电波传播基础知识—无线电波传播方式

无线电波的传播方式

一、无线电波的传播方式

无线电波以每秒三十万公里的速度离开发射天线后，是经过不同的传播路径到达接收点的。人们根据这些各具特点的传播方式，把无线电波归纳为四种主要类型。

1）地波，这是沿地球表面传播的无线电波。

2）天波，也即电离层波。地球大气层的高层存在着“电离层”。无线电波进入电离层时其方向会发生改变，出现“折射”。因为电离层折射效应的积累，电波的入射方向会连续改变，最终会“拐”回地面，电离层如同一面镜子会反射无线电波。我们把这种经电离层反射而折回地面的无线电波称为“天波”。

3）空间波，由发射天线直接到达接收点的电波，被称为直射波。有一部分电波是通过地面或其他障碍物反射到达接收点的，被称为反射波。直射波和反射波合称为空间波。

4）散射波，当大气层或电离层出现不均匀团块时，无线电波有可能被这些不均匀媒质向四面八方反射，使一部分能量到达接收点，这就是散射波。

在业余无线电通信中，运用最多的是“天波”传播方式，这是短波远距离通信向必要条件。空间波和散射波的运用多见于超高频通信，而地波传播“般只用于低波段和近距离通信。

二、电离层与天波传播

1．电离层概况

在业余无线电中，短波波段的远距离通信占据着极重要的位置。短波段信号的传播主要依靠的是天波，所以我们必需对电离层有所了解。

地球表面被厚厚的大气层包围着。大气层的底层部分是“对流层”，其高度在极区约为九公里，在赤道约为十六公里。在这里，气温除局部外总是随高度上升而下降。人们常见的电闪雷鸣、阴晴雨雪都发生在对流层，但这些气象现象一般只对直射波传播有影响。

在离地面约10到50公里的大气层是“同温层”。它对电波传播基本上没有影响。

离地面约50到400公里高空的空气很少流动。在太阳紫外线强烈照射下，气体分子中的电子挣脱了原子的束缚，形成了自由电子和离子，即电离层。由于气体分子本身重量的不同以及受到紫外线不同强度的照射，电离层形成了四个具有不同电子密度和厚度的分层，每个分层的密度都是中间大两边小。

离地面50～90公里的称作口层。D层白天存在，晚上消失。D层的密度最小，对电波不易反射。当电波穿过口层时，频率较低的被吸收得较多。

90公里~140公里的是E层。通常情况下E层的密度也较小，只有对中波可以反射。在一些特定条件下，E层有可能反射高频率的无线电波。在盛夏或是隆冬，E层对电波的反射现象总是有规律地出现，你可以清楚地接收到远距离小功率电台发射的信号，而且可以发现可听别的范围是在有规律地变化。所以，爱好者们对这种不稳定的E层总是抱着极大的兴趣在进行观测研究。

高空200～300公里的是F1层，300～400公里是F2层。夏季以及部分春秋季的白天，F1层和F2层同时存在，且F2层的密度最大。到了夜晚，F1和F2合并成一个F2层，高度上升。F2层对电波的反射能力最强，它的存在是短波能够进行远距离通信的主要条件。

电离层示意阁请看图5．1。

2.电离层对电波传播的影响

人们发现，当电波以一定的入射角到达电离层时，它也会象光学中的反射那样以相同的角度离开电离层。显然，电离层越高或电波进入电离层时与电离层的夹角越小，电波从发射点经电离层反射到达地面的跨越距离越大。这就是利用天波可以进行远程通信的根本原出。而且，电波返回地面时又可能被大地反射而再次进入电离层，形成电离层的第二次、第三次反射，如图5．2所示。

由于电离层对电波的反射作用，这就使本来是直线传撇的电波有可能到达地球的背面或其他任何一个地方。电波经电离层一次反射称为“单跳”。

单跳的跨越距离取决于电离层的高度。

电波进入电离层的入射角度。电波进入电离层的入射角度取决于天线的结构和天线离地面的高度，而电离层的高度则与时间和季节有关。单跳距离的估算可以参照图．电离层对电波的反射作用和电波的频率以及电离层本身的密度有关，电波的频率越低越容易被反射：长波、中波、短波可以被反射，超短波、微波在一般情况下只能穿透电离层而不返回地面。电离层的密度越大对电波的反射作用越强：F2层的电子密度最大，它对电波的反射作用最大；凌晨时分电离层密度最小。只有低频卓的电波还有可能被反射。其余都穿透出去了。

电离层对无线电波有吸收作用，当电波进入电离层后，电离层内的自由电子受到电波的作用产生运动，与气体分子发生碰撞并消耗能量。这个能量是电波供给的，也即电波通过电离层时要消耗能量，这种现象称为电离层对电波的吸收。电离层对电波吸收作用的大小上要决定于电子密度和无线电波的频率，工作频个越低、电离层密度越大，吸收作用也就越大。所以从昼夜来说．白天比夜问吸收大；从季节来说．夏季比冬季吸收大。

由于电离层高度及密度的变化，由于电波在被反射过程中极化方向会发生旋转，接收到的信号强度会有或快或慢的周期性起伏变化，人们称之为“衰落现象”。

三、太阳黑子的影响

太阳黑子（Sunspot）的活动对电离层密度有着密切关系。黑子多的时候电离层密度大·因而短波的高频段要好用些；在黑子活动少的时候低频段好用些。当太阳黑于突然爆发时，会引起电离层的骚动，使短波通信中断。

太阳黑子的活动是有规律的。它以11年为一个周期，活动最利害的年份称太阳黑子高峰年，下一个高峰是在1989,1990年，最平静的时期是在其后的五年即1994～1996年。现在，正处于黑子活动的低谷时期。

怎样利用不同的业余波段

1．160米波段（1.8～2.0 MHz）

这是一个属于中波（MF）波段的业余频段。应该记往，业余无线电通信的前辈们就是从这些低频段开始为人类作出巨大贡献的。这个波段的电波以地波传播为主。

一般来说，地波传播的最大距离只有250公里，所以在太阳黑子活动的一般年份，这个频段只能用于本地、附近地区间的通信。但大量实践证明。在冬季黎明前一、两个小时内，在太阳落山前的一小时内，它有可能传播到几千公里以外的地方。

所以，国际上在每年的一、二月份都要为160米波段专门组织比赛，让热衷于这个波段通信的爱好得以大显身手。

各国对这个彼段的划分使用存在一些差别，如中国、美国、英国都是1.8～2.0MHz，澳大利亚是：1.8~1.860 MHz，而新西兰则分为1.803～1.813,1.875~1.900MHz 两段。

所以我们常需用“异频工作”方式来弥补各国规定上的不同，比如我们要和澳大利亚联络，就可在高于1.860 MHz 的频率上发射，而在低于1.860MHz的频率收听。

2， 80米波段（3．5～3．9MHz）

这是属于NF段中濒率最低的业余频段，也是一个最有利于初学者以较低的成本自制收发信设备的频段。和160米波段一样，它一般也是靠地波传插，晚上（一般要到零点以后）和邻近国家的联络比较有保障。在太阳黑子活动相对平静年份，晚上DX的效果相当不错，白天由于电离层的反射有时也能达到300公里远的地方。

应该了解，3.735 MH7，是国际规定的慢扫描电视（SSTV）信道。

80米波段和160米波段在夏季都会受到几百公里之内的雷电干扰以及非业余电台的干扰。

3， 40米波段（7.0～7.1MHZ）

这是一个专用的业余波段允：太阳黑子活动水平较低的年份，白天这个波段可以很好地用作国内或临近省份业余电台相互间联络。到了太阳黑子活动高峰年，就有可能只能和本地电台联络。晚上或是傍晚和清晨，在这个波段上可以联络列世界各地的电台。

各个国家对这个波段的规定也有所不同，比如美国可使用 7.0～7.3 MHz的范围，其中7.15～7.3 MHz 可以用话工作，而处于第二区的我国只能用 7.0～7.1 MHz，因此有时会要求在联络中使用异频工作的方式。

4． 20 米波段（14.0～14.35 MHz ）

这是爱好者使用最多的“黄金”频段之一，许多同家规定有了高等级执照才能在这个频段上工作。无论是白天还是晚上，甚至在太阳黑子活动的低峰期，也还能够用这个波段和世界各地联络。和前面介绍的波段不同，这个波段开始出现“越距现象”了。即出现了一个地波传播到达不了，而天波一次单跳义超越过去的电波无法到达的“寂静区”。这是天波传播的一个特别的现象。受越距现象影响，要是国内或邻近省份电台之间的联络，比如北京和天津等地，南京和苏州、上海等地在多数情况下,都不能用20米波段进行联络。但由于电离层是在不断变化之中，所以寂静区的范围不是固定个变的。

5．15米波段（21.0 ~ 21.45 MHz）

这是一个最热闹的波段，世界范围内大量的新手也都活跃在这个频段里。在太阳黑子活动的低潮期，15米波段可以很好地用于远程通信，即使是太阳黑子活动的低峰期，它也是比较可靠的。而15米波段常与20米波段相辅相成，比如在20米波段上与欧洲联络不好,这时15米却变得好起来。

15米波段的越距现象更加明显，尤其是在降冬和盛夏季节，听本省或国内电台是很困难的.这个波段上经常有许多小功率电台活动。如日本在21.210～21.440 MHz 中分配了24个频道专门供给5瓦以下的小功率电台使用。

6．10米波段（28．0～29，7MHz）

这是一个理想的低功率远距离通信波段，甚至在太阳黑子活动的高峰期也是如此。当这个频段开通时，传播情况比较好时能达到像打电话那样的通信效果。由于频率比较高，晚上电离层较小的密度己不能对其形成反射，所以这个频段的远程通信只能在白天。

10米波段的天线设备是整个短波中尺寸最小的，而传播过程中的绕射能力又比超短波强，所以许多爱好者在近距离上用这个波段进行移动通信。

在10术波段 28．0～28．2Mliz一般用电报，28.2～28．25MHz是世界热闹的10米波段业余无线电信标台（BEACON），28.25 MHz 以上一般由于话，而29.4～

29.5MHz是业余卫星通信用的频卒。

7． 6术波段（50～54MHz）

6米波段属于VHF（甚高频）频段，其传播方式接近于光波，在视距范围内能保证可靠的通信。许多国家建有爱好者共用的6米波段自动中转系统，如澳大利亚，爱好者利用它可以用手持式对讲机进行环澳洲通信。

在大量的通信试验中人们发现，6米波也可以进行远距离通信。比如，我国苏州市的爱好者就在这个波段，同澳大利亚等几十个国家的业余电台联络过；又比如，澳大利亚爱好者经常能在当地收到我国江苏电视台一频道的信号（48．5～56．5MHz）。

这是怎么事呢？这是因为在大气层底部的对流层中，各种气候现象产生了许多冷热气团的环流，而大气层上部的同温层却不受其影响。这种大气物理特性的不均匀改变了甚高频电波的方向，使其沿着对流层和同温层之间的“夹层”传向远方。这种现象被称为“大气波导”。在微波破段，电磁波的传输往往要用一一种叫“波导管”的器件。这种金属管内壁光亮如镜，电磁波在里面由管壁连续反射跳跃前进。

这和我们所说的“对流层传播”十分相似。当然，这种被称为“对流层传播”的现象是受气象影响的，因而每次的持续时间不会很长。

现代科学证明，在电离层E 层的底部会出现一些电子密度不均匀的区域，对于频率为40 至 60 MHz 的无线电波有较好的散射作用。它的作用距离达1000至2200千米，有衰落现象，但不受电离层骚扰影响。

现代科学还证明，每昼夜有数以千亿计的流星进入大气层。这些流星在80至120千米的高空烧毁，形成一条细而长的电离子气体柱并迅速扩散。这对于工作频率为20至100MHz的无线电波来讲，也是一良好的散射媒体。而已由于这种“流星余迹”的散射点高，作用距离可达2000千米以上。

多么诱人的DX传播条件！让我们一起努力实践，分享这些科学成果吧。

8。 2 米波段（144～148MHz）

这也是属于甚高频的波段，其传播更依赖于直接波：爱好者主要用这个波段进行本地区内的通信。许多国家在这个波段上建有一种叫“REPEATER”的自动差转系统，爱好者用手持机通过它的差转可进行远距离通信。我闰的BYIPK曾经利用这种装置，再通过国际长途转接，成功地进行过长城一一一BYIPK（北京大坛公园附近）～一美国之间手持对讲机和手持对讲机的联络试验。

2米波段和6米波段一样，也有着“不可思议”的近7000公里的远距离联络记录。

气候造成的空气团块或不同的气温层形成了“对流层传播”，而突发性E层也为之米波段远距离传播创造了条件。和6米波段相比，这个波段的对流层传播受气候变化影响更大，而利用突发性E层的可能性也更大一些。

2米波段是业余爱好者进行各种空间通信试验的常用波段：业余卫星的下行频率用的是这个频段，145。810和145．900MHz就是业余卫星“奥斯卡10号”的信标发射频率；利用月球反射进行通信的“EME”试验也有在2米波段上进行的，等等。

业余频段一直延伸到微波波段。微波有可能用于远程无线电通信吗？

业余爱好者的回答是肯定的。

为了开发利用更高频率的无线电波段，全世界的爱好者都在不懈地进行着探索。