1 第一章无线电波的发射与接收
我们在物理学的学习中知道，通有交流电的导线，会在它周围产生变化的磁场，变化的磁场又能在它周围引起变化的电场，而变化的电场还将在它周围更远的空间引起变化的磁场。这种不断交替变化，由近及远传播的电磁场就叫电磁波。无线电技术中使用的电磁波叫无线电波。
无线电广播、电视广播都是利用无线电波进行传播信号的。现代通讯离不开无线电波。本章将介绍无线电波的波长、频率、波段划分，以及它的发射与接收。
第一节无线电波的波长、频率与波段划分
一、无线电波波段的划分
表1-1无线电波波段的划分
理论和实验都可以证明，无线电波在真空中的传播速度跟实验测得的光速相等，即
C=3.0×108m/s
无线电波在一个振荡周期T内传播的距离叫做波长。波长、频率和无线电波传播速度c的关系为
λ=c/f 波段名称 频段名称 波长范围 频率范围 用 途
超长波 甚低频 VLF 104 〜 105 m 30 〜3 khz 海上远距离通信
长 波 低频 LF 103〜104 m 300〜30 kHz 超远程无线电通讯和导航
中 波 中频 MF 2×102〜103 m 1500〜300 kHz 无线电广播
中短波 中高频 IF 50〜2 ×102 m 6〜1.5 M Hz 电报通讯
短'波 髙频 HF 10〜50 m 30〜6 MHZ 无线电广播、电报通讯
米 波 甚高频 VHF 1 〜 10 m 300〜30 MHZ 无线电、电视广播、导航
分米波 特高频 UHF 1〜10-1 m 3000〜300 MHZ 电视、雷达、无线电导航
厘米波 超高频 SHF 10-1〜10-2 m 3 ×104〜3×10 3MHZ ^ 雷达、卫星通讯、接力通讯
毫米波 极髙频 EHF 10—3〜10一2 m 3 × 105〜3× 104MHZ 电视、雷达、无线电导航
计算机网络 无线电波
在电磁波谱中，波长最长的是无线电波。一般将频率低于3×1011Hz的电磁波统称为无线电波。无线电波通常是由电磁振荡电路通过天线发射出去的。无线电波按波长的不同又被分为长波、中波、短波、超短波、微波等波段。其中，长波的波长在3km以上，微波的波长小到0.1mm。
1．无线电波的传播特性
无线电波通过多种传输方式从发射天线到接收天线。主要有自由空间波，对流层反射波，电离层波和地波，如图5-26所示。
发射天线接射天线电离层空间地波散射天波地球
图5-26 无线电波的传播
地波
地波也称表面波传播是电波沿着地球表面到达接收点的传播方式。电波在地球表面上传播，以绕射方式可以到达视线范围以外。地面对表面波有吸收作用，吸收的强弱与带电波的频率，地面的性质等因素有关。
天波传播
天波传播就是自发射天线发出的电磁波，在高空被电离层反射回来到达接收点的传播方式。电离层对电磁波除了具有反射作用以外，还有吸收能量与引起信号畸变等作用。其作用强弱与电磁波的频率和电离层的变化有关。
散射传播
散射传播是指利用大气层对流层和电离层的不均匀性来散射电波，使电波到达视线以外的地方。对流层在地球上方约10英里处，是异类介质，反射指数随着高度的增加而减小。
外层空间传播
外层空间传播是指无线电在对流层，电离层以外的外层空间中的传播方式。这种传播方式主要用于卫星或以星际为对象的通信中，以及用于空间飞行器的搜索、定位、跟踪等。
自由空间波
自由空间波又称为直线波，沿直线传播，用于卫星和外部空间的通信，以及陆地上的视距传播。视线距离通常为50km左右。
2．无线电波的划分和应用
通过上述，我们已经了解到电波传播不依靠电线，也不像声波那样，必须依靠空气介质传播，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，通过自然条件下的介质到达收信天线的过程，就称为无线电波的传播。
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。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。
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。
