大连海事大学通信复试课件汇总

定义理想化电离层的等效介电常数
e
0
Ne 2
2m
Jv
eN
dz dt
Ne 2
2m
dE dt
JD
0
dE dt
JJDJv0 NhomakorabeaNe 2
2m
dE dt
e
0
Ne 2
2m
定义理想化电离层的相对等效介电常数
er
e 0
1
Ne 2
20m
m = 9.106 1031 kg，e = 1.602 1019 C， = 2f
E E0cos( t)
把上面微分E 式 E等0c号os两(边t)同时积分一次，eE整理m后ddt2可z2 得
dz dt
eE0
m
sin( t)
e
2m
dE dt
理想化电离层中自由电子定向运动形成运流电流。
在与速度方向垂直的单位横截面上，每秒钟通过的自
由电子总数为
N
dz dt
，因此运流电流密度为
理想化电离层Jv中的e位N移ddzt电流密N度2em2为ddEt
使气体的分子或原子发生电离的原因:
1、光致电离
2、碰撞电离
电离层中的自由电子浓度处于一种动态平衡状态。 电离层中不同位置的自由电子浓度不同。
在大气层较高处，虽然太阳辐射强烈，但气体稀薄， 因而自由电子浓度并不大。
在大气层较低处，虽然气体密度较大，但太阳光中的 紫外线经过较厚的大气层以后，其强度已大大减弱，因此 自由电子的浓度也不大。
理想化电离层中单频率电磁波的相位常数
0 e
c
n
c
1 81
N f2
相应的单频率电磁波的相速为
vp
c n
c
c
1 81
N f2
n
er
1 81
N f2
0 e
c
n
c
1 81
N f2
vp
c n
c
c
1
81
N f2
结论：理想化电离层的折射率 n，相位常数 和相速 vp 都
是电磁波频率 f 的函数，故理想化电离层是一种色散媒质。
在适当的高度上，自由电子的浓度最大。电离层出现 自由电子浓度最大值的高度不止一个。
依照出现自由电子浓度最大值的几个不同高度，把电 离层自下而上划分成 D 层、E 层、F1 层和 F2 层。
高度最低的 D 层只是白天存在，夜间就消失了。 白天存在时自由电子浓度最大值的高度为 70 km 左右。
E 层白天晚上都存在，自由电子浓度最大值的高度 约为 110 km。
与电场力 eE 的作用相比，磁场力 evB = evH =
evE/0 = eEv/c 的作用很小，可以忽略不计。
假设单频率电磁波的电场强度矢量 E 的极化方向沿 z
方向，质量为 m，电荷为 e 的自由电子在电场力 eE 的
作用下，将沿 z 方向发生定向运动，即
设瞬时电场的表达式为
eE
m
d2z dt 2
只能传播几十千米的距离。 短波无线电波的主要传播方式是天波传播。
天波传播：地面上的水平天线以一定的仰角把无线电波送 到电离层，在电离层中无线电波连续折射最后又反射回地 面的传播方式。
地球表面上方 60 km 到几百千米的大气层内，一些气 体分子和原子的电子与它们分离开来成为自由电子，而剩 余部分成为正离子。这一区域称为电离层。
JD
0
dE dt
E E0cos( t)
eE
m
d2z dt 2
dz dt
eE0
m
sin(
t
)
e
2m
dE dt
Jv
eN
dz dt
Ne 2
2m
dE dt
JD
0
dE dt
运流电流 Jv 的方向和位移电流 JD 的方向都沿着电场 矢量 E 的极化方向，所以总的电流密度为
J
JD
Jv
0
Ne 2
2m
dE dt
无线电波所携带信息的运动速度，即信号的速度，称
为群速。电磁波的群速可按下式计算
vg
d d
n
er
1 81
N f2
0 e
c
n
c
vp
c n
c
c
1
81
N f2
把相位常数表达式代入上式得
1 81
N f2
vg
d d
vg cn c
1
81
N f2
c
由于电离层的折射率 n < 1，电离层中电磁波的相速
0
1 36
109
F/m
er
1 81
N f2
比照理想介质，理想化电离层的折射率
n
er
1
81
N f2
er
e 0
1
Ne 2
20m
n er
er
1
81
N f2
1 81
N f2
理想化电离层可看成是折射率为 n 的理想介质。 电离层中电磁波的折射率 n < 1，与真空(空气)相比， 电离层为光疏媒质。
表 6-1-1 电离层各分层的高度范围和自由电子浓度
电离层的各分层
高度范围(km)
自由电子浓度的最大值 Nmax(1/m3)
D层
60 ~ 90
109 ~ 1010
E层
90 ~ 150
109 ~ 1011
F1 层 F2 层
150 ~ 200 200 ~ 500
1011 1011 ~ 1012
F1 层仅夏季白天存在，其他时间与 F2 层合为一层。 F1 层自由电子浓度最大值的高度约 200 km。
大于光速，但这仅是电磁波等相位面运动的速度，而代
表信号运动速度的群速才是电磁波能量运动的速度。
第 6 章 天波传播与短波天线
§6-2 天波传播的基本条件
一、电离层中电磁波的折射和反射 二、反射条件和正割定律 三、电离层的虚高与实高
一、电离层中电磁波的折射和反射
在下电离层中，自由电子的浓度基本上是自下而上逐 渐增大的。
F2 层自由电子浓度最大，各季节白天和晚上都存在。其 自由电子浓度最大值的高度约为 300 km，或者更高。
F2 层以下的区域称为下电离层，F2 层以上的区域称 为上电离层。
表 6-1-1 电离层各分层的高度范围和自由电子浓度
电离层的各分层
高度范围(km)
自由电子浓度的最大值 Nmax(1/m3)
D层
第 6 章 天波传播与短波天线
§6-1 电离层的电气特性 §6-2 天波传播的基本条件 §6-3 天波传播与无线电通信的关系 §6-4 短波双极天线 §6-5 短波天线的馈电
第 6 章 天波传播与短波天线
§6-1 电离层的电气特性
一、电离层简介 二、理想化电离层的电气特性
一、电离层简介
短波:工作波长范围是 10 ~ 100 m的无线电波。 短波无线电波以地面波的方式传播，衰减很快，最多
60 ~ 90
109 ~ 1010
E层
90 ~ 150
109 ~ 1011
F1 层 F2 层
150 ~ 200 200 ~ 500
1011 1011 ~ 1012
二、理想化电离层的电气特性
理想化电离层：电离层中自由电子浓度分布是均匀的，处
处为 N。 电磁波进入理想化电离层以后，电离层中的自由电子
在电磁波电场力和磁场力的作用下发生运动。