電離層對(duì)電波傳播的影響

電波在均勻媒質(zhì)中和光波一樣是直線傳播的。但如果媒質(zhì)的密度不一樣，當(dāng)電波由某一密度的媒質(zhì)進(jìn)入另一密度媒質(zhì)時(shí)，在兩種不同密度媒質(zhì)的分界面上，傳播方向要發(fā)生變化，如同我們觀看半插入水中的直筷似乎是彎的那樣，這種現(xiàn)象稱為電離層對(duì)無(wú)線電波的折射。

電離層的密度總是兩側(cè)小中間大，這就使得進(jìn)入電離層的電波方向會(huì)被連續(xù)折射，最終又離開(kāi)了電離層而返回地面。我們把電離層等效為一個(gè)假想的反射面，而把電離層對(duì)電波的這種影響稱為反射。人們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電波以一定的入射角到達(dá)電離層時(shí)，它也會(huì)像光學(xué)中的反射那樣以相同的角度離開(kāi)電離層。顯然，電離層越高或電波進(jìn)入電離層時(shí)與電離層的夾角越小，電波從發(fā)射點(diǎn)經(jīng)電離層反射到達(dá)地面的跨越距離越大。這就是利用天波可以進(jìn)行遠(yuǎn)程通信的根本原因。而且，電波返回地面時(shí)又可能被大地反射而再次進(jìn)入電離層，形成電離層的第2次、第3次反射。

由于電離層對(duì)電波的反射作用，使本來(lái)是直線傳播的電波有可能到達(dá)地球的背面或其他任何一個(gè)地方。電波經(jīng)電離層一次反射稱為“單跳”。單跳的跨越距離取決于電離層的高度和電波進(jìn)入電離層的入射角度。電波進(jìn)入電離層的入射角度取決于天線的結(jié)構(gòu)形式和天線離地面的高度，而電離層的高度則與時(shí)間和季節(jié)有關(guān)。

電離層對(duì)電波的反射作用和電波的頻率以及電離層本身的密度有關(guān)。電波的頻率越低越容易被反射:長(zhǎng)波、中波、短波可以被反射，超短波、微波在一般情況下只能穿透電離層而不返回地面。電離層的密度越大對(duì)電波的反射作用越強(qiáng):F2層的電子密度最大，它對(duì)電波的反射作用最大:凌晨時(shí)分電離層密度最小，只有低頻率的電波才有可能被反射，其余都穿透出去了。

電離層對(duì)無(wú)線電波有吸收作用。當(dāng)電波進(jìn)入電離層后，電離層內(nèi)的自由電子受到電波的作用產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，與氣體分子發(fā)生碰撞并消耗能量。這個(gè)能量是電波供給的，也即電波通過(guò)電離層時(shí)要消耗能量。這種現(xiàn)象稱為電離層對(duì)電波的吸收。電離層對(duì)電波吸收作用的大小主要決定于電子密度和無(wú)線電波的頻率。工作頻率越低、電離層密度越大，吸收作用也就越大。

所以，從晝夜來(lái)說(shuō)，白天比夜間吸收大:從季節(jié)來(lái)說(shuō)，夏季比冬季吸收大。由于電離層高度及密度的變化，電波在被反射過(guò)程中極化方向會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，接收到的信號(hào)強(qiáng)度會(huì)有或快或慢的周期性起伏變化，人們稱之為“衰落現(xiàn)象”。