1,电波和光波一样,有直射、折射和反射。光波和无线电波都是电磁波。
波的传输都是以一定的速度和角度,通过某些介质进行的,比如空气、水等,真空也算是一种介质。因为各种介质的密度不同,波在不同的介质中的传播速度是不同的,当波不是垂直地从一种介质进入另一种介质时,速度的改变会使波的传输方向改变,出现折射现象。比如一根筷子斜着插入水里,我们会看到筷子不是直的,而是突然弯折的。根据介质的不同,当波从一种介质以大于某个角度的射角进入另一种介质时,会发生反射。我们潜入水下时,我们只能看到头顶的一圈是亮的,出了这个圈就没有光线了;同样,当我们在水下放置一个物体时,你的观看角度大于某个值时,你就看不到它了,哪怕它是个发光的灯泡。
2,空气一般是不导电的,但是在某些情况下,空气是会导电的。如果我们把空气加热达到一定程度,空气原子中的电子获得了足够的能量,就会脱离原子核的控制,离开原来的轨道,到处乱跑(布朗运动的一种),形成自由电子,带上负电;而原子失去了电子,也成为了离子,带上正电。我们称为电离作用。电离后的空气就导电了,当大量的离子化空气聚集时,就像是一块铁板了,既能导电又能反射电波。 无线电波的传输特点。
1,无线电波的频率与波长。无线电波是一种交变电波,就像是一个石头丢进水里激起的水波一样。它每秒钟变化的次数就是频率(频率的单位是赫兹,即每秒变化多少次。如每秒变化一次为1赫兹,简称赫,符号Hz。1KHz=1000Hz,1MHz=1000KHz),每变化一次所走过的路程长度称为波长。因为无线电波和光波一样,在同种介质里的传播速度是一定的,比如在真空里是每秒30万公里。所以无线电波的频率越高,波长越短;频率越低,波长越长。这两个参数极为重要。就像一个人走路,当他的速度一定时,迈腿的频率越高,步幅(波长)越短;迈腿的频率越低,步幅越大。 电波每秒钟走过的距离除以频率就是波长。 比如无线电波在真空中的速度是每秒30万公里,即一秒内它走过30万公里。如果某个无线电波的频率是30000Hz,30万公里除以30000Hz,波长等于10公里,即10000米。
2,按照波长分类的无线电波。 无线电波基本的分类是按照波长来分。因为波长和频率相关,因此相对于波长也有对应的频率分类。粗略来讲无线电波分为:
超长波:频率范围是30~30 KHz赫,波长超过10000米。超长波也称甚低频波。
长波: 30-300 KHz ,波长10000-1000米。长波也称低频波。
中波:300-3000KHz,波长1000-100米。中波也称中频波。
短波:3-30MHz ,波长100-10米。短波也称高频波。
超短波:30-300 MHz,波长10-1米。超短波也称超高频波。
再往上还有分米波(如手机用的)、厘米波、毫米波。
3,无线电波的用途。
超长波,它是无线电波中波长很长的一种电磁波,特别适用于水下通信。活动于海面下的潜水艇,选用的通信频率就为55赫左右。
长波:主要用于报时、越洋通信、导航、气象预报等方面,在北极国家(如俄国)也用于无线电广播。
中波:主要用于导航与船舶通信,无线电广播。
短波:主要用于电话电报通信,无线电广播及业余无线电台。
超短波:主要用于调频广播、电视,雷达、导航传真、中继、移动通信等。
4,无线电波的传播方式。
无线电电波主要的传播方式有:直达式,地波式,天波式,散射式。
直达式:在发射和接收点之间通过空间传播直接到达,像手电筒照射那样。雨雪天对频率高的电波传输有衰减作用。
地波式:在发射和接收点之间通过地面的导电性传输电波。传播性能受地面导电性影响,水面的传输效果就比干的地面好。所以,通讯兵在开设电台时会尽可能接近江湖水面,加强地波传输。
天波式:在发射和接收点之间通过天上的电离层反射传输电波。
散射式:大气层对流层和电离层有不均匀性,电波有可能被这些不均匀媒质向四面八方反射,使电波到达视线以外的地方。比如利用流星余迹通信。
长波、超长波的近距离传播(300公里以内)主要是靠地波,远距离(大于2000公里)传播主要靠天波。
中波传播白天天波衰减大,被电离层吸收,主要靠地波传播,夜晚天波参加传播,传播距离较地波远。所以有时晚上中波可以收到远方电台,我在前几年就用矿石收音机收到过台湾的广播。
短波传播有地波也有天波。但由于短波的频率较高.地面吸收强烈,地表面波衰减很快。短波的地波传播最多只有几到几十公里。天波在电离层中的损耗却较少,所以短波常利用天波进行远距离通信和广播。
超短波传播基本靠直达式,散射也有。
二,地球的大气层。 接近地球表面的一层大气,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”。它的厚度不一, 其厚度在地球两极上空为8公里,在赤道上空为17公里,是大气中最稠密的一层。大气中的水气几乎都集中于此,是展示风云变幻的“大舞台”:刮风、下雨、降雪等天气现象都是发生在对流层内。 对流层上面,直到高于海平面50公里这一层,气流主要表现为水平方向运动,对流现象减弱,这一大气层叫做“平流层”,又称“同温层”。美国有一种飞机B-52,外号叫“同温层堡垒”。这里基本上没有水气,晴朗无云,很少发生天气变化,适于飞机航行。在20~30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。 对流层和平流层对无线电波传播没有什么重大影响。在50公里以上到500公里左右,就是电离层了,它和无线电通信密切相关。 离地面约50到400公里高空的空气很少流动。在太阳紫外线强烈照射下,气体分子中的电子就像被加热时那样,挣脱了原子的束缚,形成了自由电子和离子,即电离层。早期人们把整个电离层叫做“海氏层”,后来发现它是有几个不同的层组成的。由于气体分子本身重量的不同以及受到紫外线不同强度的照射,电离层形成了四个具有不同电子密度和厚度的分层,每个分层的密 度都是中间大两边小,有D、E、F层,F层又有F1层和F2层,对无线电通讯起重大作用的是F2层。 D层是电离层最低的一层,离地球表面50至100公里。这里主要是波长为121.5纳米的来曼-α氢光谱线的光电离一氧化氮。在太阳活动非常强烈时(超过50个黑子),硬X射线还可以电离空气中的氮气和氧气的分子。夜间宇宙射线造成一个剩余电离。这个层里离子对自由电子的捕获率比较高,因此电离效应比较低,从而它对高频无线电波没有影响。日间这里自由电子与其它粒子的碰撞率约为每秒1000万次。10MHz以下的电波会被D层吸收,随着电波频率的增高这个吸收率下降。夜间这个吸收率最低,中午最高。日落后这个层减弱非常大。D层最明显的效应是白天远处的中波电台收不到。 E层是中层,在地面上100至150公里。这里的电离主要是软X射线和远紫外线对氧气 分子的电离。通常情况下E层的密度也较小,只有对中波可以反射。对短波电波它有吸收的作用。E层的垂直结构主要由电离和捕获作用所决定。夜间E层开始消失,因为造成电离的辐射消失了,由于捕获在低处比较强,因此其高度开始上升。高空周日变化的风对E层也有一定影响。随着夜间E层的升高,电波可以被 反射到更加远的地方。 F层在地面以上150至超过500公里。在这里太阳辐射中的强紫外线(波长10至100纳米)电离单原子氧。F层对于电波传播来说是最重要的层。夜间F层合并为一个层,白天分为F1和F2两个层。大多数无线电波天波传送是F层形成的。在白天F层是电离层反射率最高的层。
三,短波传播与电离层。
短波是人类广播、通讯(特别是业余无线电爱好者)使用的主要波段。它其实包括了一个挺大的范围:从3-30MHz,波长为100-10米。低端到高端的传播特性有相当大的不同。短波当初是一个不被重视的波段,是被政府和商业遗弃的波段。因为当初大家都用地波和直达波传输无线电信号,短波这时的传播距离很短,没有实用价值。后来是业余无线电爱好者发现了短波的天波电离层反射式传输方式,用一个功率很小的发射机就可以实现几百上千公里甚至是越洋的通信。《永不消失的电波》是个真实的故事,当年李侠在上海用一台只有1、2瓦的电台维持了和千里之外的延安的通信畅通。为了表彰业余无线电爱好者的功绩,世界无线电管理部门专门划定了一些频率,给业余爱好者使用。
短波传播主要靠天波,短波电波在由空气进入电离层时,由于电离层的介质密度与空气不同,电波的速度会改变,在电波以一定角度射向电离层时,会产生折射和反射。电离层的E层和F层,对其传输影响最大。F层是起好的作用,把短波电波反射回地球。E层主要是坏的作用,即它会吸收短波电波。但是对短波的高低端情况是不一样的,短波的低端被吸收得多,高端被吸收的少。在白天,E、F层均会加强,于是短波低端被吸收,高端则吸收很少,穿出E层后在F层被反射回地面。晚上,E、F层都被减弱,短波高端被反射的大大减少,效果不如白天了;而短波低端的吸收少了,反射多了,总体的效果却好了。一般收音机的短波是接收短波的低端,所以晚上效果好。因为电离层始终处于变化中,反射电波并不稳定,所以短波的接收效果也是时好时坏,声音忽大忽小。
四,太阳黑子对短波传输的影响。
太阳黑子的活动对电离层密度有着密切关系。黑子多的时候电离层密度增大,E、F层都加强。E层对短波低端吸收作用更强,低端通讯越加困难。但是对于短波高端,E层的吸收作用对它不大,而加强了的F层能更好的反射电波,所以短波高端反而出现在黑子期白天通信效果更好了的情况。这对业余无线电爱好者是个极好的机会。当太阳黑子强烈爆发时,整个电离层可能遭到破坏,这时大部分通讯都会中断了。甚至GPS导航都会出乱。
注:本文章目的在于科普,,难免有错,敬请指导!
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