主頁（http://www.130131.com）：無線電波的傳播

　　根據(jù)何種介質(zhì)或何種介質(zhì)分界面對(duì)電波傳播產(chǎn)生主要的影響，可將常遇到的電波傳播方式分為：（1）地波傳播（電波傳播主要受地球表面的影響）。（2）對(duì)流層電波傳播（電波傳播主要受對(duì)流層影響）。（3）電離層電波傳播（電波傳播主要受電離層影響）。（4）地—電離層波導(dǎo)電波傳播（電波傳播主要受電離層下緣和地面的影響，此外還有埋地天線、地殼中電波傳播、火箭噴焰、再入等離子體鞘套和核爆炸等影響）。

　　各種頻段的無線電波的傳播方式和特點(diǎn)及其應(yīng)用，可見各有關(guān)詞匯。

　　l 地波傳播

　　沿地球表面的無線電波的傳播，稱為地波傳播。其特點(diǎn)是信號(hào)比較穩(wěn)定。在討論地波傳播問題時(shí)，一般是將對(duì)流層視為均勻介質(zhì)（有時(shí)認(rèn)為對(duì)流層的折射指數(shù)垂直梯度為常數(shù)），電離層的影響不予考慮，而主要考慮地球表面對(duì)電波傳播的影響。半導(dǎo)電性地球表面的影響，一方面使地波的垂直方向電場(chǎng)強(qiáng)度遠(yuǎn)大于水平方向電場(chǎng)強(qiáng)度，并因在地面上產(chǎn)生感應(yīng)電流，使地波有較大的衰減；另一方面，由于地球是橢球形，在視線距離以外，地波傳播可以認(rèn)為是圍繞弧形地球面的繞射傳播。垂直偶極子所產(chǎn)生的地波垂直電場(chǎng)E通常表示為

　　E=E0ν

　　其中：E0為理想導(dǎo)電地面上的垂直電場(chǎng)，ν稱為衰減因子，它是頻率、距離和地面電參數(shù)的復(fù)雜函數(shù)。一般說來，頻率愈高，地面電導(dǎo)率愈低，地波隨距離衰減就愈快。計(jì)算地波，有相應(yīng)于高天線、低天線、近距離（視線傳播）和遠(yuǎn)距離（超地平傳播）的一般解答，但通常是查閱圖表。

　　在視線傳播的情況下，如果收發(fā)天線離地高度遠(yuǎn)大于波長(zhǎng)，接收點(diǎn)處的地波，可歸結(jié)為直射波與地面反射波相干涉的結(jié)果。因?yàn)檫@種情況下對(duì)流層的折射影響必須考慮，所以將它歸入對(duì)流層傳播。微波中繼通信即是這種傳播方式。在超地平傳播的情況下到達(dá)接收點(diǎn)的地波為繞過弧形地面的表面波。中波和長(zhǎng)波多利用地波傳播，但在一定的條件下，也出現(xiàn)它們的電離層反射波。

　　l 對(duì)流層電波傳播

　　無線電波在對(duì)流層與平流層中的傳播，簡(jiǎn)稱為對(duì)流層電波傳播。對(duì)流層的折射指數(shù)，在20千兆赫以下的頻率以及其他大氣窗口，與頻率無關(guān)，因而對(duì)流層通常是一種非色散介質(zhì)。由于折射指數(shù)的空間變化，電波射線會(huì)因折射而彎曲。在對(duì)流層中，氣體分子與水汽凝聚物（云、霧、雨、雪等）對(duì)電波有吸收與散射作用。波長(zhǎng)長(zhǎng)于3厘米的電波，所受的吸收十分微弱，計(jì)算場(chǎng)強(qiáng)時(shí)可不考慮。波長(zhǎng)短于3厘米時(shí)，需要考慮水汽和氧的吸收。在毫米波與亞毫米波頻段，對(duì)流層有許多吸收較小的頻帶，通常稱為大氣窗口。

　　按物理機(jī)制或傳播情況的不同，對(duì)流層電波傳播可以分為下列四種傳播方式：（1）視線傳播，應(yīng)用于微波中繼通信與衛(wèi)星通信、超短波與微波的定位測(cè)速；（2）對(duì)流層散射傳播，應(yīng)用于米波與分米波的超地平通信；（3）障礙繞射傳播，對(duì)于短波高端、超短波和微波無線電通信電路，當(dāng)電路上存在山峰時(shí)，出現(xiàn)障礙繞射傳播，在某些情況下還會(huì)有障礙增益；（4）大氣波導(dǎo)傳播，當(dāng)對(duì)流層的折射指數(shù)梯度滿足一定的條件時(shí)，對(duì)于米波至厘米波的無線電射線會(huì)出現(xiàn)大氣波導(dǎo)傳播。

　　l 電離層電波傳播

　　這是指無線電波在電離層中的傳播。在這種情況下的電波傳播，往往要受地磁場(chǎng)的影響，將電波分裂成尋常波和非常波，此現(xiàn)象稱為磁離子分裂。對(duì)應(yīng)于它們二者的折射指數(shù)比較復(fù)雜，特別還依賴于地磁場(chǎng)強(qiáng)度和傳播方向，故電離層是一種各向異性的色散介質(zhì)。在一定條件下，可以忽略地磁場(chǎng)的影響，這時(shí)電離層的折射指數(shù)只依賴于電波頻率、碰撞頻率和電子濃度。在這種情況下電離層是一種各向同性的色散介質(zhì)。

　　短波段的電波，在電離層中受到折射和吸收，在一定條件下能在電離層反射，回到地面。中頻段的電波，通常在電離層的D層（70~90公里）和E層（100~120公里）中受到吸收，在F層中反射。甚高頻段電波，基本能透過電離層，少數(shù)情況在一定條件下，也能在電離層反射，它在電離層中發(fā)生的散射現(xiàn)象能加以利用。微波段電波能透過電離層，它的折射很小。長(zhǎng)波、超長(zhǎng)波波段的電波，大部分在電離層低層的下緣被反射。

　　依據(jù)物理機(jī)制的不同，電離層電波傳播可以分為下列三種傳播方式：（1）短波經(jīng)電離層反射的傳播，這是應(yīng)用很久而且很廣的傳播方式，用于通信、廣播和超地平雷達(dá)等；（2）甚高頻經(jīng)電離層不均勻體散射傳播；（3）甚高頻經(jīng)流星余跡反射的傳播，后兩種傳播方式，已經(jīng)用來建立通信電路。

　　此外電離層電波傳播的各種效應(yīng)，可作為探測(cè)電離層結(jié)構(gòu)的各種手段，如脈沖反射，法拉第旋轉(zhuǎn)、多普勒頻移、非相干散射、部分反射等。

　　還有一些實(shí)際問題，如核爆炸產(chǎn)生的附加電離區(qū)對(duì)電波的作用、火箭噴焰與再入等離子體鞘套對(duì)電波的影響等，都與電離層電波傳播緊密相關(guān)。

　　l 地--電離層波導(dǎo)電波傳播

　　以低電離層下緣和地面為兩壁，構(gòu)成的同心球殼形波導(dǎo)，稱為地--電離層波導(dǎo),在其中的電波傳播稱為地--電離層波導(dǎo)傳播。長(zhǎng)波以及波長(zhǎng)更長(zhǎng)的無線電波，當(dāng)它們的輻射源處于地與低電離層之間時(shí)，輻射的電磁波能量，基本上限制在地--電離層波導(dǎo)中傳播，能以較小的衰減繞過彎曲地面。它們的傳播機(jī)理，可用“波跳”和“波導(dǎo)模”兩種理論加以解釋：“波跳”理論認(rèn)為電波在地與低電離層之間是以地波和天波方式傳播的，波的總場(chǎng)可表為地波與各跳天波的各場(chǎng)分量的級(jí)數(shù)和；“波導(dǎo)�！崩碚搫t認(rèn)為電波在地--電離層波導(dǎo)之間的傳播與微波在金屬波導(dǎo)中的傳播有些類似，波的總場(chǎng)可表為代表各階波導(dǎo)模的各場(chǎng)分量的級(jí)數(shù)和。在某些情況下，兩種級(jí)數(shù)和可以等效�？紤]到級(jí)數(shù)解只有當(dāng)它具有快收斂特性時(shí)才具有實(shí)用意義，因此，波跳理論多用于長(zhǎng)波，波導(dǎo)模理論多用于甚低頻、音頻以及極低頻的電波傳播。無線電波在地--電離層波導(dǎo)中傳播時(shí)，其場(chǎng)強(qiáng)的擴(kuò)散損耗與地面距離，波長(zhǎng)的關(guān)系為(其中為地球半徑)，而地面與電離層的吸收，使場(chǎng)強(qiáng)隨距離的增加按指數(shù)衰減。

　　地--電離層波導(dǎo)的傳播方式，用于遠(yuǎn)距離可靠通信、遠(yuǎn)距離無線電導(dǎo)航、標(biāo)準(zhǔn)頻率與時(shí)間信號(hào)的廣播以及對(duì)電離層的研究等。

　　l 極低頻與音頻電波傳播

　　頻率從30赫到300赫(波長(zhǎng)從10000千米到1000千米)的無線電波稱為極低頻無線電波，頻率從300赫到3000赫(波長(zhǎng)從1000千米到100千米)的無線電波稱為音頻無線電波。

　　此兩頻段的無線電波以橫電磁(TEM)波模方式在地--電離層波導(dǎo)中傳播，無多模干涉現(xiàn)象，傳播衰減隨頻率降低而減小，在100赫左右時(shí)，衰減率僅有1~2 ;可以穿透電離層以哨聲模方式沿地磁力線在地面上的兩個(gè)磁共軛點(diǎn)間多次往返傳播，或偏離地磁力線在外層空間傳播；在低頻端，因波長(zhǎng)可與地球周長(zhǎng)相比，將產(chǎn)生地--電離層空腔諧振(舒曼諧振)現(xiàn)象。

　　這兩頻段的主要特點(diǎn)是：由于頻率低，在海水中的衰減比其他頻段都小，故透入海水最深，但是天線很大，設(shè)備很昂貴。音頻電波可用于水下核潛艇的指揮通信；利用雷電輻射的音頻電波，可以研究電離層與外層空間的結(jié)構(gòu)。

　　l 甚低頻電波傳播

　　頻率從3千赫到30千赫(波長(zhǎng)從100千米到10千米)的無線電波稱為甚低頻無線電波或超長(zhǎng)波。在此頻段內(nèi)，輻射的電磁波能量，除了在低頻端有一部分可穿透電離層以哨聲模方式傳播以外，基本上都限制在地面和低電離層下緣所構(gòu)成的地--電離層波導(dǎo)之中，其傳播機(jī)理多用波導(dǎo)模的概念來解釋，但對(duì)高頻端的近距離傳播，用天、地波的概念有時(shí)也可得到有效解釋。根據(jù)傳播的不同特點(diǎn)，其全球性的作用區(qū)可分為四種傳播區(qū)域(見圖示)：(1)地波區(qū)；(2)多模干涉區(qū)(在此區(qū)內(nèi)同時(shí)存在幾個(gè)模)。(3)單模區(qū)(僅存在一個(gè)最低衰減模)。(4)長(zhǎng)短大圓路徑干涉區(qū)(同時(shí)存在長(zhǎng)、短大圓路徑兩種信號(hào))。波導(dǎo)模的傳播衰減率與相速取決于頻率、地面電導(dǎo)率、太陽天頂角、傳播方向與地磁場(chǎng)水平分量間的夾角、地磁緯度和太陽活動(dòng)性等因素。

　　甚低頻電波的全球性作用區(qū)

　　此頻段的優(yōu)點(diǎn)是：(1)傳播衰減小，作用距離遠(yuǎn)甚至達(dá)到全球；(2)傳播相位較穩(wěn)定，且有良好的可預(yù)測(cè)性；(3)受電離層擾動(dòng)的影響小，傳播情況穩(wěn)定；(4)透入海水能力較強(qiáng)。此頻段的缺點(diǎn)是：(1)因頻率低，數(shù)據(jù)率比較低，通常約每分鐘15~60個(gè)字；(2)大氣噪聲干擾大；(3)需要大的發(fā)射天線，設(shè)備較貴。

　　甚低頻廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)距離的可靠通信(這時(shí)數(shù)據(jù)率低不是主要的，而可靠性是主要的)，還應(yīng)用于遠(yuǎn)距甚至全球的無線電導(dǎo)航；標(biāo)準(zhǔn)頻率和時(shí)間信號(hào)的廣播；對(duì)水下潛艇的通信等。同時(shí)也可用于低電離層研究和雷爆定位等。

　　l 低頻電波傳播

　　頻率從30千赫到300千赫（波長(zhǎng)從10千米到1千米）的無線電波稱為低頻無線電波或長(zhǎng)波。

　　長(zhǎng)波以地波和天波兩種方式進(jìn)行傳播，地波作用距離可達(dá)2000~3000公里，天波在白天經(jīng)D層反射。而在夜間經(jīng)E層反射，經(jīng)一跳或多跳傳播，作用距離可達(dá)幾千公里以至上萬公里。一般說，在200~300公里以內(nèi)地波占優(yōu)勢(shì)，2000~3000公里以上天波占優(yōu)勢(shì)，在兩者之間，天地波同時(shí)存在。在某些應(yīng)用中，天波通常被視為有害干擾，但在此波段，可根據(jù)天地波脈沖相對(duì)時(shí)延，采用區(qū)分天、地波技術(shù)以排除天波影響。從而使地波作用距離得到充分的利用。

　　長(zhǎng)波主要用于遠(yuǎn)距離精密無線電導(dǎo)航，標(biāo)準(zhǔn)頻率與時(shí)間信號(hào)的廣播、可靠通信、低電離層的研究等。

　　l 中頻電波傳播

　　頻率從300千赫到3兆赫（波長(zhǎng)從1000米到100米）的無線電波稱為中頻無線電波或中波。

　　中波可以用天波和地波的方式傳播。使用地波傳播時(shí)，因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)較短，地面損耗較大，繞射能力較差，所以傳播的有效距離比長(zhǎng)波近，但比短波遠(yuǎn)，一般為幾百公里。又因中波的頻率在電離層臨界頻率以下，電離層能反射中頻天波，但白天因D、E層的吸收作用大，故天波不能有效反射；在晚上，D、E層的吸收顯著減小，天波顯著增強(qiáng)，且作用距離可大大超過地波。由于天、地波或各跳天波間的干涉，在夜間遠(yuǎn)距離上產(chǎn)生明顯的衰落現(xiàn)象。中波電離層傳播還存在獨(dú)特的交叉調(diào)制效應(yīng)。

　　中波主要用于近距離廣播與無線電導(dǎo)航，535~1605千赫是國際規(guī)定的中波廣播段。還可用它的交叉調(diào)制效應(yīng)研究低電離層。

　　l 高頻電波傳播

　　頻率從3赫到30兆赫（波長(zhǎng)從100米到10米）的無線電波，稱為高頻無線電波，又稱短波。

　　通常短波是經(jīng)電離層的反射而到達(dá)地面。所以短波廣泛應(yīng)用于各種距離的定點(diǎn)通信、國際通信及廣播、船岸間的航海移動(dòng)通信和飛機(jī)地面間的航空移動(dòng)通信等。

　　車輛移動(dòng)電臺(tái)和軍用戰(zhàn)術(shù)小型電臺(tái)，也有用短波的地波傳播方式通信的，因?yàn)槎滩ǘ蔚牡夭�，隨距離增大而衰減很快，故只用于近距。

　　短波波段的優(yōu)點(diǎn)：相對(duì)長(zhǎng)、中波段而言，得到相同傳輸效果，其發(fā)射功率較小，設(shè)備較簡(jiǎn)單，成本較低。電波經(jīng)電離層反射或電離層地面間多次反射，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離（數(shù)千到萬公里）的通信。但是短波也有嚴(yán)重的缺點(diǎn)：（1）通信不穩(wěn)定。國為電離層傳播有跳距現(xiàn)象，選擇工作頻率時(shí)有最高可用頻率的限制。為了適應(yīng)電離層的日變化、季變化和11年太陽黑子周期的變化，必需在不同的時(shí)間選用不同的頻率。如果通信距離較近（數(shù)百公里），還應(yīng)考慮射仰角隨電離層的變化。選頻不適當(dāng)和天線仰角不適當(dāng)，常是通信中斷的原因。電離層騷擾和核爆炸的影響，也可造成通信中斷。（2）短波電臺(tái)過分擁擠，互相干擾。這個(gè)由于歷史造成的問題，日益嚴(yán)重。當(dāng)前解決的辦法是采用單邊帶制，并把不是必需在本波段的業(yè)務(wù)，移到別的波段去。（3）短波有嚴(yán)重的衰落，通常采用各種分集接收來克服。

　　l 甚高頻電波傳播

　　頻率從30兆赫到300兆赫（波長(zhǎng)從10米到1米）的無線電波，稱為甚高頻無線電波，又稱米波或超短波。除了這頻段的低端還有可能被電離層反射外（在太陽活動(dòng)高年及Es層），一般來說，它將穿透電離層而不被反射。因此這一頻電波主要傳播方式是視線傳播以及對(duì)流層和電離層的散射傳播。在一定條件下，也可采用障礙繞射傳播。這一頻段主要應(yīng)用于調(diào)頻廣播、電視廣播、陸上移動(dòng)通信、航空移動(dòng)通信、海上移動(dòng)通信、定點(diǎn)散射通信、雷達(dá)、射電天文學(xué)等方面。

　　l 微波傳播

　　頻率從300兆赫到300千兆赫（波長(zhǎng)從100厘米到1毫米）的無線電波（即分米波、厘米波及毫米波）稱為微波。微波與其他頻段的電波相比有如下的特點(diǎn)：微波天線的輻射波束可做得很窄，因而天線的增益較高，有利于定向傳播。其次微波的頻率很高，信道容量很大。這一波段的傳播方式，主要是視線傳播，低端部分也有用對(duì)流層散射傳播的。

　　由于微波具有上述特點(diǎn)，目前應(yīng)用的范圍很廣，如用于定點(diǎn)及移動(dòng)通信、導(dǎo)航、雷達(dá)定位測(cè)速、衛(wèi)星通信、中繼通信、氣象以及天文學(xué)方面等。