《电磁波—传输.辐射.传播》课件第6章.ppt

图6-44流星引起的散射脉冲信号到达地球大气层的流星粒子的速度范围为11.3～72km/s。它们在大气中运动时由于摩擦而强烈地发热，大约在90～110km的高度被烧毁。当流星粒子变成气体状态时，分解出大量的离子，形成细长柱形的电离遗迹。开始时遗迹并不大，大约不超过几十厘米。后来由于扩散，体积很快地增大。在空气流和风切变(指方向不定的强风)的作用下，起初是直柱形的遗迹会变形而扭曲。每昼夜大约有几亿个造成平均长度为25km电离遗迹的流星冲入地球大气层中。据估计，无线电波能分辨的单个电离遗迹是由半径大于0.008cm，重量超过10-5g的粒子所造成的。电离遗迹对电波的散射如图6-45所示。图6-45电离遗迹对电波的散射6.8波导传播当天线在显著分层的界面之间发射时，电波在突变面之间来回反射，最后使其中一部分电磁能量被约束在两个界面之间，并以一个确定的电磁场结构形式向前传播，这称为波导的波型传播。这种传播波型遵守的相位条件可由图6-46来说明。图上表示界面之间的横截面AB上的P点有一平面波沿θ方向传播。考虑到式(6-13),可把该平面波的空间相位变化写为 。这就是说，其相位变化有两个部分：一个是沿z轴方向(即传播方向)的，为 ；另一个是沿x轴方向(即垂直于界面)的，为图6-46波导传播的相位条件1.大气波导在本章6.6节讨论视距传播涉及到大气的折射影响时，我们曾经列出了如表6-6所示的各种折射类型。在此表中最末一行是折射指数随高度的升高而剧烈下降，以致于超过了每米-0.157的折射情况,它称为超折射，如图6-47所示。这时，发射角小于某一个临界的θ角的射线将会被弯折向下，在上、下边界之间来回反射，被约束在一定范围内形成波导传播，如图6-47中的2、3两条射线所示。图中，(a)表示地面波导，(b)表示离地的架空波导。射线1的发射角大于临界θ角，因而不被约束而逃逸出去。图6-47超折射(a)地面波导；(b)离地波导空气的水平移动引起温度逆变的情况如图6-48所示。在白天太阳照射时，陆地比海水热得快些。假定陆地上的空气团和陆地与海面的温度如图6-48所示。如果陆上被晒热的空气团在风的作用下移向海面，那么下面邻近海面的空气层较上面的冷一些，这就使海面上的气温随高度而增加，形成温度的逆变层。同时，从陆地上被风带去的空气比较干燥，而邻近海面的空气比较潮湿，结果在海面上形成湿度急剧下降的空气层。这两者结合就会在海面上产生无线电波超折射传播的大气波导。图6-48空气的水平移动引起温度逆变的情况第二种由辐射冷却而产生温度逆变的情况如图6-49所示。在一年内气温较高的半年中，在晴朗的夜间，白天被太阳晒热的地面大量散热，产生地面上的辐射冷却(如图6-49中箭头所示)。它使地面附近的空气层冷却得快些，而较高的空气层来不及冷却，因此造成温度逆变而形成超折射大气波导。图6-49由辐射冷却而产生温度逆变的情况由大气压缩形成温度逆变的情况如图6-50所示。在气象方向称为反气旋的区域中是高气压。在这种区域中空气的下沉运动伴随着压缩和发热升温。这时下层空气的温度和地面差不多，但比上层空气温度低。这种情况往往造成离开地面的架空温度逆变层，由此形成如图6-47(b)所示的离地波导。图6-50由大气压缩而产生温度逆变的情况大气波导的厚度范围最多有几百米，对于不同的厚度和金属波导的传输，一样也有一个临界波长，即满足前述波导波型传播条件的最大波长。最大波长在理论上的估算结果如表6－8所示。表6-8最大波长在理论上的估算结果2.长波与超长波的波导传播长波、超长波和极长波波段的划分如表6-9所示。表6-9长波、超长波和极长波波段的划分因为最低的电离层在白天距地面约70km(D层)，夜间距地面约100km(E层)。这一高度和表6-9中的波长比较不是很大，所以完全有可能在电离层与地之间，经过反射形成波导波型传播。就地面来说，导电性能较差的干土的相对介电常数εr=4，电导率的数量级为10-3S/m。已知长波的最短波长为1000m。由此可算出60λσ=60×103×10-3=604。可见，在这个波长，地面相当于良导体。就电离层来说，D层的电子密度最少,为108，由式(6-32)可知，其临界频率f0≈90kHz。它表明只有长波高频端超过90kHz时垂直投射才不反射。因此，对于长波和更长的波，电离层的显著反射是无疑的。波长越长(频率越低)，越难以进入电离层。因此，如果不限于研究地面附近的场而着眼于电离层与地面之间的传播