电波奇特的传播特性

二、电波奇特的传播特性

电波传播特性是了解无线电通信首先要知道的基本知识。电波研究和天线设计牵涉到深奥的电磁场理论和数理基础。1901年12月马可尼的一次试验使无线电波载着信息从英国传播到3000千米之外的北美纽芬兰，按照传统理论，越洋通信是不可能的，电波能够越洋这一现象促使许多科学家思考电波通过什么途径能翻山越岭，跨越大洋的？

古人说，天有九层，这不过是神话故事。宇宙浩瀚，无边无际。无数无线电爱好者努力探索电波传播及宇宙的奥秘，英国电气工程师亥维赛大胆地做出猜测：马可尼的无线电信号所以能绕地球弯曲传播，可能是大气层有带电粒子层的缘故，而这个带电粒子层，是由于太阳紫外线对大气层中空气的电离作用而产生的。

1921年，意大利罗马市郊发生了一场大火灾，一台功率只有几十瓦的业余短波无线电台发出呼救信号，目的是让附近的消防人员在收到信号后前往救援。出乎意料的是，这个呼救信号竟然被1500千米之外的哥本哈根（丹麦首都）的一些接收机收到了。当然哥本哈根的消防队对罗马的火灾只能望洋兴叹，但这一发现促使许多无线电业余爱好者进行类似的试验。

1924年，英国著名物理学家阿普尔顿，通过直接测量电离层的高度，最先证实电离层在高110～120千米的区域确实存在（E电离层）。由于这一突出贡献，1947年他荣获诺贝尔物理学奖。

现在人们知道得更清楚了，地球周围包裹有一层大气。它是由氮、氢、氧、二氧化碳及水汽、尘埃组成的。地球周围的天空真的是分成几层。最下面的是对流层，对流层（高度在10～12千米）是风、云、雨、雪的形成和变化的活动舞台，这里风云变幻、气象万千。再上面一层是平流层，平流层（高度在12～50千米）空气稀薄，没有水汽和微尘，是个风平浪静的区域。再上面一层是对无线电波传播特别有用的一层，叫电离层（高度在50～1000千米）。这里的大气因太阳辐射的X射线、紫外线发生了电离，变得神奇莫测。

客观存在的这个电离层，竟然会将地面发射的无线电波从天空反射回地面，甚至经多次反射，实现了洲际间的通信。科学家们开始认真研究电离层的结构、性质、变化规律对通信的影响。

地球上不同地方、不同时刻的电离层状态都是不一样的，并且每时每刻都在变化。在太阳出现黑子、试验核武器等特殊情况时，电离层变化更是巨大。为了掌握电离层实际变化的统计规律，无线电通信的科技工作者在地球上建立了大量的电离层探测站，分布在世界各地。我国在这方面也进行了大量的研究，分别在新乡、兰州、乌鲁木齐、海南等十多个地点设立了探测站，探测站每隔15分钟一次，向天空发射扫频电波，并接收反射回来的信号，把信号记录下来存储在计算机里，汇总到中心探测站，以便加以数据处理。多少年来，一年四季、日夜不断，记录了大量的数据资料。这些资料，记录了各地电离层状态变化的真实情况，供日后无线电通信可靠性分析和预测预报之用。

超短波电波虽然能穿过电离层，但其运行路径已经被扭曲，极化方向在旋转，接收到的信号表达的信息已严重失真，这对导弹发射、卫星升天及航天飞船的正常运行有很大的影响。我国在进行东风Ⅱ型导弹试验时，有一次出了问题。导弹发射正常，但遥测遥控信号中断，导弹不知飞到哪里去了。上级部门担心导弹会飞到国外去了，急于要找到它的下落。导弹工程研究人员根据导弹运行前段的已知轨迹，测算出它的落点。有关部门派飞机去找，结果找了许多天都不见踪影。后来研究电磁波与电离层关系的科技人员，根据大量的历史资料，计算出当时的导弹运行轨道的电离层模型。导弹研究人员考虑加上电离层的影响因素后，重新测算出落点。再派飞机去找，很快就找到了。电离层研究的重要意义不仅对通信十分重要，在这件找导弹下落的事情上也是立了大功的。

短波信道特性（多径效应、路径损耗、线路干扰等）与工作频率密切相关，因此对最佳工作频率的选择显得十分重要。

一个有趣的现象，如图2-3所示电波反射传播，随频率增高，射穿电离层的电波增多而反射回地面的电波减少。当频率高过某一最高频率地面几乎收不到信号了。

图2-3 电离层透射传播

总之，无线电波传播的方式主要靠空间波，不同频段的无线电波传播方式和特点是不相同的，有的利用直射波，有的利用反射波或散射波，有时用它们合成波。由无线电波形成的信道是较复杂的、多变的，但也有规律可寻。掌握了各地电离层状态变化的真实情况，就可以进行预测预报。