无线电波传播第八讲2电离层中的电讲义波传播
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无线电波传播第八讲2电离层中的电波传播
精品jing
§6.3 垂直传播中的几个问题
二、电离层垂直探测
1、探测原理
1) 0 点为反射点 2) 与N, f 等量有关 3) h' 1 c
2
4)h'~ f
2、频高图
h'~ f的函数 曲线称为频高图。
Ionospheric Station of Gibilmanna
hmYm h2
或
2
Ne Nm
1 hmYm h
N m : 最大电子浓度 h m : 最大电子浓度对应的高度 Y m : 层的半厚度
由推导的结果可得：
hmh' f0.83f4c
以及
hm
1 2
Ym
h'(0.648 fc )
1 hm 2 Ym h' (0.925 fc ) 即
Y m h '(0 .92 fc) 5 h '(0 .64 fc)8
h(
f
p
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
)
2
2 0
h'
(
f
p
sin)d
（6-41）
arcsinf fp
（2）克尔索（Kalso）方法
令 02h'(fpsin)d h'(fpsini) i i i 取 0 到 π/2内的多个间隔时，多项式
有最佳近似。
引入 fi fpsini
得到
1 n
h(fp)n i1 h'(fi)
（6-42）
• The frequencies at which this occurs are called the critical frequencies. The critical frequency of each layer is scaled from the asymptote, and the virtual height of each layer is scaled from the lowest point on each curve
• The upwardly curving sections at the beginning of each layer are due to the transmitted wave being slowed by, but not reflected from, underlying ionisation which has a plasma frequency close to, but not equal to the transmitted frequency. For frequencies approaching the level of maximum plasma frequency in a layer, the virtual height tends to infinity, because the pulse must travel a finite distance at effectively zero speed.
Nee2
0me
磁回旋谐振
fH
1
2
eB0 me
上混合谐振
fUH RfT fp2fHe2
§6.4 斜向传播
斜向传播——无线电波以同垂直方向成一定角 度（非零）斜向入射到电离层后的传播称为斜向 传播。
可用频段——能利用电离层进行斜向传播的无 线电波的频率范围。其上限由电离层的最大电子 密度决定，下限由D区吸收、噪声电平和干扰等 因素决定。
再由公式
N e42 e 2 0 m efp 2 1 .2 4 110 0 fp 2 [m 3 ]
计算出Ne随高度的变化值，即得到电离层 的电子浓度剖面。
例：用直接反演法求电子浓度。
四、顶部电离层探测
1、顶部电离层探测的内容
主要探测电离层峰到卫星（或火箭）探测器之间 的空间的电子浓度分布。
2、空间分辨率与频率分辨率
Characteristics
• Each ionospheric layer shows up as an approximately smooth curve, separated from each other by an asymptote at the critical frequency of that layer.
• 近地轨道上卫星的水平速度近似为5－10km/s • 脉冲重复频率为30Hz的顶探器，在两脉冲之间时 间间隔内可移动160－330m.
3、顶部电离层图
（1）低截止频率与等离子体频率的关系
o波
f p fos
x波
fp fxs(fxsfH)
z波
fp fzs(fzsfH)
（2）谐振
等离子体谐振
1
f p 2
Ionogram’s characteristics
例：设电离层中，对于h > h0 的高度处的等离子
体频率为fp2= (h-h0)， 是常数，试计算出电离
层的虚高h‘，真高hr和相 高hp，并比较它们的大 小。
相高 < 真高 < 虚高
三、垂直电离图分析
1、模型法（比较法）
以抛物模型为例。
Nm Ne Nm
6 Nmax
跳距、高／低角射线
5 4
电离层
3
2
1
T 跳距
一、传输曲线
Latitude 37.9 N XXXX Longitude 14.0 E Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV)
This page reports the real time ionograms recorded in Gibilmanna by the new Advanced Ionospheric Sounder (AIS). The critical frequency foF2 and MUF(3000)F2 are scaled by Autoscala program. The AIS and Autoscala were developped at the INGV. This page is updated every 15 minutes.
2、直接积分法
（1）积分反演表达式
h'(f)
hr 0
'dh(fp)
（6-38）
h'( f ) hr
hr 0
('
1)dh(
f
p
)
hr
Nr 0
'1
dN
dN
dh
（6-39）
可将 μ’ 的主要特性表示为：
'
M1Ne
Nr
1
2
（6-40）
通常M=1，这时，方程（6-38）是阿贝尔方 程，其解是
精品jing
§6.3 垂直传播中的几个问题
二、电离层垂直探测
1、探测原理
1) 0 点为反射点 2) 与N, f 等量有关 3) h' 1 c
2
4)h'~ f
2、频高图
h'~ f的函数 曲线称为频高图。
Ionospheric Station of Gibilmanna
hmYm h2
或
2
Ne Nm
1 hmYm h
N m : 最大电子浓度 h m : 最大电子浓度对应的高度 Y m : 层的半厚度
由推导的结果可得：
hmh' f0.83f4c
以及
hm
1 2
Ym
h'(0.648 fc )
1 hm 2 Ym h' (0.925 fc ) 即
Y m h '(0 .92 fc) 5 h '(0 .64 fc)8
h(
f
p
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
)
2
2 0
h'
(
f
p
sin)d
（6-41）
arcsinf fp
（2）克尔索（Kalso）方法
令 02h'(fpsin)d h'(fpsini) i i i 取 0 到 π/2内的多个间隔时，多项式
有最佳近似。
引入 fi fpsini
得到
1 n
h(fp)n i1 h'(fi)
（6-42）
• The frequencies at which this occurs are called the critical frequencies. The critical frequency of each layer is scaled from the asymptote, and the virtual height of each layer is scaled from the lowest point on each curve
• The upwardly curving sections at the beginning of each layer are due to the transmitted wave being slowed by, but not reflected from, underlying ionisation which has a plasma frequency close to, but not equal to the transmitted frequency. For frequencies approaching the level of maximum plasma frequency in a layer, the virtual height tends to infinity, because the pulse must travel a finite distance at effectively zero speed.
Nee2
0me
磁回旋谐振
fH
1
2
eB0 me
上混合谐振
fUH RfT fp2fHe2
§6.4 斜向传播
斜向传播——无线电波以同垂直方向成一定角 度（非零）斜向入射到电离层后的传播称为斜向 传播。
可用频段——能利用电离层进行斜向传播的无 线电波的频率范围。其上限由电离层的最大电子 密度决定，下限由D区吸收、噪声电平和干扰等 因素决定。
再由公式
N e42 e 2 0 m efp 2 1 .2 4 110 0 fp 2 [m 3 ]
计算出Ne随高度的变化值，即得到电离层 的电子浓度剖面。
例：用直接反演法求电子浓度。
四、顶部电离层探测
1、顶部电离层探测的内容
主要探测电离层峰到卫星（或火箭）探测器之间 的空间的电子浓度分布。
2、空间分辨率与频率分辨率
Characteristics
• Each ionospheric layer shows up as an approximately smooth curve, separated from each other by an asymptote at the critical frequency of that layer.
• 近地轨道上卫星的水平速度近似为5－10km/s • 脉冲重复频率为30Hz的顶探器，在两脉冲之间时 间间隔内可移动160－330m.
3、顶部电离层图
（1）低截止频率与等离子体频率的关系
o波
f p fos
x波
fp fxs(fxsfH)
z波
fp fzs(fzsfH)
（2）谐振
等离子体谐振
1
f p 2
Ionogram’s characteristics
例：设电离层中，对于h > h0 的高度处的等离子
体频率为fp2= (h-h0)， 是常数，试计算出电离
层的虚高h‘，真高hr和相 高hp，并比较它们的大 小。
相高 < 真高 < 虚高
三、垂直电离图分析
1、模型法（比较法）
以抛物模型为例。
Nm Ne Nm
6 Nmax
跳距、高／低角射线
5 4
电离层
3
2
1
T 跳距
一、传输曲线
Latitude 37.9 N XXXX Longitude 14.0 E Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV)
This page reports the real time ionograms recorded in Gibilmanna by the new Advanced Ionospheric Sounder (AIS). The critical frequency foF2 and MUF(3000)F2 are scaled by Autoscala program. The AIS and Autoscala were developped at the INGV. This page is updated every 15 minutes.
2、直接积分法
（1）积分反演表达式
h'(f)
hr 0
'dh(fp)
（6-38）
h'( f ) hr
hr 0
('
1)dh(
f
p
)
hr
Nr 0
'1
dN
dN
dh
（6-39）
可将 μ’ 的主要特性表示为：
'
M1Ne
Nr
1
2
（6-40）
通常M=1，这时，方程（6-38）是阿贝尔方 程，其解是