空间环境对无线电波传播的影响分析

空间环境对无线电波传播的影响分析
作者：崔川安
来源：《中国新通信》2012年第14期
【摘要】随着技术的不断进步和更新，无线电通信事业也得到了快速发展，特别是伴随着数字化、自适应及编码纠错等新技术的广泛应用，无线电通信的可靠性有了很大的提高。

由于无线电通信离不开电波的传播，而电波传播又与自由空间环境有着密切的关系，因此，本文试图从空间环境特别是电离层给无线电波的传播造成的影响方面入手进行分析，希望能为进一步提高无线电通信可靠性的相关研究提供参考。

【关键词】空间环境无线电波传播分析
无线电波的传播是指其通过介质和在介质的分界面中的路径，从发射点到接受点的全过程。

主要研究两个方面：一是电波传播的物理机制，包括吸收、折射、反射、绕射、散射、多普勒效应等，这些过程的形成由电波特性和环境特性决定；二是信号的传播特性，包括无线电信号在传播过程中的衰减、衰落、极化偏移和时域、频域畸变等效应。

这两个方面可以对信息传输的质量和可靠性产生重要的影响。

1无线电波传播的主要空间环境
无线电波传播的环境比较多，其中宇宙空间环境主要分为地球磁场和空间等离子体环境。

（一）地球磁场
地球的磁场对无线电波传播的影响不是直接的，但是它对无线电波传播也有着重要的影响。

地球的磁场分为内、外两种源场，内源场是指地球内部的基本磁场和地壳里的感生场。

外源场则是指地球附近电力体系构成的磁场。

（二）等离子体环境
1、电离层的等离子体环境
从通讯技术的发展历程来看，电离层的电子密度一直是影响通讯质量的重要因素。

现阶段，在研究中常常用到的都是简单的电离层模型，如抛物层模型和指数层模型等。

电离层为异性、有耗、不均匀与时变的传输介质，它能够使从中通过的电磁波产生变化。

2、星际与太阳附近的等离子体的环境
太阳风被研究者们称为“冷冻磁场”，而太阳风就是太阳喷射的等离子体流，这种磁场的强度由等离子体流和太阳之间的距离来决定的，等离子流体离太阳越远，磁场强度就越低。

这种磁场必然会对无线电波的传播产生影响，不过这种影响会根据太阳风的强度来确定。

3、地球磁层等离子体环境
磁层是近地空间与太阳风的过渡区，太阳风向磁层传输能量，然后再经过磁层的转换和输运，与电离层和热层相耦合，这样就会对近地环境产生影响，从而也就会对无线电波的传播带来影响，其影响程度由太阳风的能量决定。

2无线电波传播的特性
在真空中，无线电波的传播称为自由空间传播。

电波在自由空间传播时，其能量既不会被障碍物吸收，也不会产生反射或散射。

这是一种理想化的传播，提供了简化的计算条件，实际上电波是不可能在真空中传播的。

（一）扩散衰减
电波传播的特征主要是扩散衰减。

衰减是指距离辐射源的某个传播距离处功率的密度和单位距离处功率的密度的比，这个值与传播的距离的平方成反比关系。

（二）介质折射、吸收的衰减
无线电波传播的特性还有由介质的折射与吸收而造成的衰减，其中前者的衰减取决于折射率n，后者主要取决于吸收的衰减常数a。

下面的式子为这两者和f（频率）、μ（介质磁导率）、ε（介电常数）、σ（介质电导率）之间的函数关系。

ε0是自由空间的介电常数，N是电子的密度，V是电子和中性分子每妙的碰撞次数，e是电子的电量，m是电子的质量。

3空间环境对无线电波传播的影响
以上空间环境对无线电波的传播产生影响的程度不同，但是这些影响都与电离层的电子密度有关。

同时，我们也知道电离层的电子密度和太阳相对的位置有着密切的关系。

所以，在天际的通讯中，太阳的位置及其输送的能量对无线电波的传播有着巨大的影响。

下面重点分析两种影响无线电传播的因素。

（一）电磁波的折射率
在介质中，电磁波的传播速度v同ε和μ相关，我们又知道n=μrεr姨，这一公式就体现出了电波传播特性和介质折射率有着很大的关系，因此我们可以从分析介质折射率去得出无线电波传播受到的影响，经过各项研究得出，不均匀的折射率会损耗天线指向、聚焦和散焦。

（二）电离层闪烁
无线电波在穿过密度不均的电离层时，其幅度、极化状态、相位以及到达角都会发生变化，这种现象就叫做电离层闪烁。

它主要表现在信号电平快速起伏方面，信号峰的起伏能够达到1至10dB，持续时间为几分钟或者是几小时。

其闪烁的程度就是在一定时间内接受的功率标准偏差和平均的接受功率之间的比例关系，即是
结束语
在无线电通信领域，电离层对人类经济活动具有重大意义，涉及的应用包括广播、无线电导航、雷达定位等方面，受影响的波段从极低频直至甚高频。

因此，目前对影响无线电波传播的因素进行研究的方向，也主要体现在对电离层的研究上，以便于充分利用无线电波传播特性，开发高质量的通讯产品，从而更大地方便人们的生活。

参考文献
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[2]王树奇，房涛，郭枳彤等.矿井有限空间无线电波传播特性研究. //陕西省通信学会2009年学术年会论文集.2009:66-69
[3]刘瑞霞.基于信息栅格的电波环境数据库系统.同济大学软件学院，2007。