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发表于 2013-4-14 05:56
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地--电离层波导电波传播（radio propagation in the earth-ionosphere waveguide）
以低电离层下缘和地面为两壁，构成的同心球壳形波导，称为地--电离层波导, 在其中的电波传播称为地--电离层波导传播。长波以及波长更长的无线电波，当它们的辐射源处于地与低电离层之间时，辐射的电磁波能量，基本上限制在地--电离层波导中传播，能以较小的衰减绕过弯曲地面。它们的传播机理，可用“波跳”和“波导模”两种理论加以解释：“波跳”理论认为电波在地与低电离层之间是以地波和天波方式传播的，波的总场可表为地波与各跳天波的各场分量的级数和；“波导模”理论则认为电波在地--电离层波导之间的传播与微波在金属波导中的传播有些类似，波的总场可表为代表各阶波导模的各场分量的级数和。在某些情况下，两种级数和可以等效。考虑到级数解只有当它具有快收敛特性时才具有实用意义，因此，波跳理论多用于长波，波导模理论多用于甚低频、音频以及极低频的电波传播。
地--电离层波导的传播方式，用于远距离可靠通信、远距离无线电导航、标准频率与时间信号的广播以及对电离层的研究等。
极低频与音频电波传播（propagation of extremely low frequency (ELF) and voice frequency (VF) radio wave）
频率从30赫到300赫(波长从10000千米到1000千米)的无线电波称为极低频无线电波，频率从300赫到3000赫(波长从1000千米到100千米)的无线电波称为音频无线电波。此两频段的无线电波以横电磁(TEM)波模方式在地--电离层波导中传播，无多模干涉现象，传播衰减随频率降低而减小，在100赫左右时，衰减率仅有1~2分贝/千公里;可以穿透电离层以哨声模方式沿地磁力线在地面上的两个磁共轭点间多次往返传播，或偏离地磁力线在外层空间传播；在低频端，因波长可与地球周长相比，将产生地--电离层空腔谐振(舒曼谐振)现象。
这两频段的主要特点是：由于频率低，在海水中的衰减比其他频段都小，故透入海水最深，但是天线很大，设备很昂贵。音频电波可用于水下核潜艇的指挥通信；利用雷电辐射的音频电波，可以研究电离层与外层空间的结构。
甚低频电波传播（propagation of very low frequency (VLF) radio wave）
频率从3千赫到30千赫(波长从100千米到10千米)的无线电波称为甚低频无线电波或超长波。
在此频段内，辐射的电磁波能量，除了在低频端有一部分可穿透电离层以哨声模方式传播以外，基本上都限制在地面和低电离层下缘所构成的地--电离层波导之中，其传播机理多用波导模的概念来解释，但对高频端的近距离传播，用天、地波的概念有时也可得到有效解释。根据传播的不同特点，其全球性的作用区可分为四种传播区域：(1) 地波区；(2) 多模干涉区(在此区内同时存在几个模)。(3) 单模区(仅存在一个最低衰减模)。(4) 长短大圆路径干涉区(同时存在长、短大圆路径两种信号)。波导模的传播衰减率与相速取决于频率、地面电导率、太阳天顶角、传播方向与地磁场水平分量间的夹角、地磁纬度和太阳活动性等因素。
此频段的优点是：(1) 传播衰减小，作用距离远甚至达到全球；(2) 传播相位较稳定，且有良好的可预测性；(3) 受电离层扰动的影响小，传播情况稳定；(4) 透入海水能力较强。此频段的缺点是：(1) 因频率低，数据率比较低，通常约每分钟15~60个字；(2) 大气噪声干扰大；(3) 需要大的发射天线，设备较贵。
甚低频广泛应用于远距离的可靠通信(这时数据率低不是主要的，而可靠性是主要的)，还应用于远距甚至全球的无线电导航；标准频率和时间信号的广播；对水下潜艇的通信等。同时也可用于低电离层研究和雷爆定位等。
低频电波传播（propagation of low frequency (LF) radio wave）
频率从30千赫到300千赫（波长从10千米到1千米）的无线电波称为低频无线电波或长波。
长波以地波和天波两种方式进行传播，地波作用距离可达2000~3000公里，天波在白天经D层反射。而在夜间经E层反射，经一跳或多跳传播，作用距离可达几千公里以至上万公里。一般说，在200~300公里以内地波占优势，2000~3000公里以上天波占优势，在两者之间，天地波同时存在。在某些应用中，天波通常被视为有害干扰，但在此波段，可根据天地波脉冲相对时延，采用区分天、地波技术以排除天波影响。从而使地波作用距离得到充分的利用。
长波主要用于远距离精密无线电导航，标准频率与时间信号的广播、可靠通信、低电离层的研究等。
中频电波传播（propagation of medium frequency (MF) radio wave）
频率从300千赫到3兆赫（波长从1000米到100米）的无线电波称为中频无线电波或中波。
中波可以用天波和地波的方式传播。使用地波传播时，因为波长较短，地面损耗较大，绕射能力较差，所以传播的有效距离比长波近，但比短波远，一般为几百公里。又因中波的频率在电离层临界频率以下，电离层能反射中频天波，但白天因D、E层的吸收作用大，故天波不能有效反射；在晚上，D、E层的吸收显著减小，天波显著增强，且作用距离可大大超过地波。由于天、地波或各跳天波间的干涉，在夜间远距离上产生明显的衰落现象。中波电离层传播还存在独特的交叉调制效应。
中波主要用于近距离广播与无线电导航，535~1605千赫是国际规定的中波广播段。还可用它的交叉调制效应研究低电离层。
高频电波传播（propagation of high frequency (HF) radio wave）
频率从3赫到30兆赫（波长从100米到10米）的无线电波，称为高频无线电波，又称短波。
通常短波是经电离层的反射而到达地面。所以短波广泛应用于各种距离的定点通信、国际通信及广播、船岸间的航海移动通信和飞机地面间的航空移动通信等。
车辆移动电台和军用战术小型电台，也有用短波的地波传播方式通信的，因为短波段的地波，随距离增大而衰减很快，故只用于近距。
短波波段的优点：相对长、中波段而言，得到相同传输效果，其发射功率较小，设备较简单，成本较低。电波经电离层反射或电离层地面间多次反射，可实现远距离（数千到万公里）的通信。但是短波也有严重的缺点：（1）通信不稳定。国为电离层传播有跳距现象，选择工作频率时有最高可用频率的限制。为了适应电离层的日变化、季变化和11年太阳黑子周期的变化，必需在不同的时间选用不同的频率。如果通信距离较近（数百公里），还应考虑射仰角随电离层的变化。选频不适当和天线仰角不适当，常是通信中断的原因。电离层骚扰和核爆炸的影响，也可造成通信中断。（2）短波电台过分拥挤，互相干扰。这个由于历史造成的问题，日益严重。当前解决的办法是采用单边带制，并把不是必需在本波段的业务，移到别的波段去。（3）短波有严重的衰落，通常采用各种分集接收来克服。
甚高频电波传播（propagation of very high frequency (VHF) radio wave）
频率从30兆赫到300兆赫（波长从10米到1米）的无线电波，称为甚高频无线电波，又称米波或超短波。除了这频段的低端还有可能被电离层反射外（在太阳活动高年及Es层），一般来说，它将穿透电离层而不被反射。因此这一频电波主要传播方式是视线传播以及对流层和电离层的散射传播。在一定条件下，也可采用障碍绕射传播。这一频段主要应用于调频广播、电视广播、陆上移动通信、航空移动通信、海上移动通信、定点散射通信、雷达、射电天文学等方面。
微波传播（propagation of microwave）
频率从300兆赫到300千兆赫（波长从100厘米到1毫米）的无线电波（即分米波、厘米波及毫米波）称为微波。微波与其他频段的电波相比有如下的特点：微波天线的辐射波束可做得很窄，因而天线的增益较高，有利于定向传播。其次微波的频率很高，信道容量很大。这一波段的传播方式，主要是视线传播，低端部分也有用对流层散射传播的。
由于微波具有上述特点，目前应用的范围很广，如用于定点及移动通信、导航、雷达定位测速、卫星通信、中继通信、气象以及天文学方面等。 |
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