波的频谱，根据它们的特点可以划分为表所示钓几个波段.根据频谱和需要，可以进行通信、广播、电视、导航和探测等，但不同波段电波的传播特性有很大差别.光速÷频率=波长无线电波波段划分波段名称波长范围（m)频段名称频率范围超长波长波中波短波1,000，000~10,00010，000~1,0001，000~100100～~1010～11~0。

10.1~0。

010.01～0。

001甚低频低频中频高频甚高频特高频超高频极高频3~30KHz30~300KHz300~3,000KHz 3～30MHz30~300MHz 300～3，000MHz 3～30GHz30～300GHz超短波米波分米波厘米波毫米波电波主要传播方式电波传输不依靠电线，也不象声波那样，必须依靠空气媒介帮它传播，有些电波能够在地球表面传播，有些波能够在空间直线传播,也能够从大气层上空反射传播，有些波甚至能穿透大气层,飞向遥远的宇宙空间。

任何一种无线电信号传输系统均由发信部分、收信部分和传输媒质三部分组成。

传输无线电信号的媒质主要有地表、对流层和电离层等，这些媒质的电特性对不同波段的无线电波的传播有着不同的影响。

根据媒质及不同媒质分界面对电波传播产生的主要影响，可将电波传播方式分成下列几种:地表传播对有些电波来说,地球本身就是一个障碍物。

当接收天线距离发射天线较远时，地面就象拱形大桥将两者隔开。

那些走直线的电波就过不去了。

无线电波传播无线电波通过介质或在介质分界面的连续折射或反射，由发射点传播到接收点的过程。

无线电通信是利用无线电波的传播特性而实现的。

因此，研究无线电波的传播特性和模式，是提高无线电通信质量的重大课题。

传播模式通常指电磁波在各种介质中传播的一些典型方式。

在地球上，无线电波的传播介质有地壳、海水、大气等。

根据物理性质，可将地球介质由下而上地分为地壳高温电离层、地壳介质岩层、地壳表面导电层、大气对流层、高空电离层。

不同频率的无线电波，在各层介质中传播的折射率n和吸收衰减常数ɑ各不相同。

因而各种频段的无线电波在介质中传播均有其衰减较小的传播模式。

适于通信的传播模式主要有以下九种。

地壳波导传播以地壳表面导电层和地壳高温电离层为界面，以地壳介质岩层为介质形成地壳波导的传播模式。

超长波或更长波段的电波可以在地壳波导中传播到千余公里。

但由于深入地下数公里的天线难以建造，现在还不能实际应用于通信。

水下传播无线电波在海水中传播的传播模式。

电波在海水中的吸收衰减随频率升高而增大，目前仅用于超长波水下通信。

地表波传播无线电波沿地壳表面传播的传播模式，又称地波传播。

地面吸收衰减导致波阵面前倾，使单位距离吸收衰减率随传播距离的增大而增大。

地面吸收衰减随频率升高而增大。

地波传播无线电波传播无线电波传播用于中频（中波）以下频段。

电离层传播利用电离层和地面对电磁波的一次或多次反射进行传播的传播模式，又称天波传播。

电离层按高度由下而上地分为D、E、F1和F2等几个主要层次。

各个层次中部的电子密度最大值由下而上逐层增加，而电子和中性气体分子的单位时间碰撞次数则逐层减少。

电离层的高度和电子密度均随季节、昼夜和太阳黑子活动而变化（见图）。

无线电波只能在折射率n值随高度递减的区域开始折返地面，电波途径最高点处的折射率n值等于电波入射角θ0的正弦函数。

对应于某一折射角，存在一个最高频率，其传播途径的最高点可以达到F2层的最大电子密度区。

此频率称为最高可用频率MUF。

无线电波传播的基础知识要了解电磁辐射，那么对于无线电波的电波传播相关的基础知识就要有所了解，只有基于对电波了解、熟悉的基础上才能更好采取合适的电磁辐射的防护措施！一、无线电波的传播特性及信号分析甚低频：VLF，3-30KHz、超长波、波长1KKm-100Km、以空间波为主，主要用于海岸潜艇通信；远距离通信；超远距离导航；低频：LF，30-300KHz、长波、波长10Km-1Km、以地波为主主要用于越洋通信；中距离通信；地下岩层通信；远距离导航；中频：MF，0.3-3MHz、中波、波长1Km-100m、以地波与天波为主，主要用于船用通信；业余无线电通信；移动通信；中距离导航；高频：HF，3-30MHz、短波、波长100m-10m、天波与地波,主要用于远距离短波通信；国际定点通信；甚高频：VHF，30-300MHz、米波、波长10m-1m、空间波主要用于电离层散射(30-60MHz)通信；流星余迹通信；人造电离层通信(30-144MHz)；对空间飞行体通信；移动通信等超高频：UHF，0.3-3GHz、分米波、波长1m-0.1m、空间波，主要用于小容量微波中继通信；(352-420MHz)；对流层散射通信(700-10000MHz)；中容量微波通信(1700-2400MHz)；特高频：SHF，3-30GHz、厘米波，波长10cm-1cm、空间波，主要用于大容量微波中继通信(3600-4200MHz)；大容量微波中继通信(5850-8500MHz)；数字通信；卫星通信；国际海事卫星通信(1500-1600MHz)等；ELF：极低频3~30Hz SLF：超低频30~300Hz ULF：特低频300~3000Hz VLF：甚低频3~30kHz LF：低频30~300kHz中波，长波MF：中频300~3000kHz、波长100m~1000m、中波主要用于AM广播HF：高频3~30MHz波长10~100m、短波主要用于短波广播VHF：甚高频30~300MHz波长1~10m、米波主要用于FM广播UHF：特高频300~3000MHz波长0.1~1m、分米波SHF：超高频3~30GHz波长1cm~10cm、厘米波EHF：极高频30~300GHz波长1mm~1cm、毫米波二、无线电波的传播无线电波按传播途径可分为以下四种：天波-由空间电离层反射而传播；地波-沿地球表面传播；直射波-由发射台到接收台直线传播；地面反射波-经地面反射而传播。

无线电波的传播和接收方式随着技术的进步，无线电波已经成为人们生活中不可或缺的一部分。

在这个信息时代，无线电信号传输已经成为了必备项。

因为，利用无线电通信技术可以实现无线电视、无线电话、无线宽带上网、电子邮件、短消息传输服务、卫星定位系统等等应用。

但是无线电波传播的方式千奇百怪，面对如此多的传播方式，你是否有些懵懂呢？这就需要我们来了解无线电波传播的方式和接收技术。

1. 电离层反射电离层是指地球大气圈中，紫外线、X射线和伽马射线等产生的电离作用所形成的电离带。

普通大气中没有电离，而电离层中的气体分子或原子被电离后，它们中的电子和游离氧原子中的自由电子形成了电子云层，层内电离度比较高，具有导电性。

当发射天线向电离层海拔较高处发送无线电波时，发射的无线电波被电离层反射后，向地面传送。

此时，反射的电离层电平决定了反射波的电平。

2. 折射当无线电波从一种介质进入另一种介质时，由于两种介质的密度不同，无线电波的传播速度也会随之改变。

此时，无线电波为遵循折光定律而改变方向，这种现象叫做折射。

而且，无线电波的频率越大，波长越短，传播速度越快。

因此，高频无线电波的折射效应更显著。

3. 散射散射是指无线电波在碰到物体时，按照原来的方向反射，但是散射后的无线电波将分散到几个方向，而不是集中反射到一个方向。

其中，散射现象最常见的就是水雾的散射，此时，水滴会将无线电波分散到各个方向，再返回天线。

4. 多径传播多径传播是指多条路径的电磁波在混合后传到接收器处，破坏了原有信号的规律性，使得接受信号在时间和空间上产生了随机性。

这种现象常见于城市、山区或直升飞机等障碍物多的地方。

接下来我们来了解无线电波接收方式：1. 无线电接收机无线电接收机，是利用振荡电路、放大电路、检波电路等电路组成的电子设备，它的作用是将无线电波转换成音频信号。

而无线电波接收的效果，主要由以下四个因素决定：1、接收机的灵敏度2、接收机的选择性3、抗干扰能力4、接收机的随机变化因素2. 手机接收手机的无线电波接收是比较常见的，它利用了无线电波经历折射、反射、散射等方式传播的特性。

⽆线电波传播⽅式与各频段利⽤⽆线电波传播⽅式与各频段的利⽤⽆线电通信是利⽤电磁波在空间传送信息的通信⽅式。

电磁波由发射天线向外辐射出去，天线就是波源。

电磁波中的电磁场随着时间⽽变化，从⽽把辐射的能量传播⾄远⽅。

⽆线电波共有以下七种传播⽅式（附图为⽆线电波传播⽅式⽰意图）。

（1）波导⽅式当电磁波频率为30kHz以下（波长为10km以上）时，⼤地犹如导体，⽽电离层的下层由于折射率为虚数，电磁波也不能进⼊，因此电磁波被限制在电离层的下层与地球表⾯之间的空间内传输，称为波导传波⽅式；（2）地波⽅式沿地球表⾯传播的⽆线电波称为地波（或地表波），这种传播⽅式⽐较稳定，受天⽓影响⼩；（3）天波⽅式射向天空经电离层折射后⼜折返回地⾯（还可经地⾯再反射回到天空）的⽆线电波称为天波，天波可以传播到⼏千公⾥之外的地⾯，也可以在地球表⾯和电离层之间多次反射，即可以实现多跳传播。

（4）空间波⽅式主要指直射波和反射波。

电波在空间按直线传播，称为直射波。

当电波传播过程中遇到两种不同介质的光滑界⾯时，还会像光⼀样发⽣镜⾯反射，称为反射波。

（5）绕射⽅式由于地球表⾯是个弯曲的球⾯，因此电波传播距离受到地球曲率的限制，但⽆线电波也能同光的绕射传播现象⼀样，形成视距以外的传播。

（6）对流层散射⽅式地球⼤⽓层中的对流层，因其物理特性的不规则性或不连续性，会对⽆线电波起到散射作⽤。

利⽤对流层散射作⽤进⾏⽆线电波的传播称为对流层散射⽅式。

（7）视距传播指点到点或地球到卫星之间的电波传播。

附表给出了从甚低频（VLF）⾄极⾼频（EHF）频段的电波传播⽅式、传播距离、可⽤带宽以及可能形成的⼲扰情况。

序号频段名称频段范围传播⽅式传播距离可⽤带宽⼲扰量利⽤4 甚低频（VLF）3-30kHz 波导数千公⾥极有限宽扩展世界范围长距离⽆线电导航5 低频30-300kHz 地波数千公⾥很有宽扩长距离⽆线电民航战在确定⽆线电系统实际通信距离、覆盖范围和⽆线电⼲扰影响范围时，⽆线电传播损耗是⼀个关键参数。

电离层对电波传播的影响电离层是地球大气层中的一层，它由高能太阳辐射和宇宙射线引起的电离作用形成。

电离层对电波传播有着重要的影响，特别是对于无线电通信和卫星导航等应用来说，了解电离层的特性和影响是非常重要的。

电离层的特性电离层主要由电离气体和自由电子组成，其密度和结构随时间和地点的不同而变化。

电离层的高度大约在50公里到1000公里之间，其中最重要的层是F层、E层和D层。

F层的高度在200公里到400公里之间，是最重要的反射层，可以反射高频电波；E层的高度在100公里到150公里之间，可以反射中频电波；D层的高度在60公里到90公里之间，可以吸收较高频率的电波。

电离层对电波传播的影响电离层对电波传播的影响主要表现在以下几个方面：1. 折射和反射：电离层可以折射和反射电波，从而使电波在地球表面和电离层之间来回传播。

这种现象被广泛应用于无线电通信和卫星导航等领域。

2. 吸收：电离层中的自由电子可以吸收电波的能量，特别是在D层，这种吸收作用会导致电波的衰减和失真。

3. 多径传播：电离层中的电波可以沿着不同的路径传播，这种现象被称为多径传播。

多径传播会导致电波的干扰和衰减，特别是在高频电波的传播中。

4. 散射：电离层中的自由电子可以散射电波，从而使电波的传播方向发生变化。

这种现象被广泛应用于雷达和无线电定位等领域。

如何应对电离层对电波传播的影响为了应对电离层对电波传播的影响，我们可以采取以下措施：1. 选择合适的频率和天线：不同频率的电波在电离层中的传播特性不同，选择合适的频率可以减少电波的衰减和失真。

同时，选择合适的天线也可以提高电波的传播效率。

2. 优化信号处理算法：针对电波传播中的多径传播和干扰等问题，我们可以采用优化的信号处理算法来提高信号的质量和可靠性。

3. 加强监测和预测：通过加强电离层的监测和预测，我们可以及时了解电离层的变化情况，从而采取相应的措施来应对电波传播中的问题。

总结电离层对电波传播有着重要的影响，了解电离层的特性和影响是非常重要的。

无线电波传播手册第一章无线电波传播原理1.1 无线电波的产生无线电波是一种由电磁场产生的电磁波，其产生过程基于电磁感应定律。

1.2 无线电波的特性无线电波具有波长、频率、速度等特性，其传播受到地形、天气、电离层等因素的影响。

1.3 无线电波的传播方式无线电波的传播方式主要有直线传播、地面传播、天波传播、散射传播等。

第二章空中传播2.1 直射传播直射传播是指无线电波直接从发射天线到达接收天线的传播方式，适用于开放空旷地区。

2.2 折射传播折射传播是指无线电波在穿过不同介质界面时，由于光速的改变而发生弯曲的传播方式。

2.3 绕射传播绕射传播是指无线电波在遇到屏障或障碍物时，在其周围或边缘绕过的传播方式。

2.4 天波传播天波传播是指无线电波在特定频段通过电离层反射和折射后传播到地面的方式。

第三章地面传播3.1 地波传播地波传播是指无线电波在地面与天线之间的接触面上沿地球曲率传播的方式。

3.2 多径传播多径传播是指无线电波由于地面反射、散射等产生多条传播路径，到达接收天线的方式。

3.3 衍射传播衍射传播是指无线电波在遇到障碍物边缘时弯曲传播的方式，适用于山谷、城市建筑密集区等地形。

第四章天波传播4.1 电离层基本概念电离层是指地球大气中电离分子和自由电子较为密集的区域，对无线电波的传播有重要影响。

4.2 太阳活动与天波传播太阳活动引起的电离层变化会对天波传播产生显著影响，太阳黑子数量与无线电通信质量存在关联。

4.3 天波传播相关参数天波传播的状况可通过参数如电离层频率、MUF（最高可用频率）等进行描述和预测。

第五章散射传播5.1 散射现象及机制散射传播是指无线电波在穿越大气中的气体、雾霾、云层等微粒时发生分散传播的现象。

5.2 散射传播的影响因素散射传播的影响因素主要包括频率、信号强度、物体粒径和散射角度等。

5.3 散射传播在通信中的应用散射传播在通信中常用于障碍物背后的信号传输、城市建筑物信号强化等。

电离层中电波传播的基础物理问题
电离层中电波传播的基础物理问题包括：
1. 介质特性：电离层是由高度电离的气体组成，其电磁波传输特性与常规的空气或真空介质不同。

电离层中存在的离子和自由电子可以对电波的传播速度、传播方向和极化状态产生影响。

2. 折射和反射：电离层中的离子和自由电子可以使电波产生折射和反射。

表面反射和天线朝向的角度也可以影响电波的传输。

3. 大气异常传播：电离层中的等离子体密度分布与地球表面物理区域分布的不均匀性相结合，会导致一些异常传播现象，例如超视距和多路径传播等。

4. 色散和吸收：电离层中不同频率的电波对等离子体的折射率有不同的响应，从而产生了色散现象。

同时，在高频率下，电离层的吸收也非常显著，这将限制电波的传播距离。

综上所述，电离层中电波传播的物理问题非常复杂，需要对空间中等离子体的物理特性、电磁波的传输特性、落地大气的情况等多方面进行综合研究。