电离层能反射无线电波

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。

长波通信原理
长波是指频率范围为30kHz至300kHz的无线电波。

由于这种波长较长,能够很好地绕过地球曲率传播,因此长波通信具有远距离传输的特点,被广泛应用于各种远程通信领域。

1.长波传播原理
长波依赖全电离层反射和地面波导两种方式来实现远距离传播。

全电离层反射:长波能穿透D层,在E层和F层发生反射,从而绕地球一周多次,实现远距离通信。

但此过程受电离层状态的影响较大。

地面波导传播:长波在地面和电离层之间形成一个波导,在这个波导内以地波模式向前传播,距离随频率而定,可达数千公里。

这是长波实现远距离通信的主要方式。

2.应用领域
(1) 航海通信。

利用长波可靠的远距离传播特性,航海长波通信一直是船舶与陆地通信的重要手段。

(2) 军事通信。

利用长波的遥测数据传输和指令控制能力,长波在军事通信系统中担当着重要角色。

(3) 标准时间和频率信号广播。

众多国家利用长波广播标准时间和频率信号,为导航等领域提供基准。

(4) 民用通信。

在偏远地区,长波通信可作为电话、数据和多媒体服务的备份通信方式。

3.优缺点
优点:传播距离远、频谱效率高、建设和维护成本较低。

缺点:抗干扰能力差、频率资源有限、设备尺寸大、调制技术相对简单。

长波通信主要依赖于电离层反射和地面波导传播,可实现远距离无线通信。

尽管存在一些缺点,但长波技术仍在特定领域发挥着重要作用。

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。

电离原理的应用1. 简介电离是指将原子或分子中的一个或多个电子从其原来的轨道上剥离出来的过程。

电离原理的应用广泛存在于科学研究和技术领域中。

本文将介绍电离原理的一些常见应用。

2. 医药领域•电离辐射在医学中被广泛应用于放射治疗，尤其是用于治疗癌症。

电离辐射可以杀死癌细胞并阻止其生长。

•电离原理在药物制剂中的应用也很常见。

例如，通过电离可使药物分子离子化，提高其溶解度和稳定性。

3. 大气科学•电离原理在大气科学研究中有重要的应用。

例如，电离层是位于地球大气中的一层带电粒子的区域，通过对电离层的研究可以了解太阳活动对地球的影响。

•电离层的电离现象也与无线电通信有关，电离层的存在可以反射无线电波，使其传播距离更远。

4. 物理学研究•电离原理在实验物理学研究中扮演着重要的角色。

例如，利用电离原理可以加速粒子，产生高能带电粒子束，用于物理学实验研究中。

•电离原理还被应用于核物理学研究中的离子激发和碰撞等实验。

通过电离技术，可以控制和操纵粒子的能量和运动轨迹。

5. 环境保护•在环境领域，电离原理常被用于空气净化和水处理等应用。

电离技术可以去除空气中的微生物和有害物质，改善室内空气质量。

•电离技术还可以用于水处理过程中的消毒和净化，去除水中的细菌、病毒和有机物质。

6. 其他领域的应用•电离原理在食品工业中也有广泛的应用，例如用于杀菌和保存食品。

通过电离技术可以有效地杀灭食品中的微生物，延长食品的保质期。

•电离技术还可以应用于火灾探测和灭火系统中。

电离烟雾探测器可以感应到烟雾中的离子，及时发出警报并采取灭火措施。

•电离原理在半导体和电子工业中的应用也不可忽视。

例如，电离技术可用于制备高纯度的半导体材料，以及在半导体生产过程中产生所需的离子束。

结论电离原理作为一项重要的物理现象，广泛应用于各个领域。

从医药、大气科学到环境保护和食品工业，电离原理不仅为人类带来了福祉，也推动了科学技术的发展。

通过对电离现象的深入研究和应用，我们可以进一步探索其潜力并在更多领域发现创新应用。

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。

大气层的组成和作用一、大气层的组成1.按照从地面向上依次排列，大气层可以分为以下几层：对流层、平流层、中间层、热层和外层空间。

2.对流层：距离地面最近的大气层，厚度约为10-15千米。

在这一层中，气温随着高度的增加而降低。

对流层中含有大部分的天气现象，如云、雨、雪等。

3.平流层：位于对流层上方，厚度约为50千米。

平流层的气温随着高度的增加而升高。

这一层中含有臭氧层，能够吸收太阳辐射中的紫外线，保护地球生物免受其伤害。

4.中间层：位于平流层上方，厚度约为50千米。

在这一层中，气温随高度的增加而降低。

5.热层：距离地面约500千米以上的区域，气温随高度的增加而升高。

热层中含有地球磁场捕获的高能粒子，形成了范艾伦辐射带。

6.外层空间：距离地球表面约1000千米以上的区域，属于地球的太空环境。

二、大气层的作用1.保护地球生物：大气层能够吸收太阳辐射中的紫外线，减少其对地球生物的伤害。

同时，大气层还能够吸收部分太阳辐射的能量，使地球表面温度适宜生物生存。

2.维持地球气候：大气层中的水蒸气、二氧化碳等气体能够吸收和发射红外辐射，从而影响地球的温度分布和气候变化。

3.天气现象：对流层中的水蒸气、尘埃等物质参与云、雨、雪等天气现象的形成，影响我们的生活。

4.声音传播：大气层作为声音的传播介质，使得我们能够听到远处的声音。

5.航空运输：对流层和平流层中的气流稳定，为航空运输提供了必要的条件。

6.电离层：大气层中的电离层能够反射无线电波，使得无线电通信能够跨越海洋和陆地。

7.生物圈：大气层与地球表面的生物圈相互作用，为生物提供氧气、水分等生存必需品。

综上所述，大气层对地球生物和人类社会具有极其重要的作用。

了解大气层的组成和作用，有助于我们更好地认识和保护地球环境。

习题及方法：1.习题：大气层可以分为哪几层？请简要描述每一层的特点。

方法：回顾大气层的组成知识，按照从地面向上依次排列，列举每一层的名字和特点。

答案：大气层可以分为对流层、平流层、中间层、热层和外层空间。

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。