第六讲 天波传播
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①日变化，日出之后各区电子浓度不断增加，到正 午稍后时分达最大值，以后又逐渐减小，D区深夜时消 失。一日之内，在黎明和黄昏时分，电子浓度变化最快。
②季节变化，这是由地球环绕太阳公转引起的。如 F1区多出现在夏季白天；F2区高度夏季高冬季低，而电
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电离层概况
电离层是地面上空大气层的一部分，它从60 km起 一直延伸到大约千余公里的高度，是由自由电子、正、 负离子和中性分子、原子组成的等离子体介质。
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School of Electronic Engineering
电离层概况
❖大气层的结构 ①对流层：离地面10~12km，大气相互对流 ②平流层：离地面10~60km，大气沿水平方向流动 ③电离层：离地面60~1000km，存在大量带电离子 ④磁层：电离层以上~几万km，存在着由带电离子组成
证实电离层电子浓度按高度有几个峰值区域，从低到高 分别称D区、E区、F1区和F2区，如图1所示。各区之间 没有明显的分界线，也没有非电离的空气间隙。每一区 都有一个电子浓度的最大值，整个电离层的最大电子浓 度区域在F2区，在此以上随着高度的增加电子浓度缓慢 地减少。
①D区，处于60~90km的高度上，最大电子浓度 Nmax≈2.5e9(电子数/m3)。随着夜晚的来临，游离源 （主要是太阳辐射）减弱，N逐渐减小，在黑夜中D区 几乎完全消失。
的两个辐射带 ❖电离层的形成原因
电离层主要是由于太阳中紫外线和X射线（主源）、 其他星体的紫外辐射以及宇宙射线中的高速粒子碰撞使 大气层中的气体分子电离，电离显著的区域即为电离层， 电离程度由电子浓度N（电子数/m3）来描述。事实上， 大气分子在不断地被游离的同时，自由电子和离子又不 断地复合成中性分子或原子，在动态平衡状态下的电子 浓度N值，是电离层的重要参数之一。
电离层概况
天波传播通常是指由高空电离层反射的一种传播方 式。长波、中波和短波都可以利用天波通信，其主要优 点是传输损耗小，便于利用较小的功率进行远距离通信。 但由于电离层是一种随机的、色散及各向异性的媒质， 电波在其中传播时会产生各种效应，如多径传输、衰落、 极化面旋转等，有时还会因电离层暴变等异常情况造成 短波通信中断。近年来，随着高频自适应通信系统的投 入使用，大大提高了短波通信的可靠性。 电离层的结构特点
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电离层概况
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图1 地面上空大气层概况
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电离层概况
❖电离层的分区 根据电离层观测站的观测以及利用先进的探空手段
而呈亮度较暗的斑点，一般成群 出现。太阳黑
图2 临界频率的季节变化
子数的最大年份，是太阳活动的高年，太阳辐射增强并
可喷射出大量带电粒子，电离层的电子浓度将明显增强，
尤其对F2区影响最大。
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数/m3)，其高度约为250~300km。F2区电子浓度白天大、
夜间减小，冬季大，夏季小。对电离层分层结构具体参数
可见表1。
表1 电离层各层主要参数
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电离层概况
电离层的变化 掌握电离层的特性及其变化规律是利用电离层对电
波起反射作用实现天波传播的基础。电离层作为一种随 机的、色散及各向异性的半导电媒质，其参数如电子浓 度、分布高度、电离层厚度等都是随机量，但其平均值 却有着明显的昼夜、季节、年变化的规律，称为正常变 化。此外，电离层还有不可预测的不规则变化，称为异 常变化，具有非周期性的随机特性。正常变化包括
电离层概况
电离层的异常变化主要包括电 离层骚扰和电离层暴。电离层 骚扰是当太阳耀斑爆发时，辐 射出极强的紫外线和X射线， 以光速传播到地球，当穿透高 层大气到达D区时，会使D区 电子浓度突然增大，增加了对 短波的吸收，可能造成短波通 信中断。由于耀斑爆发时间很 短，因此电离层骚扰持续时间通常为几分钟到几小时， 并且只发生在地球上的日照区。另外，在太阳耀斑爆发 时，还喷射出大量带电离子流，若进入电离层，会使电 离层的正常结构发生剧烈变动，称电离层暴变。此时F2 区受其影响最大，有时会使F2区电子浓度最大，有时却
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第六讲 天波传播
2012, Jun. 1
School of Electronic Engineering
内容安排
电离层概况 电波在电离层中的传播 短波天波传播 中波传播
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子浓度却冬季大夏季小，并在一
年的春分和秋分时节两次达到最
大值，如图2所示，其中图中的
纵坐标以临界频率fc标出。 ③随太阳黑子11年周期变化。
太阳黑子是指太阳光球表面经常
出现的黑斑，因比光球表面温度
（6000K）低2000~3000K，因
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②E区，发生在90~150km， Nmax≈2e11(电子数 /m3)较稳定地在110km处，夜间电子浓度降低。
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电离层概况
③F1区，经常出现在夏季白天、170~220km处，
Nmax≈2.5e11~4e11(电子数/m3)。夜间及冬季消失。 ④F2区，发生在225~450km，Nmax≈8e11~2e12(电子
②季节变化，这是由地球环绕太阳公转引起的。如 F1区多出现在夏季白天；F2区高度夏季高冬季低，而电
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电离层是地面上空大气层的一部分，它从60 km起 一直延伸到大约千余公里的高度，是由自由电子、正、 负离子和中性分子、原子组成的等离子体介质。
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电离层概况
❖大气层的结构 ①对流层：离地面10~12km，大气相互对流 ②平流层：离地面10~60km，大气沿水平方向流动 ③电离层：离地面60~1000km，存在大量带电离子 ④磁层：电离层以上~几万km，存在着由带电离子组成
证实电离层电子浓度按高度有几个峰值区域，从低到高 分别称D区、E区、F1区和F2区，如图1所示。各区之间 没有明显的分界线，也没有非电离的空气间隙。每一区 都有一个电子浓度的最大值，整个电离层的最大电子浓 度区域在F2区，在此以上随着高度的增加电子浓度缓慢 地减少。
①D区，处于60~90km的高度上，最大电子浓度 Nmax≈2.5e9(电子数/m3)。随着夜晚的来临，游离源 （主要是太阳辐射）减弱，N逐渐减小，在黑夜中D区 几乎完全消失。
的两个辐射带 ❖电离层的形成原因
电离层主要是由于太阳中紫外线和X射线（主源）、 其他星体的紫外辐射以及宇宙射线中的高速粒子碰撞使 大气层中的气体分子电离，电离显著的区域即为电离层， 电离程度由电子浓度N（电子数/m3）来描述。事实上， 大气分子在不断地被游离的同时，自由电子和离子又不 断地复合成中性分子或原子，在动态平衡状态下的电子 浓度N值，是电离层的重要参数之一。
电离层概况
天波传播通常是指由高空电离层反射的一种传播方 式。长波、中波和短波都可以利用天波通信，其主要优 点是传输损耗小，便于利用较小的功率进行远距离通信。 但由于电离层是一种随机的、色散及各向异性的媒质， 电波在其中传播时会产生各种效应，如多径传输、衰落、 极化面旋转等，有时还会因电离层暴变等异常情况造成 短波通信中断。近年来，随着高频自适应通信系统的投 入使用，大大提高了短波通信的可靠性。 电离层的结构特点
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图1 地面上空大气层概况
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电离层概况
❖电离层的分区 根据电离层观测站的观测以及利用先进的探空手段
而呈亮度较暗的斑点，一般成群 出现。太阳黑
图2 临界频率的季节变化
子数的最大年份，是太阳活动的高年，太阳辐射增强并
可喷射出大量带电粒子，电离层的电子浓度将明显增强，
尤其对F2区影响最大。
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数/m3)，其高度约为250~300km。F2区电子浓度白天大、
夜间减小，冬季大，夏季小。对电离层分层结构具体参数
可见表1。
表1 电离层各层主要参数
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电离层概况
电离层的变化 掌握电离层的特性及其变化规律是利用电离层对电
波起反射作用实现天波传播的基础。电离层作为一种随 机的、色散及各向异性的半导电媒质，其参数如电子浓 度、分布高度、电离层厚度等都是随机量，但其平均值 却有着明显的昼夜、季节、年变化的规律，称为正常变 化。此外，电离层还有不可预测的不规则变化，称为异 常变化，具有非周期性的随机特性。正常变化包括
电离层概况
电离层的异常变化主要包括电 离层骚扰和电离层暴。电离层 骚扰是当太阳耀斑爆发时，辐 射出极强的紫外线和X射线， 以光速传播到地球，当穿透高 层大气到达D区时，会使D区 电子浓度突然增大，增加了对 短波的吸收，可能造成短波通 信中断。由于耀斑爆发时间很 短，因此电离层骚扰持续时间通常为几分钟到几小时， 并且只发生在地球上的日照区。另外，在太阳耀斑爆发 时，还喷射出大量带电离子流，若进入电离层，会使电 离层的正常结构发生剧烈变动，称电离层暴变。此时F2 区受其影响最大，有时会使F2区电子浓度最大，有时却
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内容安排
电离层概况 电波在电离层中的传播 短波天波传播 中波传播
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子浓度却冬季大夏季小，并在一
年的春分和秋分时节两次达到最
大值，如图2所示，其中图中的
纵坐标以临界频率fc标出。 ③随太阳黑子11年周期变化。
太阳黑子是指太阳光球表面经常
出现的黑斑，因比光球表面温度
（6000K）低2000~3000K，因
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②E区，发生在90~150km， Nmax≈2e11(电子数 /m3)较稳定地在110km处，夜间电子浓度降低。
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电离层概况
③F1区，经常出现在夏季白天、170~220km处，
Nmax≈2.5e11~4e11(电子数/m3)。夜间及冬季消失。 ④F2区，发生在225~450km，Nmax≈8e11~2e12(电子