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。电离层的电子密度随高度的变化具有分层结构（见电离层结构），因此从地面向上传播的电波受到折射后传播路径逐步弯曲，最后转向地面；从而使地面上的远距离传播成为可能。较高频率的电波，穿透电离层的程度也较深，受折射影响偏离直线传播的程度则较小。电波频率超过某一数值时将穿透整个电离层而不被反射。在垂直投射时，对应这一频率的值就是电离层最大电子密度处的临界频率。在斜投射的情况下，也有一个大于上述垂直投射时临界频率的临界值，称为最高可用频率,用MUF表示，只有当使用的电波频率低于它时，电波才能返回地面。显然MUF与电波的投射角度有关,仰角愈小，MUF愈大，传播的距离也愈远。
天线与电波传播
天线部分:
引言
天线是一种用来发射或接收电磁波的器件，是任何无线电系统中的基本组成部分。换句话说，发射天线将传输线中的导行电磁波转换为“自由空间”波，接收天线则与此相反。于是信息可以在不同地点之间不通过任何连接设备传输，可用来传输信息的电磁波频率构成了电磁波谱。人类最大的自然资源之一就是电磁波谱，而天线在利用这种资源的过程中发挥了重要的作用。
第一讲:传输线基础知识
在通信系统中，传输线(馈线)是连接发射机与发射天线或接收机与接收天线的器件。为了更好的了解天线的性能及参数，首先简单介绍有关传输线的基础知识。
传输线根据频率的使用范围区分有两种类型:1、低频传输线;2、微波传输线。这里重点介绍微波传输线中无耗传输线的基础知识，主要包括反映传输线任
Z一点特性的参量:反射系数、阻抗和驻波比,。 ,
一、反射系数 ,
这里定义传输线上任一点处的电压反射系数为
,'Uz()',,()z，'Uz()
'jz,,,',Uze0，， (1) ,'jz，',,Uze0，，
'jz,2,,,el
由上式可以看出，反射系数的模是无耗传输线系统的不变量，即
',,,z (2) ，，l
此外，反射系数呈周期性，即
'',，,,zmz,/2 (3) ，，，，g Z二、阻抗
appearance of the weld appearance quality technical requirements of
the project must not have a molten metal stream does not melt the base
metal to weld, weld seam and heat-affected zone surface must not have
cracks, pores, defects such as crater and ash, surface smoothing, weld
波的形成与传播
例1． 关于振动和波的关系，下列说法中正确的是（ ）
A、如果波源停止振动，在介质中传播的波动也立即停止 B、物体做机械振动，一定产生机械波
C、波的速度即波源的振动速度 D、波在介质中的传播频率与介质性质无关，仅由波源的振动频率决定
例2． 关于机械波的概念，下列说法中正确的是（ ）
A． 质点振动的方向总是垂直于波传播的
B． 简谐波沿长绳传播，绳上相距半个完整波形的两质点振动位移的大小始终相等
C． 任一个振动质点每经过一个周期沿波的传播方向移动一个完整的波形
D． 相隔一个周期的两时刻，简谐波的波形相同
例3． 图10－1中所示为一简谐横波在某一时刻的波形图，已知此时质点A正向上以，如图中箭头所示。由此可判定此横波（ ）
A. 向右传播，且此时质点B正向上运动
B. 向右传播，且此时质点C正向上运动
C. 向左传播，且此时质点D正向上运动
D. 向左传播，且此时质点E正向上运动
同步训练
1．下列有关机械振动和机械波的说法中正确的是（ ）
A．某物体做机械振动，它周围的介质中就一定产生机械波
B．波源停止振动后，已形成的机械波仍能在介质中继续传播
C．机械波传播的只是机械振动的形式和能量，参与波动的质点不随波迁移
D．振动是变速的，波动是匀速的
2．一波源振动1.5个周期在介质中形成的波形如图图10－2所示，此时波上B质点正向平衡位置运动，则以下说法中正确的是（ ）
A．这列波是沿x轴正方向传播的
B．波源是从平衡位置开始向正y方向振动的
C．质点D将比质点C先回到平衡位置
D．质点A和质点E的振动方向总是相反的
3．关于机械波的说法中，下列叙述正确的是（ ）
A．要产生机械波，必须同时具有振源和传播振动的介质 B．波是传递能量的一种方式
C．波的形成过程是介质中的质点在自己的平衡位置先后振动的过程 D．机械波是机械振动在介质中的传播
第一章 绪论
1.掌握正常的和反常的两种类型传播模式的基本概念；
正常的传播机制总是存在，如图1.1所示： 反常的传播机制偶然存在，如图1.2所示：
2.掌握超短波和微波的主要传播效应。
1、晴空条件下的视距传播——在晴朗天气的情况下，当传播路径两端点之间没有障碍阻挡
或者障碍阻挡可以忽略时，超短波和微波按照视距传播。 【视距传播不仅仅是自由空间的传播（即空间扩散损耗）；还要计及大气气体对无线电波的
吸收损耗（水汽和氧气对电波的吸收损耗）。晴空大气中，还存在许多其他复杂的重要的视
距传播现象（晴空大气中的层结以及湍流不均匀体对无线电波的反射、折射、多径传播、散
射、散焦和聚焦效应等等）。）】
2、绕射传播——当传播路径两端点之间的传播余隙小于第一费涅尔半径时，即波传播的空间受到地面地物某种程度的阻挡时，就会产生绕射损耗。
【对于非视距和超视距传播的情况，绕射损耗可以是很严重的。绕射损耗的大小与频率、余
隙、障碍的位置和形状等因素有关。为了计算因地面地物障碍阻挡引起的对无线电波的绕射
损耗，首先必须制作准确的电路地形剖面图，定义和计算相关的几何参数。在出现负折射的
情况下，绕射损耗尤其严重；在超折射条件下绕射损耗则变小。所以，当气象条件不稳定时，容易出现绕射衰落。】
3、地形、地物的散射和反射 4、雨、水凝体和沙尘对电波的散射和衰减
5、多径传播和聚焦效应：
【多径传播——大气层结的反射和折射以及地面地物的反射和散射使得在接收点所接收到
的信号是多条射线合成的总效果。这些多径射线具有各自不同的相位和幅度，所以多径射线的合成是向量的合成。并且由于各条射线幅度和相位的随机变化，最终产生所谓的多径衰落
现象，这是对无线电通信的质量水平具有非常重要的影响。
聚焦效应——当射线在对流层中传播时，由于大气折射指数的不均匀性会产生聚焦和散焦效
应。聚焦会使信号大大增强，相反散焦会使信号减弱。聚焦、散焦何时出现和强度如何均与
气象条件有关，而气象变化也是随机的。】 6、大气折射——由于对流层大气中折射指数沿高度的分布是不均匀的，无线电波的射线在
