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第十一章 电波在电离层中的传播 第一节 电离层介绍 1. 电离层的结构和特点 ２．电离层的电特性 由于电离层中粒子之间的平均距离远小于波长，所以，电离层可看成一种媒质，具有等效电特性参数?r和?。 3. 地磁场对电离层的影响 地磁场产生原因：地球的自传在地核中所形成 的涡旋电流 地磁场的特点：1) 磁场南北轴线与地球南北轴线 间有一夹角，并在不断变化中； 2) 磁场强度也在不断变化。 电离层中的自由电子在地磁场的作用下，将作螺旋运动 第二节 电波在电离层中的传播 1. 电波在电离层中的传播速度 电波传播的相速和群速 相速：电波等相位面传播的速度 群速：能量传播的速度 电波在色散媒质和非色散媒质中传播的不同 电波在非色散媒质中传播时，相速与群速相等； 电波在色散媒质中传播时，相速与群速不相等。 信号在非色散媒质中传播时不会变形； 信号在色散媒质中传播时将变形。 在非色散媒质中，信号的传播速度等于相速； 在色散媒质中，信号的传播速度不等于相速。 2. 不考虑地磁场的影响时，电波在电离层中的传播 电波在单电离层中的折射 结论 波长小于7.5m的电波不能从电离层反射 波长大于19m的电波在任何入射角都能反射回来 波长在7.5m~19m范围内的电波只能在一定的入射角时才能反射回来，当入射角小于一定值时电波将穿透电离层 3. 各波段电波在电离层中的传播特性 超短波（1mmλ10m） 中波（100mλ1000m） 超长波（10kmλ100km）与极长波（100kmλ1000km） 中波白天穿过D层时，被全部吸收，因此白天不能由电离层反射。夜间D层消失，中波能由E层反射传播较远的距离。 E层 长波（1000mλ10000m） 电离层对长波来讲是良导体，长波可在由电离层和地表面组成的大气波导中来回反射而传播到很远的距离。 但长波在电离层中的反射损耗较大。 对长波来讲，接收点总的场强ER应是地波场强Eg和天波场强ES的矢量和。ER的幅值为： 的相位差 经验公式： 当f 50kHz，需考虑对流层不均匀性的影响 * 电离层： 指80~700km高度范围内自由电 子密度较高区域。 电离层的分层结构及其特点： 根据大气中自由电子密度的分布情况，电离层由下至上分为D、E、F三层。在夏季的白天，F层又分为F1和F2层。 各电离层分层的特点 １００～２００ 约５０ ２０～２５ １０ 半厚度 （ｋｍ） １０～１０３ １０４ １０５～１０６ １０６～１０８ 碰撞次数 （个／ｓ） ２００～３５０ 大约１８０ 大约１１０ 大约８０ 最大电子密度所在的高度 （ｋｍ） ８～２０?１０１１ ２ ～ ４?１０１１ 大约 ２?１０１１ 大约 ２．５?１０９ 白天最大电子密度（个／ｍ３） １７０以上 １６０～１８０ ９０～１６０ ６０～９０ 冬季白天高度（ｋｍ） ２２５～４５０ １７０～２２０ ９０～１６０ ８０～９０ 夏季白天高度（ｋｍ） F2层 F1层 E层 D层 电离层的变化： （１）电离层的规则变化：电离层的周期性重复变化 　一天中昼夜的周期性重复 　季节性的周期变化 　以约１１年为周期的太阳活动性的变化 一般用太阳黑子数R12表征太阳的活动性 （２）电离层的反常变化：电离层的非周期性的、不 　　　　　　　　　　　　可预测的不规则变化 　Ｅｓ层的出现 　　强烈的电离区，不定期出现，持续时间为几小时。对于电波传播来讲，有利有弊。 　电离层骚扰 　　太阳黑子耀斑爆发辐射出的极强的紫外线和x射线使电离层的D层电离程度加剧，增加对电波的吸收损耗，可使通信中断。但持续时间只有几分钟。 　电离层暴乱 　　太阳黑子耀斑爆发喷出的大量带电粒子使电离层的电子分布发生剧烈变动，持续时间长，危害最大。 当电波通过电离层时，在电离层中的麦克斯韦方程： 1）如果不考虑电子与其它粒子的碰撞，电场力所作的功全部转化为电子的动能，则 电离层具有理想电介质的特性 2）考虑电子与其它粒子的碰撞，电场力所作的功部分转化为电子的动能，部分转化为电离层的热能 设电子与其它粒子单位时间内的碰撞数为?，并认为电子在发生碰撞时，动能全部转移给别的粒子，则 其中， 对于一般的无线电波，有 有频率的量纲，所以令 称为等离子体频率 电子作圆周运动的频率称为磁旋频率，记作fH