短波电离层反射信道共31页

20214Leabharlann 4．衰落（1）干涉衰落
若从线路发送端发射恒定幅度的高频信号，由于多径传播， 到达接收端的射线不是一条，而是多条。
这些射线通过不同的路径，到达接收端的时间不同，传播 的距离不同，遭受的衰减不同，所以到达接收端后的幅度也各 不相同。
再者由于电离层的电子密度、高度均是随机变化的，电波
射线轨迹也随之变化，这使得同一信号由多径传播到达接收端
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6．静区
在进行短波通信时，天线发射的电波，除有天波传播 外，还有地波传播。一般来说，地波最远可达30公里，而 天波从电离层第一次反射落地（第一跳）的最短距离约为 100公里。可见30~100公里之间的这一区域，地波和 天波都覆盖不到，形成了短波通信的寂静区，简称静区， 也称为盲区。盲区内的通信大多是比较困难的。车载台均 存在通信盲区问题。
4．衰落 短波在电离层传播过程中， 由于多径传播等原因，使接收端 的信号出现叠加（干涉），接收 信号的强度出现忽大忽小的随机 起伏，称为衰落。多径干涉是引 起衰落的主要原因，此外电离层 特性的变化等因素也会引起衰落。
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4．衰落
衰落有快衰落和慢衰落之分，连续出现持 续时间仅几分之一秒的信号起伏称为快衰落； 持续时间比较长的衰落（1小时或者更长）称 为慢衰落。根据衰落产生的原因，可分为以下 3种衰落。干涉衰落、吸收衰落、极化衰落。
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（1）大气噪声
2）每一地区受天电干扰的程度视该地区是否 接近雷电中心而异。在热带和靠近热带的区域， 因雷电较多，天电干扰更严重。
10lgPT90%10lg6.68.2dB PTmed
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（1）干涉衰落
同理，若要求可通率达到 99.3%，功率余量就应增加到 20dB,即要求功率增加100倍， PT=10000W。由此可以看出， 对于短波线路，由于快衰落的存 在，可通率受到一定的限制。

第一章测试1【多选题】(2分)对于点对点通信而言，通信双方之间的通信方式包括（）。

A.载波通信B.半双工通信C.全双工通信D.单工通信2【单选题】(2分)通信系统一般分析模型包括六个组成部分，分别是信源、发送设备、（）、接收设备和信宿。

A.信道和噪声源B.信道和光缆C.信道和解调D.调制和噪声源3【单选题】(2分)对于四进制数字通信系统，且消息等概率出现，则每个符号的信息量为（）。

A.4bitB.1bitC.2bitD.3bit4【单选题】(2分)设某信息源由五个信息符号组成，其出现概率分别为1/2、1/8、1/8、1/8、1/8，且设每一符号的出现是相互独立的,则该信息源符号的平均信息量为（）。

A.B.C.D.5【单选题】(2分)设某信息源由A、B、C、D、E五个信息符号组成，发送A的概率为1/2，发送其余符号的概率相同，且设每一符号的出现是相互独立的。

则每一符号的平均信息量为（）。

A.2bit/符号B.1.5bit/符号C.4bit/符号D.3bit/符号6【单选题】(2分)（）不是信息量的单位。

A.奈特B.哈特莱C.分贝D.比特7【判断题】(1分)数字通信系统的有效性可以用有效传输带宽衡量（）A.错B.对8【判断题】(1分)模拟通信系统的有效性可以用有效传输带宽衡量（）A.对B.错9【判断题】(1分)数字通信系统的可靠性可以用误码率来衡量（）A.对B.错10【判断题】(1分)数字通信系统的抗干扰能力要好于模拟通信系统（）A.错B.对第二章测试1【多选题】(2分)随参信道传输媒质的特点有（）。

A.频率选择性衰落B.多径传输C.传输的延时随时间变化D.对信号的衰耗随时间变化2【单选题】(2分)单一频率的正弦波信号通过多径衰落信道后，在接收点收到的信号其包络服从（）分布，相位服从（）分布。

A.均匀，瑞利B.高斯，瑞利C.瑞利，均匀D.高斯，均匀3【单选题】(2分)下面对短波电离层反射信道描述正确的是（）。

F2 层是反射层，D、E 层是吸收层。F2 层高度是
250—300km，故一次反射的最大距离约为 4000km。
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第三章 信道（ communication channel ）
2. 工作频率
选择工作频率有两个条件： a. 工作频率应小于最高可用频率(MUF)，因为 高于MUF，电磁波就会穿透电离层。
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第三章 信道（ communication channel ）
3.6.2 对流层散射信道
对流层散射信道是一种超视距的传播信道，其 一跳的传播距离约为100—500km，可工作在超 短波和微波波段。 对流层：离地面10—12km的大气层称为对流 层。对流层中，大气湍流运动等原因产生不均 匀性，故对电磁波产生散射作用。
随参信道媒质的三个特性： （1）对信号的损耗随时间变化； （2）传输时延随时间变化； （3）多径传播。
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第三章 信道（ communication channel ）
多径传播后的接收信号
它是衰减和时延都随时间变化的各路径的
信号的合成。设发射波为Acos0t 则经几条
路径传播后，接收信号 R(t) 可用下式表示：
V0
V 0 f (t)
V 0 f (t t0)
迟延 0
V 0 f (t t0)
V0 f (t t0 )
V0
V 0 f (t)
V0 f (t t0 )
迟延t0
+
t0 为固定的时延， 为两路径信号的相对时
延差，V 0为某一确定值。
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第三章 信道（ communication channel ）
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第三章 信道（ communication channel ）

一种简单的方法—透射法。 pe 无微波信号 pe 接收到信号
一定频率的微波射向等离子体，以是否穿过 等离子体，被接受器所接收，进行判断。
5.5 垂直于磁场的高频电磁波
电磁波的传播方向 k 与外磁场垂直
对于高频电磁波，仍假定离子不响应，只需考虑
电子的运动。为简化起见，设Ti=Te=0，pe 0 ，
电子运动线性化方程与场方程
me
ue1 t
eE1
eue1 B0
2 E1
( E1)
1 c2
2 E1 t 2
en0 0
ue1 t
有外磁场B0，1式右边增了洛仑兹力项，E1可能有 纵向分量， E1 可能不为0，所以2式中 ( E1)
项要保留。同时，为简化起见，假定 pe 0
电磁波传播方向k沿E1×B1方向，因此电场可能有 两种基本方向：
) )
k2
2
c2
1
2 pe
( 2
2 pe
2 ( 2
2 HH
) )
称非寻常波或x波的色散关系。
因为电子受到E1和 ue1 B0 洛仑兹力作用，在xy平 面上存在两个垂直的分量E1x和E1y，因此非常波就 是垂直k 方向的横波E1y和平行k方向的纵波E1x组成 的混合波。
在空间固定点观察， E1x与E1y合成的矢量E1端点轨 迹是椭圆，所以非寻常波是椭圆偏振波。
j1 = -en0ue1
men0
¶ue1 ¶t
=
-en0 E1
w pe = n0e2 / mee0
c2
=
1/
me 00
代入波动方程得
(2
k 2c2
2 pe
)E1
0
色散关系

• 太阳辐射的紫外线、X射线、高能带电微粒流、 • 为数众多的微流星 • 其它星球辐射的电磁波以及宇宙射线等
– 只占全部大气质量的 2 ％左右，但因存在大 量带电粒子，所以对电波传播有极大影响。
5.1.2.1 电离层的特性
2.电离层基本分层特性
电离层中电 离浓度相对分层 集中，较显著的 有三层：D、E 、 F。
5.1.3 短波信道传输特性
（2） 最高可用频率（MUF）
5.1.3 短波信道传输特性
（2） 最高可用频率（MUF）
在设计短波通信线路时，工作频率应采用接近 fMUF频率。其原因如下： 低频电波将受到较大的吸收损耗；同时，对于 较低频率的电波，电离层的各个分层都可能对它 产生反射，多经传播效应严重。
5.1.3 短波信道传输特性
（2） 最高可用频率（MUF）
从图中可以看出，这两条曲线存在有许多交点，所有的这 些交点表示在给定的斜射频率上，可能存在的传播路径。
E
5.1.3 短波信道传输特性
（2） 最高可用频率（MUF）
例如：fob为14MHz，对F2来讲存在两条传播路径，它们 的反射点分别标为1和1’。
（1）地波传播
地波传播方式是指无线电波沿地球表面传播。它主要用于中波以 上的波段的近距离通信。 （2）天波传播 发射天线向空中发射电波，由高空电离层反射后到达接收点，这 种方式称为天波传播。它是短波通信的主要传播方式。 （3）视距传播
直接波传播方式是指电波在发射天线和接收天线能互相“看见”的 距离内的一种传播方式，故也称为视距传播。其传播的路径基本是直 线。一般有两种形式，一种是地对地的视距传播，一种是地对空的视 距传播。
E
5.1.3 短波信道传输特性
（2） 最高可用频率（MUF）

关于电离层关于电离层：短波无线电远程通信依赖于高空电离层反射的天波路径，了解电离层的生成、结构和变化规律，了解电离层不同时段对不同频段的短波段电波的反射规律，对短波无线电通信有至关重要的意义。

由于太阳紫外线照射、宇宙射线的碰撞，使地球上空大气中的氮分子、氧分子、氮原子、氧原子电离，产生正离子和电子，形成所谓电离层，其分布高度距地面几十公里至上千公里。

电离层中电子密度呈层状分布，对短波通信影响大的有 D 层、E 层、F1 层、F2层，各层的中部电子密度最大，各层之间没有明显的分界线。

各层的电子密度 D〈 E〈 F1〈F2 ):由于电离层的形成主要是太阳紫外线照射的结果，因此电离层的电子密度与阳光强弱密切相关，随地理位臵、昼夜、季节和年度变化，其中昼夜变化的影响最大。

D 层：高度 60—80公里，中午电子密度最大，入夜后很快消失；E 层：高度 100—120公里，白天电子密度增加，晚上相应减少；F1 层：高度 180公里，中午电子密度最大，入夜后很快消失；F2 层：高度 200—400公里，下午达到最大值，入夜逐渐减少，黎明前最小。

电离层对电波的折射和反射：电离层可看成具有一定介电常数的媒质，电波进入电离层会发生折射。

折射率与电子密度和电波频率有关。

电子密度越高，折射率越大；电波频率越高，折射率越小。

电离层电子密度随高度的分布是不均匀的，随高度的增加电子密度逐渐加大，折射率亦随之加大。

可以将每一层划分为许多薄层，每一薄层的电子密度可视为均匀的。

电波在通过每一薄层时都要折射一次，折射角依次加大，当电波射线达到电离层的某一点时，该点的电子密度值恰使其折射率为900，此时电波射线达到最高点，尔后沿折射角逐渐减小的轨迹由电离层深处折返地面。

当频率一定时，电波射线入射角越大，则越容易从电离层反射回来。

当入射角小于一定值时，由于不能满足900 的折射角的条件，电波将穿透电离层进入太空不再返回地面。

当入射角一定时，频率越高，使电波反射所需的电子密度越大，即电波越深入电离层才能返回。

天线材料与结构
总结词
天线材料和结构对天线的性能和可靠性有着 至关重要的影响。
详细描述
在选择天线材料时，需要考虑其电气性能、 机械强度、耐腐蚀性以及成本等因素。常见 的天线材料包括铜、铝、钢等金属以及复合 材料。此外，天线的结构设计也需要充分考 虑其电气性能、机械性能以及安装和维护的 便利性。合理的结构设计可以提高天线的稳
水平极化天线在短波 通信中应用广泛，尤 其在广播和移动通信 领域。
水平极化天线通常用 于地面通信，其优点 是抗干扰能力强，传 输距离远。
垂直极化天线
垂直极化天线是一种短波通信天 线，其辐射方向在垂直面内。
垂直极化天线通常用于移动通信 和广播，其优点是结构简单、成
本低。
垂直极化天线在短波通信中应用 广泛，尤其在移动通信和广播领
宽带化技术
研究宽带化技术，提高短波通信天线的带宽，实现高速 数据传输。
抗干扰与保密性能提升
抗干扰技术
采用抗干扰技术，如滤波器、均衡器等，降低外部干扰对通 信质量的影响。
保密性能提升
加强天线加密技术和信号处理算法的研究，提高短波通信的 保密性。
THANKS
感谢观看
航空领域可以利用短波通信实 现飞机与地面之间的无线电导
航和语音通信。
海洋通信
在海洋环境中，由于卫星信号 覆盖不足，短波通信成为实现
远距离通信的重要手段。
应急通信
在灾害或紧急情况下，短波通 信可以快速部署，为救援队伍
提供可靠的通信保障。
CHAPTER
02
短波通信天线种类
水平极化天线
水平极化天线是一种 短波通信天线，其辐 射方向在水平面内。
02
背射天线通常用于增强信号传输质量和距离，其优 点是传输效率高、抗干扰能力强。

关于短波电离层反射信道的调研报告摘要电离层反射传播是短波通信的主要传播方式。

短波电离层反射信道既属于无线信道，也属于随参信道。

本篇调研报告在调研短波通信优缺点以及短波通信研究现状的基础上，着重对短波电离层反射信道的特性、影响和现状做了详细的阐述。

关键词：短波通信随参信道短波电离层反射信道一、引言信道（Channel），通俗地说，是指以传输媒质为基础的信号通路。

具体地说，信道是指由有线或无线电线路提供的信号通路。

信道的作用是传输信号，它提供一段频带让信号通过，同时又给信号加以限制和损害。

通常，我们将仅指信号传输媒介的信道称为狭义信道。

目前采用的传输媒介有架空明线、电缆、光导纤维（光缆）、中长波地表波传播、超短波及微波视距传播（含卫星中继）、短波电离层反射、超短波流星余迹散射、对流层散射、电离层散射、超短波超视距绕射、波导传播、光波视距传播等。

接下来就针对短波电离层反射信道做详细的阐述。

二、短波通信1、短波通信概论短波按照国际无线电咨询委员会（CCIR）的划分，使用CCIR划分的九个无线电频段中的第七个频段一高频频段（波长为100m～10m，频率为3MHz－30MHz）。

利用短波进行的无线通信称为短波通信，又称为高频（HF）通信。

在实际应用中，人们为了能够充分地利用短波近距离通信的优点，也把中波的高频段（1.5MHz－3MHz）划归到短波波段中，因此短波通信实际使用的频率范围扩展为1.5MHz－30MHz。

短波通信可以利用地波传播，但主要是利用天波传播。

短波的地波传播方式受地面吸收而衰减的程度比长波及中波要大。

地波的传播损耗随频率的升高而递增，即使在频率较低的短波波段，发射功率不是特别大的的情况下，传输距离也只有几十千米。

因此短波地波仅适用于近距离传播。

天波是依靠电离层的一次或多次反射而实现远距离传输的。

通常，倾斜投射到电离层的电磁波经电离层反射后可以传到几千公里外[1]。

因而电离层反射传播是短波通信的主要传播方式。

低３ － ４ Ｍｈ ｚ 。 当频 率 为 １ ． ４ Ｍｈ ｚ时 ，周 围 的 电波
会与 电离层 中的自由电子 的振动产生谐振 ，并
３ 电离层对短波的影响
电离层 是一种 有耗 媒质 ，它会 随 时空变
为 四种 ：地面反射损耗 电离层吸 收损耗 、自
导致谐振被大量吸收 。所 以天波通信时工作频 率必须大于 ２ Ｍｈ ｚ 。
电离层一般就 是指离 地面 ６ Ｏ千 米 以 上 的
． ３一天之 内适 当改变工作 频率 化发生耗损 ，而影响耗损 的因素很 多，主要 分 ４
高 空的一个大气 区域 ，这个 区域的大气层 都处 于部分 电离或完全 电离的状态 ，在 这部分 区域
里 有 着 非 常 丰 富 的 自 由 电子 和 离子 ，这 些 电子 与 离 子 影 响 着 无 线 电波 的传 播 速 度 ， 并对 无 线
是高低波重合的特殊情形，在地面上 ４ 点附近
能量集中 ， 称为前沿聚焦 从 ４ 到发射点之间 ，
天波不能到达 ，的最高频率 。通
信频率必须低于最高可用频率，这样才能够减
少电波穿出电离层问题的发生。最高可用频率 与电离层电子密度成正比，电离层 电子密度 越 大，最高可用频率也就越大 。 ４ ． ２短 波天波通信频率需 高于的最低可用频率
先随仰角 的变小而渐渐与发射点靠近 ，如射线
由于 电离层 是 由太 阳辐 射构 成， 因此 电 离层 的高度 以及密度是随着太阳 的照射而变化 的， 因此通过天波传播 的短波信道及其不稳定 ，
由此 可 见 短 波 天 波 通 信 工 作 频 率 的 选 择 是 极 为
１ ． ３ 。到达距离最近 的是射线 ４ 。当仰角继续 降

短波通信原理
短波通信是一种利用短波进行远距离通信的技术，它在国际间的通信中起着重
要的作用。

短波通信的原理是利用大气对短波的反射和折射来实现信号的传输，下面我们来详细了解一下短波通信的原理。

首先，短波通信的频段一般指的是3MHz到30MHz的无线电频段。

这个频段
的特点是能够在地面和电离层之间进行多次反射和折射，从而实现远距离的通信。

这种特性使得短波通信成为了一种重要的远距离通信手段。

其次，短波通信的原理是利用大气对短波的反射和折射来实现信号的传输。

当
短波信号发射到大气中时，一部分信号会被电离层反射回地面，另一部分信号则会穿透电离层直射到达远处。

这种反射和折射的机制使得短波信号能够跨越千里远程传播。

另外，短波通信还受到太阳活动的影响。

太阳活动的变化会导致电离层的密度
和高度发生变化，从而影响短波信号的传播。

在太阳黑子活跃期，短波信号的传播距离会更远；而在太阳黑子不活跃期，短波信号的传播距离会减小。

总的来说，短波通信的原理是利用大气对短波的反射和折射来实现信号的传输。

这种技术在国际间的通信中起着重要的作用，尤其是在远程地区或者灾难救援中。

随着科技的不断发展，短波通信技术也在不断完善和提升，为人们的通信带来了更多的便利和可能性。

总之，短波通信作为一种重要的远距离通信技术，其原理是利用大气对短波的
反射和折射来实现信号的传输。

在实际应用中，我们需要充分了解短波通信的原理，以便更好地利用这种技术进行远距离通信。

希望本文能够对大家有所帮助，谢谢阅读！。

内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章
通信原理
第四章
信
道
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短波电离层反射信道 (1) 传播路径
地面高度为60km — 400km
反射层 入射角φo 4000km D F2 F1 E 吸收层
地球
■ □ □ □
电离层： 各个层次的高度、厚度、电子密度等都会随时间变化。 一次或多次反射的距离也会发生变化，且与入射角有关。 不同层次（F1、F2）的不同高度上都会产生反射。
通信原理
4.1 无线信道
第四章
信
道
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内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章
通信原理
第四章
信
道
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一 地球大气层的结构：
对流层：地面上 0 ~ 10 km 平流层：约10 ～ 60 km 电离层：约60 ～ 400 km
60 km 对流层 10 km 0 km 地 面 电离层
典型的模拟信道是调制信道。 典型的数字信道是编码信道。
内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章
通信原理
第四章
信
道
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引言（调制信道与编码信道） 调制信道与编码信道分别是模拟信道与数字信道的 典型例子。
自编码器
调 制 器
发 送 转 换 器
传输媒体 调制信道 编码信道
第四章
信
道
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通信卫星
卫星中继信道
内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章
通信原理

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第3章 电离层电波传播 地磁场的影响：
FB ev B0
– 电场方向与地磁场方向一致 则FB=0，地磁场对电子运动不产生任何影响 – 电场方向与地磁场方向垂直 则FB值最大，电子将围绕地磁场的磁力线作圆周运动。
若ω=υ， 则电离层的电导率最大， ω>>υ和 ω<<υ时，电导 率很小，近似为0 。 频率越高，电导率越小。 D层：υ=106-107次/秒 E层：υ=105次/秒 F层：υ=102-103次/秒 800km：υ=1次/秒 D层电导率最大，E层次之，电离层吸收损耗主要由D层引 起，有时称D层、E层为吸收层。
电波传播与散射
第3章 电离层电波传播
第3章 电离层电波传播
电离层电波传播(Ionospheric Radio Propagation)
– 无线电波在电离层中的传播 • 天波传播(Sky Wave Propagation):经电离层反射后到达接收 点的传播 • 电离层散射传播 • 流星余迹散射传播
3.1 电离层概况 3.2 无线电波在电离层中的传播 3.3 短波天波传播 3.4 中波和长波电离层传播
第3章 电离层电波传播
3.1.3 电离层的等效电参数 – 无规则热运动 – 外电场作用作简谐运动 – 碰撞导致吸收损耗 –电离层的等效电参数
•有耗等离子体的复相对介电常数 r r j 0 •如何求解εr和σ？

H j 0 E J e r E j 0
2
电波传播与散射
第3章 电离层电波传播 电离层的规则变化 • 日夜变化:正午稍后时分达到最大值，到拂晓时各层的电子 密度达到最小，黎明和黄昏时分，电子浓度变化最快。夜 间D层消失，E层变低、密度减小，F层合并且浓度降低。 • 季节变化：一般夏季的电子密度大于冬季，但F2层例外。 • 随太阳黑子11年周期的变化：黑子数目增加，各层电子密 度增加，F2层受太阳活动影响最大。

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12
1、有线电信道及其特性
明线：平行而相互绝缘的架空裸线线路。传输损耗 低；易受气候和天气的影响；对外界噪声干扰敏感。
对称电缆：同一保护套内有许多对相互绝缘的双导 线的传输媒质；导线材料是铝或铜，直径为0.4～ 1.4mm；为减小各线对之间的相互干扰，每一对线 都拧成扭绞状；由于这些结构上的特点，电缆的传 输损耗比明线大得多，但其传输特性比较稳定。
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卫星中继信道的 概貌
第20页/共63页
21
2.4 恒参信道特性及其对信号传输的影响
恒参信道对信号传输的影响
恒参信道对信号的影响是确定的或者是变化极
其缓慢的，可以等效为一个非时变的线性网络。
网络的传输特性可用幅度－频率特性及相位－
频率特性来表征。
H Ae j
设网络的传输函数为
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允许频带
脉冲信号通过带限系统后，波形也被展宽，而且系
统频带越窄，波形展宽越多；散射信道好像是一个带 限滤波器，其允许频带定义为
天波通信的特点：优点很明显，要求的功率较小， 终端设备的成本较低，传播距离远，受地形限制 较小，以及不易受到人为破坏；因此短波电离层 反射信道现在仍然是远距离传输的重要信道之一。
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2、对流层散射信道
对流层散射信道：一种超视距的传播信道，其一跳
的传播距离约为100～500km，可工作在超短波和微
波波段。
对流层简介：离地面10～12km以下的大气层。在对
流层中，由于大气湍流运动等原因产生了不均匀性， 故引起电波的散射；散射具有强方向性。 流层散射信道中的衰落：可分为慢衰落和快衰落； 前者取决于气象条件，后者由多径传播引起。

电离层详细资料大全电离层（Ionosphere）是地球大气的一个电离区域。

电离层（ionosphere）受太阳高能辐射以及宇宙线的激励而电离的大气高层。

60千米以上的整个地球大气层都处于部分电离或完全电离的状态，电离层是部分电离的大气区域，完全电离的大气区域称磁层。

也有人把整个电离的大气称为电离层，这样就把磁层看作电离层的一部分。

除地球外，金星、火星和木星都有电离层。

电离层从离地面约50公里开始一直伸展到约1000公里高度的地球高层大气空域，其中存在相当多的自由电子和离子，能使无线电波改变传播速度，发生折射、反射和散射，产生极化面的旋转并受到不同程度的吸收。

基本介绍•中文名：电离层•外文名：Ionosphere•区域：60千米以上的大气层部分电离区域•研究对象：电子密度随高度的分布•存在星体：地球、金星、火星等•上层：磁层简介,研究历程,形成机理,内部分层,4.1综述,4.2D层,4.3E层,4.4F 层,结构,模式,异常,7.1综述,7.2冬季异常,7.3赤道异常,扰乱,8.1X射线,8.2质子,8.3地磁风暴,测量,9.1电离层图,9.2太阳流,9.3研究项目,和电波传播,10.1综述,10.2无线电,和地震预测,11.1综述,11.2研究发现,11.3监测方法,11.4得到验证,11.4震前异常,电浆态,电离层中离子的分布,电离层中自由电子的运动,简介由于受地球以外射线（主要是太阳辐射）对中性，原子和空气分子的电离作用，距地表60千米以上的整个地球大气层都处于部分电离或完全电离的状态，电离层是部分电离的大气区域，完全电离的大气区域称磁层。

也有人把整个电离的大气称为电离层，这样就把磁层看作电离层的一部分。

除地球外，金星、火星和木星也有电离层。

图1电离层与磁层在电离作用产生自由电子的同时，电子和正离子之间碰撞复合，以及电子附着在中性分子和原子上，会引起自由电子的消失。

大气各风系的运动、极化电场的存在、外来带电粒子不时入侵，以及气体本身的扩散等因素，引起自由电子的迁移。