短波傳播基礎(chǔ)

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1、短波傳播基礎(chǔ)文：DennisJ.Lusis,W1LJ/DL譯：BD6ABPdeBY6DX在業(yè)余無線電的眾多話題中，可能沒有其它話題能像電磁波傳播這樣吸引人，也沒有其它話題能像電波傳播這樣困擾著新手了。傳播，就是指信號(hào)是如何從一個(gè)電臺(tái)傳到另一個(gè)電臺(tái)的。無論你怎么看待傳播這一問題，它對(duì)于我們所做的每一個(gè)QSO——不管是本土的聊天，還是與稀有的DX電臺(tái)通聯(lián)——總是一個(gè)最基本的問題。了解無線電波如何傳播的基礎(chǔ)知識(shí)會(huì)使你對(duì)這一業(yè)余愛好越發(fā)感興趣并樂在其中。本文將向你介紹短波傳播的主要模式。而VHF和UHF傳播則是完全不同的主題了。地波與天波不管你使用哪種天線，從天線發(fā)

2、射出的無線電波可以大致分為兩類——地波與天波。簡單地說，地波就是沒有離開底層大氣直接從發(fā)射機(jī)到達(dá)接收機(jī)的電波（圖1）。舉個(gè)例子，在HF波段，當(dāng)你與鄰近城市的電臺(tái)進(jìn)行聯(lián)絡(luò)時(shí)就是利用地波傳播。遠(yuǎn)達(dá)50英里的業(yè)余無線1電通聯(lián)都可以利用地波。然而，業(yè)余無線電臺(tái)能夠建立全球范圍的通聯(lián)，靠的是天波。顧名思義，天波就是不沿著地球表面?zhèn)鞑サ牟?；天波向天空傳播，離開地球表面（圖1）?？吹竭@里，你可能會(huì)問，我們?cè)趺茨芾孟蛴钪婵臻g傳播的信號(hào)進(jìn)行聯(lián)絡(luò)呢？畢竟我們的接收機(jī)都是在地球上的呀！原因其實(shí)很簡單——電波總會(huì)以某種辦法回到地表被我們的接收天線捕獲。是什么東西“說服”了我們的信

3、號(hào)，使它返回地面呢？幸運(yùn)的是，在上層大氣中，有一個(gè)區(qū)域可以很好地（有時(shí)也不是太好?。┩瓿蛇@一任務(wù)。這一個(gè)區(qū)域被稱為“電離層”，而正是因?yàn)樗拇嬖谖覀儽仨氉⒁饫斫釮F傳播的基本機(jī)制。圖1地波與天波的一個(gè)例子電離層的性質(zhì)電離層得名于“離子”這一術(shù)語。離子是一自由電子或其它帶電的微粒。在大氣層中，在離地面大約25到250英里之間的區(qū)域會(huì)發(fā)生電離現(xiàn)象。在這一區(qū)域里氣壓很低，離子在發(fā)生碰撞重新形成不帶電的原子之前，可以自由地行進(jìn)一段相當(dāng)長的時(shí)間。當(dāng)無線電波進(jìn)入電離層時(shí)，電波的傳播路線會(huì)由于“折射”現(xiàn)象而被改變（圖2）。在適合的條件下，電波可以有足夠的轉(zhuǎn)向回到地表，這樣

4、電波就可以被地面上的電臺(tái)接收到了。大氣電離的主要原因是由于來自太陽的紫外線輻射。因此，太陽的活動(dòng)情況對(duì)傳播起著非常重要的作用。稍后我們還會(huì)討論我們所關(guān)心的幾個(gè)太陽活動(dòng)指標(biāo)。圖2在一定的條件下，入射電離層的電磁波可以被折射回來，路徑發(fā)生改變。這樣在地面上就可以聽到入射電離層的信號(hào)?？赡苓@個(gè)信號(hào)來自幾千英里外的發(fā)射天線。離子“蛋糕層”通過對(duì)電離層的進(jìn)一步了解，我們知道電離層是由幾層一定濃度的離子層一層一層疊起來的，每一層都與地表的曲面同心。在每一層中，中心處的密度最大，越往邊緣密度越低（圖3）。但是，電離層的電離度是一直變化著的，這既有一日內(nèi)的變化，也有季節(jié)間的

5、變化，同時(shí)太陽的活動(dòng)狀況以及其它一些因素也會(huì)引起電離層電離度的變化。這些變化直接導(dǎo)致了HF傳播的不停變化，這經(jīng)常使很多老練的操作員都感到沮喪。每一層都不相同雖然電離層中的每個(gè)子層都是由自由的離子組成，但各層之間的相似性（起碼對(duì)于我們的目的來說）就只有這一點(diǎn)了。這個(gè)“蛋糕”的每一層都有獨(dú)特的性質(zhì)，而且你可能會(huì)對(duì)它們對(duì)傳播的影響感到驚訝。電離層的最底層稱為D層。這一層位于距地表37到57英里處（圖3）。D層只存在于白天，通常在日落后30分鐘內(nèi)消失。由于它離地表很近，所以D層位于大氣層中密度相對(duì)較高的位置。在這一層中，離子經(jīng)常會(huì)發(fā)生碰撞并重新組合成中性的粒子，因此

6、，這一層在黑暗中會(huì)迅速消失。D層對(duì)火腿們來說不是特別有用。這一層并不折射或傳遞信號(hào)，而是吸收了信號(hào)中的很大一部分。穿過濃密的D層的電磁波會(huì)碰到相當(dāng)多的離子，并使它們運(yùn)動(dòng)起來。因此，電磁波中的很大一部分能量都在轉(zhuǎn)換為動(dòng)能或熱能的過程中消耗掉了。因?yàn)殚L的波前會(huì)比短的波前讓更多的離子獲得動(dòng)能，我們可以推論在D層中，隨著信號(hào)頻率的降低，更多的信號(hào)能量會(huì)被吸收（圖4）。另外，電磁波進(jìn)入D層的角度對(duì)能量的吸收程度也有影響。垂直入射的電磁波路程最短，因此吸收也最??；以低仰角發(fā)射的電磁波在D層中傳播的路徑要長得多，因此吸收會(huì)大些。由于D層中這些因素的影響，白天中160、80

7、和40米波段只適于短距離通信。在晚上，D層消失，這些波段經(jīng)常可以進(jìn)行幾千英里的DX通信。而在20米及以上波段，D層的日間吸收并不顯著，這是高波段上白天也可以進(jìn)行DX通信的部分原因。D層上面的電離層是E層，這也是支持無線電波傳播的最低一層電離層。E層位于距地表62到71英里處，其性質(zhì)與D層相似。例如，E層電離度最高的時(shí)候出現(xiàn)在當(dāng)?shù)貢r(shí)間下午前后，而電離度會(huì)在日落后迅速下降。在E層電離度最高的時(shí)候（中午），這一層會(huì)吸收低波段電磁波的部分能量，但沒有D層吸收得多。還有一個(gè)有趣的現(xiàn)象值得注意：X射線和進(jìn)入大氣層的流星也會(huì)引起E層的電離。另外，在E層中，也會(huì)發(fā)生VHF傳

8、播，稱為“偶發(fā)E層傳2播”。但這已超出本文的討論范圍