电波传输学习.pptx

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1、无线电波传播的途径及其特点无线电波传播的途径及其特点 1、地面波传播 2、空间波传播 3、散射传播 4、天波传播返回目录第1页/共97页第2页/共97页1 1、地面波传播、地面波传播地面波传播（又叫表面波传播）是指电磁波沿地球表面的绕射传播。由于地面对电磁波有吸收作用，所以地面波的强度随距离的增加而逐渐降低，降低的程度与地面波的频率及地面结构有关。返回第3页/共97页2、空间波传播空间波传播是指发射的电磁波，经空间以直线的方式直接到达接收点，以及经地表面反射后到达接收点的传播方式。这种空间波的传播，由于受地球曲率半径的影响，传播距离较近，一般仅数十公里，基本与视线范围相同（视距传播），因而天线

2、架得越高，通信距离就越远。返回第4页/共97页 3、散射传播由于对流层（距地面12-13km的大气层）中大气的温度、压力和湿度是随高度变化而变化的，使大气层介电常数也随高度发生变化。当频率60-10000MHz的电磁波通过这些介电常数不均匀的大气层时就会产生散射，使无线电波重新返回地面，散射传播通信电路就是利用这种电波传播方式建立起来的。返回第5页/共97页4、天波传播、天波传播 天波传播指发射的电磁波被距地面70-80km以上的“电离层”反射到达接收地点的传播方式。电磁波的频率较低，电离层对其吸收较强，电磁波的衰减就较大。当电磁波频率很高时，就会穿透电离层而不能反射。只有短波在电离层才能得到

3、良好的传播而建立起短波电路。返回目录返回第6页/共97页第7页/共97页 大气层概况大气层概况 在地球引力作用下，大量气体聚集在地球周围，形成数千公里的大气层。气体密度随离地面高度的增加而变得愈来愈稀薄。根据各层大气的不同特点（如温度、成分及电离程度等），从地面开始依次分为对流层、平流层、中间层、热层（电离层）和外大气层。接近地球表面1012Km以内的一层大气，空气的移动是以上升气流和下降气流为主的对流运动，叫做“对流层”，是大气中最稠密的一层。大气层中的水气几乎都集中于此，风、雨、雷、电等天气现象都发生在对流层内。对流层上面，直到高于海平面60公里这一层，气流主要表现为水平方向运动，对流现象

4、减弱，这一大气层叫做“平流层”，又称“同温层”。这里基本上没有水气，晴朗无云，很少发生天气变化，适合于飞机航行。在2030公里高处，氧分子在紫外线作用下，形成臭氧层，像一道屏障保护着地球上的生物免受太阳高能粒子的袭击。第8页/共97页平流层以上，到离地球表面85公里，叫做“中间层”，又称“散逸层”。中间层以上，到离地球表面1000公里的区域，叫做“热层”。热层的大气因受太阳辐射，温度较高。“热层”又称电离层，是由自由电子、正离子、负离子、中性分子和原子组成的等离子体。热层顶以上是外大气层，大气已极其稀薄，延伸至距地球表面上万公里处。这里的温度很高，可达数千度。外大气层是由高空存在的带电粒子组成

5、的辐射带,也称为磁层。第9页/共97页等离子：物质存在的状态呈现出固态、液态、气态三种形式。对于气态物质，温度升至几千度时，由于物质分子热运动加剧，相互间的碰撞就会使气体分子产生电离，这样物质就变成由自由运动并相互作用的正离子和电子组成的混合物。我们把物质的这种存在状态称为物质的第四态，即等离子体。也可以把等离子体定义为正离子和电子密度大致相等的电离气体。通常，等离子体中存在电子、正离子和中性粒子等三种粒子。第10页/共97页电离层电离层 1、电离层的结构 环绕地球外围的是一个大气层，其中距离地面70-1000KM左右，处于电离状态的高层大气区域就是电离层。这种中性大气被电离的主要来源是太阳的

6、紫外线辐射、日冕的软X射线和从太阳表面喷射出来的微粒流等。其中以太阳的紫外线辐射为最主要。电离层由围绕地球的几个导电层组成。来自太阳的辐射是这些导电层电离及其强弱变化的主要原因。太阳辐射增强使得各层的反射能力增加，以致能将电波反射再回到地面。但与此同时，对无线电发射机发射能量的衰减也变大了。由于太阳辐射是不规则的，所以各电离层也不是固定不变的，随一天中的时刻、季节和太阳黑子活跃性而有很大的变化，故发射频率的传输可能性也相应的有所变化。第11页/共97页电离层的结构电离层的结构第12页/共97页电离层是如何形成的呢？电离层是如何形成的呢？物质是由该物质的分子构成的，分子是由更小的物质微粒原子所组

7、成。原子是由原子核以及核外的电子所构成的。原子核由质子和中子组成。质子的数目总是等于核外的电子数。中子不带电，质子和电子都是带电的粒子。质子带正电荷，电子带负电荷。在同一原子中质子和电子所带的正、负电荷必定相等，就整个原子来说正负电荷的作用恰好抵消，所以物体平时不显示带电的现象。电子是围绕原子核旋转的，联系比较松散，在外力的影响下，很容易挣脱原子核的束缚。失去电子，原子核带正电，电子带负电。第13页/共97页由此我们知道，由于高空中性的气体分子或原子及其它中性粒子从太阳辐射的紫外线、X射线、高能带电微粒流及宇宙射线中获得能量，气体原子中原子核周围的电子脱离束缚成为游离的负离子，失去电子的原子呈

8、现正电荷，成为正离子，得到电子的原子呈现负电荷，成为负离子，这样使原本呈中性的大气成为了具有导电性的电离层。大气电离的程度以电子密度N（电子数/m3）来衡量。电离层的电子密度随高度的分布如图所示。第14页/共97页电子密度的大小与气体密度及电离能量有关。对每层气体而言，气体密度是上疏下密，而太阳照射则上强下弱，因而被电离出来的最大电子密度将出现在几个不同的高度上，每一个最大值所在的范围叫做一个层，由下而上分别以D、E、F1、F2等符号来表示。从图中可看出，D、E、F1和F2层的电子密度随高度的增加而增加。在正常情况下，电离层就是由D层、E层、F1层和F2层组成的。第15页/共97页由于电离层的

9、电离源主要是太阳光中紫外线，因此，电离层的电子密度将随太阳辐射的强度而变化。电子引起大气层的导电性，但电子不断地和离子发生碰撞，互相中和（即复合）。电离强度增加，自由电子和离子数目都持续地增加。当太阳升到最高位置时达到最大值。从日出到正午这段时间里，电离超过复合。此后随太阳的降落，电离渐弱而复合增加，日落之后再次恢复到完全中性状态。上述过程在气体密度较高的地方即低高度上发生的更快些，而在比较大的高度上，白天电离快于复合而产生各个电离层，夜间虽然电离大大减少，但在比较大的高度上由于电离层的电子浓度低，电子与离子发生碰撞的机率减小，因此复合减慢，残余电离对短波的传输实际上的仍然起作用。第16页/共

10、97页电离层对通过它的电波有折射、散射、反射和吸收的作用，人类借助于电离层，实现远距离的无线电通信。但电离层反射电波的能力与电波的频率和波长有密切关系，而电离层的电子密度是有一定限度的，因此所能反射的电波是有一定频率范围的。电磁波的频率低，如中波和长波以下频段，电离层对其吸收较强，电磁波的衰减就较大；当电磁波频率很高时，如超短波以上频段，电离层对其而言相当于是透明的，电磁波就会穿透电离层而不能反射。因此只有介于中波和超短波之间的短波频段才能在电离层中得到良好的传播而建立起短波电路。第17页/共97页D层：D层的地面高度约6090km，是电离层中的最低层，空气密度较大，电离产生的电子平均几分钟就

11、与其它粒子复合而消失。D层在日出后出现，当太阳位置最高时其电离达到最强，此后，随着复合越来越强，到了夜间，没有了太阳的辐射，电子与其它粒子完全中和而使大气又恢复到中性状态，D层消失。D层是各层电离层中电子浓度最低的，其浓度不足以反射短波。短波可以穿透D层，但会有严重的衰减，这种衰减比相邻的E层和F层要大得多。因此，为使短波良好地传播，确保良好的接收效果，日间存在的D层是确定电波达到的范围、发射功率和天线增益时必不可少的因素。D层是一个损耗层，不仅会造成短波的严重衰减，对中波也会产生强烈的吸收。白天由于D层的存在，中波的天波能量几乎完全被吸收而无法建立传播电路。第18页/共97页E层：E层的最大

12、电离出现在地面高度为110km处，和D层一样，电离也是从日出时开始到中午前后达到最大，此后该层逐渐衰变，日落之后只有很小的浓度。E层的电子浓度小于F层，大于D层，不能有效和稳定地反射频率高的短波频率，但在夜间可以比较稳定地反射频率较低的中波频率，是中波天波的主要反射层。从日出开始到中午前后E层电离密度较大，可反射1.5MHZ以上的频率。ES层：又称杂散E层，约位于120km的地面高度上。它只是偶然发生的，是一种异常电离现象，其结构有不同形状，有时呈圆盘状，有时很不规则。因电子浓度很高，能反射远大于短波波段的频率，有时能反射5080MHz 的电波。第19页/共97页F层：F层对短波传输来说是很重

13、要的，因为F层很高，能使电波跨越很远的距离。F层的低层和高层之间变化性质有所不同，因而又分为F1和F2两层，但在两层之间，电子浓度的垂直分布并无明显的分层。F层的第一部分是F1层，地面高度为170至220km。F1层只在白天存在，夜间F1与F2合二为一。F2层位于地面高度225至450km上。该层的高度与一天中的时刻和季节有关。同样在日间，冬季高度最低，夏季高度最高。F2层在日落之后不完全消失，残余电离存在的原因在于电子浓度低，故此复合减慢，以及黑暗之后数小时仍然有粒子辐射。夜间，残余电离仍允许传输短波频段，但能够传输的频率比日间可用频率要低许多。对可用工作频率来说，各层的电子浓度是至关重要要

14、的，较高的工作频率要电子浓度高的电离层来反射，如果电离层的浓度比较低，同样的频率就穿透了。第20页/共97页 2.2.电离层对电波传播的影响电离层对电波传播的影响 电离层对电波的能量有吸收作用 电离层对电波能量的吸收与电子浓度和中性分子密度有关 电离层对电波能量的吸收与其频率的高低有关第21页/共97页电离层对电波的能量有吸收作用电离层对电波的能量有吸收作用 无线电波在电离层传播过程中将引起衰减。衰减的主要机制是电离层中的自由电子受电波力作用而产生振荡，电子与重粒子发生碰撞时电子取自电波的能量发生迁移。以后，在场力作用下开始新一轮振荡。这种不断反复的过程使电波能量受到吸收衰减，这种现象称为电离

15、层的吸收。返回第22页/共97页电离层对电波能量的吸收与电子浓度和中性分子密度有关电离层对电波能量的吸收与电子浓度和中性分子密度有关 电离层电离密度大时，单位体积内的自由电子的数目就多，其它粒子的密度也大，则自由电子和其它粒子碰撞的机会就多，吸收就大，反之，吸收就小。返回第23页/共97页电离层对电波电离层对电波能量能量的吸收与其频率的高低有关的吸收与其频率的高低有关 频率低（波长长），自由电子受电波的作用时间长（周期长），这些自由电子与中性分子或正离子的碰撞机会就多，所以损耗大，反之，频率高则损耗小。返回第24页/共97页 3.3.无线电波在电离层中的折射与反射无线电波在电离层中的折射与反射

16、 无线电波在电离层中的折射系数如下式表示：式中，N的单位是自由电子数/m3；f的单位是Hz。第25页/共97页电磁波在电离层中的折射 第26页/共97页 根据全反射条件，当电磁波频率根据全反射条件，当电磁波频率f f、入射角入射角0 0和电磁波反射和电磁波反射点的电子密度点的电子密度N N之间满足下式之间满足下式F F2=2=81N/Cos81N/Cos2 2 0 0时，电磁波才能由时，电磁波才能由该点反射回来。如图所示。该点反射回来。如图所示。第27页/共97页4.4.几个特定频率几个特定频率 欲建立可靠的短波通信，在短波频段内任意选择一个频率是不行的，在给定距离和方向的路径上，在一定时间内

17、，短波通信只能应用一个有限的频带，即最高可用频率（MUF）和最低可用频率（LUF）两者之间的频带。临界频率 电波垂直向上发射时，电离层能反射回来的最大频率。第28页/共97页最高可用频率MUF 在确定时间，收发两端之间仅计及电波靠电离层折射反射传播的最高频率，超过此频率时，电波将穿透电离层而不返回地面，此时的电波频率叫基本最高可用频率，即基本MUF，靠E层传播的最高频率称为E层基本MUF，靠F层传播的最高频率称为F层基本MUF。最高可用频率与电离层的电子密度及电波入射角有关。电子密度越大，fume值越高。而电子密度随年份、季节、昼夜、地点等因素而变化，所以fume也随这些因素变化。其次，对于一

18、定的电离层高度，通信距离越远，fume就越高。这是因为通信距离越远，其电波入射角0就越大。第29页/共97页最低可用频率LUF 一定发射类型的业务，要求一定的信号强度与噪声强度之比。如果到达接收点的信噪比低于业务要求，则接收到的信号成为无用信号。为了改善信号质量，就需增大接收场强，而提高工作频率是减少路径电离层吸收损耗、增大接收场强的一种有效方法之一。反之，工作频率越低，电离层吸收损耗越大，因此工作频率存在一个最低的限界，也就是说短波通信中存在着一个最低可用频率LUF。在给定时间和特定工作条件下，某频率信号经电离层传播到接收点处的信噪比等于最低所需信噪比时，该频率即为最低可用频率。第30页/共

19、97页最佳工作频率工作频率选择的是否合适，直接影响到短波通信的质量。若频率选的太高，电离层的吸收虽然小，但由于电离层的不稳定性，电波容易穿透电离层；若频率选的太低，虽然能被电离层反射，但一方面电波将受到电离层的强烈吸收，另一方面短波波段的噪声随着频率的降低而增强，结果使信噪比变坏。因此，在保证电波可以反射回来的条件下，尽量把频率选得高一些，习惯上选择工作频率为最高可用频率的85%，这个频率称为最佳工作频率，用fOWF表示，即fOWF=85%fMUF返回第31页/共97页短波传播短波传播 1、短波传播与传播模式 短波传播的基本形式有两种：一种为沿地球表面传播，称为地波传播，适用的频段为短波的低频

20、端。由于短波波长较短，绕射能力差，沿地面传播的衰减较大，所以传播距离较近，在几十公里到上百公里之间；另一种是电波经电离层反射回地面接收点的传播，称为天波传播，天波传播可以实现远距离的通信，比地波传播的用途广泛的多。第32页/共97页 短波天波的传播模式通常指短波传播的路径。短波的天波波束是较宽的，发射的电波波束具有一定的张角，同时天空中存在多层的电离层，所以电波的多条射线可能在不同的高度被反射而到达同一接收点。电波从电离层反射，当仰角为零时，可达到最远的传播距离。若从较低的E层反射，设其有效高度为110km，E层一次反射（一跳）的最远距离为2000km，若从较高的F2层反射，设其有效高度为32

21、0km，则反射的一跳最远距离为4000km。不同的通信距离可能有不同的传播模式，而相同的通信距离也可能存在多种传播模式。第33页/共97页第34页/共97页各种通信距离可能存在的传播模式各种通信距离可能存在的传播模式 1E，1F，2E2F等代表E层一跳、F层一跳、E层二跳F层二跳模式 第35页/共97页 杜巴杜巴(DHA)(DHA)发射点覆盖图发射点覆盖图 RFARFA维语维语 09:00-10:00 09:00-10:00 11945KHz11945KHz 功率：功率：500KW 500KW 主向：主向：5050度度 天线程式：天线程式：AHR(S)4/4/1.0AHR(S)4/4/1.0第

22、36页/共97页立陶宛立陶宛(SIT)(SIT)发射点覆盖图发射点覆盖图 RFARFA维语维语 09:00-10:00 09:00-10:00 9490KHz9490KHz功率：功率：100KW100KW主向：主向：7979度度 天线程式：天线程式：AHR(S)4/4/0.5AHR(S)4/4/0.5第37页/共97页第38页/共97页第39页/共97页在实际的无线电远距离通信中，多次反射模式不是唯一的方式。当电波频率比F2层的临界频率低，电波总被反射；若频率比最高反射频率高，则波穿透。在临界频率和最高反射频率之间选定一频率，改变电波离开发射天线时的入射角，可实现电波在电离层中的滑行传播，即短

23、波传播在某特定条件下，存在不经电离层多跳传播而通过滑行传播，可达到超远距离进行通信联络的目的，有可能实现离地面站很远的，在电离层极大密度以上或以下的卫星与地面站之间的通信，其意义是很大的。第40页/共97页2 2、短波传播中的寂静区和回波现象、短波传播中的寂静区和回波现象 寂静区：围绕着发射机有一个收不到它的信号的区域。在这个区域里，因短波频率高，地波衰减很快而传输不到，天波又因距离太近反射不到，这个收不到信号的区域称为寂静区。第41页/共97页寂静区的的范围大致位于距离发射机100至300KM之间，当接收地点位于这个范围内时，将接收不到电台信号。而300至500KM之间甚至更远一些的距离，天

24、波信号虽然能够反射下来，但由于电离层的随机变化，信号是很不稳定的，不能作为发射机的服务区。如全向发射的频率的服务区范围为500至1000KM，小于500KM的范围是它的地波区、寂静区和信号不稳定区域，不是它的服务区。而对中远距离广播的定向发射的频率，由于发射仰角比全向发射频率的小，一次反射的跨度更大，因而它的寂静区和信号不稳定区域更大。第42页/共97页回波：当电波传播条件适当，发射信号较强时，无线电波经电离层反射，环绕地球一周以上再到达接收点。回波分正向回波和反向回波，正向回波即环球回波；反向回波即电波不是围绕地球走过整个一圈，而只是在相反方向走过地球的一部分再到达接收点。当出现回波现象时，

25、听到的节目声前后有两个相同的声音，一强一弱，类似山谷中的回声，也称重音效应。回波现象大多出现在日出、日落之际，频率越高越明显，17MHz以上频段出现的较多。第43页/共97页3 3、衰落效应、衰落效应在短波电离层传播过程中，由于多径波的干涉、电离层的变化等原因，使远处接收点的信号场强呈现不规则的变化。这种信号电平的随机起伏变化就是信号的衰落。信号衰落是天波传播不可避免的现象，只是衰落幅度的大小和周期的长短不同。强衰落时信号强度的变化可达几十倍到几百倍。衰落周期是指信号起伏变化时相邻的两个最大值或两个最小值的间隔时间。周期短的称快衰弱，周期长的称慢衰落。第44页/共97页第45页/共97页3.1

26、多径干涉衰落 3.2选择性衰落 3.3极化衰落 3.4电离层反射衰落 3.5吸收衰落 3.6电离层的变化规律 第46页/共97页多径干涉衰落多径干涉衰落 在电离层传播过程中，发射天线辐射的电波可以经由几条不同的路径到达远处的接收点，因而可能出现经电离层一次反射和二次反射到达接收点引起的信号干涉，寻常波和非寻常波之间的干涉及由电离层散射引起的多径干涉。由于电波经过不同的路径到达接收点，其到达接收点所需的时间不同，信号的相位也不同；同相位的信号相加，反相位的信号相抵消，还可能出现非同相情况下的相加，使得接收点信号场强的强弱不断变化；又由于信号路径不同，信号受到的衰减情况也不同，再加上电离层媒质的不

27、稳定和不均匀，造成接收点信号幅度和相位的随机起伏变化。返回第47页/共97页第48页/共97页图（a）是地面波与天波同时存在造成的衰落，因为只发生在离发射天线不远处，这种衰落称为近距离衰落；图（b）是由不同反射次数的天波干涉形成的衰落，称为远距离衰落；图（c）是由于电离层的不均匀性而产生的漫射现象引起的衰落；图（d）是由于地磁场影响而出现的双折射效应引起的衰落。由于电离层电子密度N及高度不断变化，使得多条路径传来的电波不能保持固定的相位关系，因此接收点场强振幅总是不断地变化着，这种变化是随机的，而且变化很快，故称为快衰落。波长越短（频率越高），相位差的变化越大，衰落现象越严重。第49页/共97

28、页极化衰落极化衰落极化损失：接收天线的极化与被接收电磁波的极化不同时，接收功率的损失为极化损失。如线极化时，若上二者同极化，则无损失；若二者一为水平极化，一为垂直极化，则极化损失最大，理论上完全损失。也就是说，电波被电离层反射之后，其极化不能和原先发射天线辐射的电波极化保持一致，与接收天线的极化出现差异，则将产生极化衰落。如果到达波的极化变化后和接收天线极化一致，则接收机输入电压将达到最大值。返回第50页/共97页电离层反射衰落电离层反射衰落 此衰落又称越距衰落。在日出日落期间，电离层等离子面的倾斜变化和电子密度的起伏动荡，工作频率时而过高而穿透电离层通信中断，时而频率合适收到电波，如此反复多

29、次，电离层才趋于稳定，这种衰落较快，但其周期毫无规律。返回第51页/共97页吸收衰落吸收衰落 吸收衰落是一种慢衰落。它是由于D层吸收特性的缓慢变化而引起的，并可持续一小时以上，如果不发生电离层暴、极光电离和电离层突然骚乱等，衰落深度低于平均值10dB左右。在实际监测中，有时会出现在相同的时段内，部分频率的信号强度明显比平时弱，场强值下降幅度较大。吸收衰落出现的情况不多，特征明显。返回第52页/共97页电离层的变化规律电离层的变化规律太阳是电离层的主要能源，电离层的状态与阳光照射情况密切相关，因此电离层的规则变化有以下4种：电离层的规则变化 日夜变化；季节变化；随太阳黑子11年周期的变化；随地理

30、位置变化。返回第53页/共97页日夜变化日夜变化 日出之后，电子密度不断增加，到正午稍后时分达到最大值，以后又逐渐减小。夜间由于没有阳光照射，有些电子和正离子就会重新复合成为中性气体分子，D层由于这种复合而消失；E层仍然存在，但其高度比白天低，电子密度比白天小；F1层和F2层合并称为F层且电子密度下降。到拂晓时各层的电子密度达到最小。一日之内，在黎明和黄昏时分，电子密度变化最快。返回第54页/共97页季节变化季节变化 由于不同季节太阳的照射不同，春夏季的太阳辐射强于秋冬季，故一般夏季的电子密度大于冬季，但F2层是个例外。F2层受气流、扩散和其他动力的影响很大，因此不能简单用太阳辐射来解释。例如

31、：全天最大的电子浓度不出现在中午，而在当地时间13:00-15:00之间；其次，F2层的最大电子浓度有一个“半昼夜”周期，时段性最大值出现在当地时间10:00-11:00和22:00-23:00。在季节的关系上也是“反常”的，冬季的最大浓度大于夏季。返回第55页/共97页 随太阳黑子随太阳黑子1111年周期的变化年周期的变化 太阳黑子是指太阳光球表面有较暗的斑点，其直径一般有105KM或更大。由于太阳温度极高，它的运动变化极其猛烈。从地球上看，黑子当中是巨大的旋涡，黑子上巨大的旋风将大量的带电粒子向上喷射，体积迅速膨胀因而使温度下降，比太阳表面一般的温度低一千多度，因此看上去中间部分形成凹坑，

32、颜色较暗，故称黑子。返回第56页/共97页 电离层的状况与太阳的活动性有关，太阳黑子对上部大气层的电离强度的影响极大，并由此影响到短波传播的可能性。太阳黑子的变化周期大约是11年，因此电离层的电子密度也与这11年变化周期有关。太阳辐射活跃性与太阳黑子的数目有很大的关系，如果太阳黑子的数目多，则紫外线和射线也强，因之D层、E层和F层电离也就强。由于这个原因，随着太阳黑子数目的增多，短波在D层中衰减增大，而E层和F层将能反射更高的频率。当太阳黑子数少时，各电离层的电离不太强但比较稳定，比较高的频率能够穿透而不再反射，于是，无线电波只能在相对比较低的频率上工作。整个可用频段有严格的限制，而且许多短波

33、线路的工作频率被挤压在减小了的频段之内，这样，相互干扰的危险增加了。而且因为随着频率降低，大气噪声的场强增加，大气噪声的影响变大了。随着太阳黑子数目增加，D层、E层和F层的电离变得更强，于是可采用更高的频率以减小大气干扰的影响。然而D层的衰减也急剧增加，所以太阳黑子较多时，可望得到的场强必然更小。第57页/共97页随地理位置变化随地理位置变化 由于地理位置不同，太阳光照强度也不相同。在低纬度的赤道地区附近，太阳光照最强，电子密度最大。越靠近南北极，太阳的光照越弱，电子密度也越小。我国处在北半球，南方的电子密度比北方的大。返回第58页/共97页电离层的不规则变化 电离层的不规则变化是指电离层的状

34、态随机的、非周期性的、突发的急剧变化，主要有以下三种：突发E S层；电离层突然骚扰；电离层暴突发Es 层 有时在E层中约120Km高度上会出现一大片不正常的电离层，其电子密度大大超过E层，有时可反射50-80MHz的电波。因此当突发Es层时，将使电波难以穿过Es 层而被它反射下来，产生“遮蔽”现象，对原来由F层反射的正常工作造成影响，使定点通信中断。一般Es层仅存在几个小时，在我国夏季出现较频繁，在赤道和中纬度地区，白天出现的概率多于晚上，而高纬度地区则相反。另外，在黑子少的年份里，突发Es层多。返回第59页/共97页电离层突然骚扰电离层突然骚扰太阳黑子区域常常发生耀斑爆发，即太阳上“燃烧”的

35、氢气发生巨大爆炸，辐射出极强的射线和紫外线。射线穿透高层大气一直到达D层，使得整个电离层电子浓度增加，尤其D层的电子密度比正常值大10倍以上。此时短波信号大部分甚至全部受到D层的强烈吸收，造成短波通信中断。由于引起D层密度的增加往往是突然的，因此称此种现象为电离层变然骚扰，有时又称它为D层突然吸收现象。电离层变然骚扰一般发生在日照半球。耀斑爆发的时间很短，持续几分钟，因此电离层骚扰也持续几分钟，然后D层和E层电子密度降低，短波穿透D层吸收减小，短波通信恢复正常。但在个别情况下，耀斑爆发持续时间较长，电离层骚扰可持续几十分钟甚至几个小时。发生电离层突然骚扰时，短波通信频率由低到高依次受到影响，信

36、号衰减严重或收不到信号；恢复时频率则是由高到底依次好转。返回第60页/共97页电离层暴电离层暴电离层暴又叫电离层爆变。太阳耀斑爆发时，除了辐射大量紫外线和射线外，还以很高的速度喷射出大量带电的微粒子流，当带电粒子接连地球时，大部分被挡在地球磁层之外绕道而过，有一小部分穿过磁层顶到达磁层引起磁暴，再有一部分穿过磁层到达电离层，出现正常电离层遭破坏的电离层暴。出现电离层暴时，自F层、E层至D层依次受到影响，其中F2层表现最为明显，有时出现F2层临界频率急剧下降，将使原来由F2层反射的电波可能穿过F2层面而不被反射，造成信号中断。电离层暴的持续时间达2到5天。电离层暴使通信频率降低，损耗增大，通信质

37、量降低甚至中断。电离层暴的一个明显特点是，每次暴变总是发生在电离层突然骚扰之后30小时左右，但并不是说每次骚扰后必有一次暴变。电离层暴对短波通信的影响与电离层突然骚扰不尽相同。发生电离层突然骚扰时，通信频率是由低到高依次受到影响，而电离层暴则对高频率的影响尤其明显。返回第61页/共97页复习题：1、电离层的电子密度与高度之间有什么关系？2、为什么白天中波的天波不能通过电离层反射建立电路，而短波可以建立电路？3、调频波段可以通过电离层反射建立电路吗？4、电离层的是怎样形成的？5、电离层对电波的吸收主要因素是什么？6、为什么短波广播的信号会出现起伏？7、对一个传输距离在1000至2000公里之间的

38、地区进行全天广播，宜采用什么频率？为什么？第62页/共97页中波传播中波传播第63页/共97页 1、中波传播的特点 地面上发射的中波，同时具有沿地面传播的地波和经电离层反射的天波两种传播模式。由于电离层D区对中波的强烈吸收，白天天波很弱，夜间天波则因D层消失而显著增强并占优势。因此，在中波的应用中，白天主要是稳定性好的地波，夜间则因出现天波的强烈干扰，地波工作区大为缩小。中波天波主要是通过D层并经E层反射传播。当中波以地波或夜间E层一跳天波为传播时，传播特性比短波天波要稳定的多。中波场强的变化主要是由于天波特性变化及天地波干涉的结果，而天波的变化则源于低电离层（特别是D层）特性的变化。低电离层

39、电子密度的绝对值不大，但其相对变化相当大。第64页/共97页2、地面波传播无线电波沿地球表面传播，称为地面波传播。当天线低架于地面上（天线的架设高度比波长小的多）时，其最大辐射方向沿地球表面，这时主要是地面波传播，例如使用直立的鞭状天线就是这种情况。这种传播方式，信号稳定，基本不受气象条件、昼夜及季节变化的影响。但随着电波频率的增高，传播损耗迅速增大，因此，这种传播方式使用于中波、长波和超长波传播。在军事中，常用于短波、超短波作几十公里以内或几公里内的近距离通信、侦察和干扰。由于地面波是沿着空气和大地交界面传播的，因此传播情况主要取决于地面条件。概括地说，地面对电波传播的影响主要表现为两个方面

40、：第65页/共97页一是地面的不平坦性，当地面起伏不平的程度相对于电波波长来说很小时，地面可近似看成是光滑地面。二是地质的情况，主要研究它的电磁特性。地面的电气特性对于地波传播的影响很大。同样发射条件的电波在不同的地面上传播时，电场强度能有数十分贝的差别。因此，同样功率的发射台在不同的地面上覆盖的面积也会差很多。任何传播媒介的电气特性可由三个参数来表达：导磁系数（）、介电常数（）、导电系数（），在专指地面的参数时，称为地导系数。地波场强与大地的电参数关系密切，大地的电参数一般与下列因素有关：第66页/共97页水份含量：这是影响各个电常数值最大的参量。水份含量大，电常数也随着增大，一般来说，土壤

41、的温度是稳定的，但雨季则可能有所增加。土壤的性质：大地常数随土壤性质而变，主要是看土壤吸收并保存水份的性能，而土壤的化学成分相比为次要。电导率的温度系数是每摄氏一度2%左右，一般关系是不明显的，但在水的冰点上导电率及介电常数均减小很多，所以在“冰天雪地”的情况下测定大地常数是很不合适的。与频率的关系：对声频广播波段来说变化不大，只有当频率高于1千兆赫时，大地常数随频率变化的关系才比较明显。电波能量受地面物体吸收的作用第67页/共97页 位于大地表面的物体如森林、城市（建筑群）等，虽不直接影响到大地常数本身，但它们对地波的衰减可能发生重大的作用，如电波通过大森林时损耗就特别大，因此，在电波传播的

42、计算中应用适当的大地常数值，才能计入这种能量损耗。这样，我们在进行场强测量工作时就应特别注意选择场强测量场地。比如，在外出收测时，场强仪的附近不应有二次辐射物，地形也不应有悬殊的差异，一切金属导体如电源线、接地导线、电话线等均不应从场强仪附近经过（如电源线、接地导线从场强仪的天线附近经过时，场强测量的误差将可能超过6 dB）。地面的有效电导率与地面类型、形状、土壤成分、地质结构等特性有关。第68页/共97页 表：不同地面类型的电导率 由上表可见，海水的电导率最大，淡水的电导率较小，沙漠、岩石等的电导率则更小。因此，电波在海面上传播损耗为最小，而在沙漠、岩石等地面上传播损耗则较大。地波信号是比较

43、稳定的，但亦会随着气候条件的不同而有些变化。一般来说，频率越高，地面的电导率越小，电场强度随距离的增加衰减就越快。地导系数（S/M）地面类型5海水10-2湿土壤、耕地、淡水10-3干土壤、粘土、森林、山区10-4花岗岩、干石子地、沙地10-5山区中的干冰河第69页/共97页3、地波区距离发射机很近的区域（陆地路径约几十km，海上200300km）,即使在夜间，地波也超过天波，接收场主要为地波，与昼夜时间无关且无衰落或变化很小。地波区是中波广播的主要服务区。白天由于天波很弱，地波工作区的大小主要决定于发射机功率的背景噪声，夜间则由于天波的干扰，地波工作区被限制在70150km以内，其距离大小将取

44、决于发射天线特性，频率和地面电特性，而与发射功率无关。在地波服务区，白天与夜间收听效果是不同的。因为在中波的各个频道上都非常拥挤，某个电台的地波服务区夜间虽不受自身天波的干扰，但可能要受到别的电台的天波干扰，因此在同一频道上夜间没有白天清静。第70页/共97页4、天地波干涉区在较大的距离上白天的传播是稳定的地波，夜间天波出现，而天波则在幅度和相位上都随时间有波动，因而在天、地波等场强区，两者互相干涉而产生衰落，传播质量极度恶化。（若此天波和地波来自同一发射台，二者场强相差不超过8dB），则天波和地波相互叠加，结果由于相位差不同，收听效果将因衰落太大而明显变坏。只有在两者相差8dB以上时，这种衰

45、落的影响才可以忽略。5、天波区在更远的距离上，地波场强已很小，白天天波也很弱，信号微弱；夜间天波则可能达到较高电平，因而昼夜变化强烈。同样，夜间的天波工作区，也将由于地波的干扰而位于一定距离以外。我们把从衰落区的终端开始向外，称为天波区。目前，由于电台数量激增，发射机功率不断加大，相互干扰日趋严重，一般说来天波已不能成为服务区，而只能形成对其它发射机的干扰。第71页/共97页6 6、地波基准场强的计算、地波基准场强的计算 地波基准场强可从CCIR等368-2号建议绘出的地波场强曲线求得。CCIR传播曲线系根据严谨的数学分析，对几个特定的地导系数和介电常数进行计算得出的。这组曲线的辐射源，为一输

46、入功率为1KW，位于完全导电地面上的短垂直天线。传播曲线是按均匀平滑地面与球面距离绘制的，各图上的A是无衰减的逆距离曲线，它在1KM处的场强值为3*105v/（109.5dB）。使用这组曲线的方法是从已知地面地导系数找出其中的某张曲线图，从该图上找出与工作频率相应的一条曲线。再从该条曲线上找出距离为（KM）处的场强dBv/m。CCIR地波传播曲线见图1至图6。)第72页/共97页返回第73页/共97页第74页/共97页第75页/共97页第76页/共97页第77页/共97页第78页/共97页图1是一张地面参数为=10-2s/m的地波传播曲线图，不过在其中加了一条天波传播曲线ES,其中已假定天线高

47、度为0.5。设发射机工作于700kHz，可以看出在比较近的距离上地波强于天波；在大约180KM处，天、地波场强相等；在更远的距离上，天波逐渐大于地波。在图1所示条件下，衰落区始端大约位于145KM，终端大约位于230KM处。图中斜线部分即为衰落区。地面参数、工作频率或天线高度改变时，衰落区的位置将有移动，但衰落区的存在不可避免。改变发射机的功率，衰落区不变，因为天、地波将以同等比例增减。第79页/共97页从发射机所在地到衰落区的始段，称为地波服务区。图1示出给定条件下这一区最边缘的场强为51.5dB。在更近的距离上，场强迅速升高，且传播稳定，可以得到比较高的接收质量。从衰落区的终端开始向外，称

48、为天波区。这一区里场强最高点大约出现在300KM左右，最大值约为49dB。再远处，场强逐渐减弱，但下降趋势比地波慢的多。因此天波可以达到较远的距离，但场强较低，且因天波传播本身具有衰落的特性，所以收听质量不佳。目前，由于电台数量激增，发射机功率不断加大，相互干扰日趋严重，一般说来天波已不能成为服务区，而只能形成对其它发射机的干扰。第80页/共97页7、最低可用场强当接收一个电台时，在不存在其他发射机的干扰的条件下，为克服自然噪扰和人为噪扰而得到所需的接收质量所必需的场强最小值，称为该电台的最低可用场强Emin。由于每个发射台的地理位置不同，因此每个台的最低可用场强并不相同。此外，噪扰随时间、季

49、节都不同，因此每个电台的值在不同的时间、季节也都有不同的值。第81页/共97页第82页/共97页为便于进行计算和国际间的协调，在中波范围内，对世界不同地区规定了公认的数值。图7示出了在第一区和第三区内按不同纬度划分为A，B，C三个小区（图中以点划线区分）。对于A，B，C三区分别规定了最低可用场强（1MH z时）如下：A区：+60 dB(v/m)B区：+70 dB(v/m)C区：+63 dB(v/m)对于1MH z以外的频率，Emin值还应参照图增加一个修正值(dB)，见图8。第83页/共97页最低可用场强Emin有称为“场强最小值”，或称为“受保护的场强最小值”。地波服务区中低于Emin值的部

50、分在任何情况下都不可能实现正常的接收，因此不能成为覆盖区。仍以图1为例,1KW发射机的覆盖区不能超过90公里。第84页/共97页8、干扰保护率在接收一个电台时，如果同时存在同频或邻频发射机，则会产生对欲收信号的干扰。在中波频段，干扰主要表现有两种：差拍声和串话。为克服这种干扰，也必须使欲收信号场强足够的大，满足干扰保护率的要求。射频干扰保护率为保证在接收机输出端的音频信号符合规定的音频干扰保护率所必需的最低射频信号干扰比。此值的确定，与两个发射机之间的频率差f、调制方式和深度、频偏和频率容限、音频带宽、动态压缩、接收机输入电平及接收机特性（例如选择性）等有关。同频道干扰保护率一般认为，把同频道