2021-08-19 17:04:50
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在業(yè)余無線電中，短波波段的遠(yuǎn)距離通信占據(jù)著極重要的位置。短波段信號(hào)的傳播主要依靠的是天波，所以我們必須對(duì)電離層有所了解。
地球表面被厚厚的大氣層包圍著。大氣層的底層部分是“對(duì)流層”，其高度在極區(qū)約為9km，在赤道約為17km。在這里，氣溫除局部外總是隨高度的上升而下降。人們常見的電閃雷鳴、陰晴雨雪都發(fā)生在對(duì)流層，但這些氣象現(xiàn)象一般只對(duì)直射波傳播有影響。
離地面10～50km的大氣層是“同溫層”。它對(duì)電波傳播基本上沒有影響。
離地面50～400km高空的空氣很少流動(dòng)。在太陽紫外線強(qiáng)烈照射下，氣體分子中的電子掙脫了原子的束縛，形成了自由電子和離子，即電離層。由于氣體分子本身質(zhì)量的不同以及受到紫外線不同強(qiáng)度的照射，電離層形成了4個(gè)具有不同電子密度和厚度的分層，每個(gè)分層的密度都是中間大兩邊小。
離地面50～90km的大氣層稱作D層。D層白天存在，晚上消失。D層的密度最小，對(duì)電波不易反射。當(dāng)電波穿過D層時(shí)，頻率越低被吸收得越多。
離地面90～140km的大氣層是E層。通常情況下E層的密度也較小，只有對(duì)中波可以反射。在一些特定條件下，E層有可能反射高頻率的無線電波。在盛夏或是隆冬，E層對(duì)電波的反射現(xiàn)象總是有規(guī)律地出現(xiàn)，你可以清楚地接收到遠(yuǎn)距離小功率電臺(tái)發(fā)射的信號(hào)，而且可以發(fā)現(xiàn)可聽到的范圍是在有規(guī)律地變化。所以，愛好者們總是抱著極大的興趣對(duì)這種不穩(wěn)定的E層進(jìn)行觀測(cè)研究。
高空200～300km的大氣層是F1層，300～400km的是F2層。夏季以及部分春秋季的白天，F(xiàn)1層和F2層同時(shí)存在，且F2層的密度最大。到了夜晚，F(xiàn)1和F2合并成一個(gè)F2層，高度上升。F2層對(duì)電波的反射能力最強(qiáng)，它的存在是短波能夠進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信的主要條件。
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，從晝夜來說，白天比夜間吸收大:從季節(jié)來說，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”。摘自《業(yè)余無線電通信》