无线电波传播 第八讲 2 电离层中的电波传播PPT课件
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无线电波原理PPT课件
电
线
通
信
1
整体概述
概述一
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概述二
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概述三
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2
3
4
无线通信的概念
利用电磁波的辐射和传播，经过空间传送信息的 通信方式称为无线电通信，简称无线通信。
我们身边有哪些无线通信应用
5
无线通信的发展
1837年 莫尔斯电码
1876年 贝尔发明了电话
厘米波 (SSW)
毫米波 (ESW)
１０ ~ １００m １ ~１０
m
１０ ~ １００cm
１~ １０cm 1 ~10mm
3 ~3０M 30 ~300M 300MHz~3G
3 ~3０G 30 ~300G
高频 （HＦ）
甚高频 （ＶHＦ） 特高频 （ＵＨＦ）
超高频 （ＳＨＦ）
极高频 （ＥＨＦ）
广播、通信
电视广播、调频广 播、雷达
26
慢衰落
慢衰落（阴影衰落） 由于建筑物、地形起伏等障碍物对传播路径的阻挡，
在障碍物后面会形成“阴影区”，造成接收信号强 度缓慢变化，称为慢衰落。克服方法主要是加大发 射功率，增加接收灵敏度。
27
多普勒频移
当接收端与发射端之间存在相对运动时，接收端接收到 的信号频率与发射端的信号频率不相同，这种现象称为 多普勒效应，接收频率与发射效率之差称为多普勒频移。
红外线
X射线
射线
可见光 紫外线
f(Hz)104 105 106 双绞线
107
108
109 1010 卫星
1011 1012 1013 1014 1015 1016 光纤
线
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无线通信的概念
利用电磁波的辐射和传播，经过空间传送信息的 通信方式称为无线电通信，简称无线通信。
我们身边有哪些无线通信应用
5
无线通信的发展
1837年 莫尔斯电码
1876年 贝尔发明了电话
厘米波 (SSW)
毫米波 (ESW)
１０ ~ １００m １ ~１０
m
１０ ~ １００cm
１~ １０cm 1 ~10mm
3 ~3０M 30 ~300M 300MHz~3G
3 ~3０G 30 ~300G
高频 （HＦ）
甚高频 （ＶHＦ） 特高频 （ＵＨＦ）
超高频 （ＳＨＦ）
极高频 （ＥＨＦ）
广播、通信
电视广播、调频广 播、雷达
26
慢衰落
慢衰落（阴影衰落） 由于建筑物、地形起伏等障碍物对传播路径的阻挡，
在障碍物后面会形成“阴影区”，造成接收信号强 度缓慢变化，称为慢衰落。克服方法主要是加大发 射功率，增加接收灵敏度。
27
多普勒频移
当接收端与发射端之间存在相对运动时，接收端接收到 的信号频率与发射端的信号频率不相同，这种现象称为 多普勒效应，接收频率与发射效率之差称为多普勒频移。
红外线
X射线
射线
可见光 紫外线
f(Hz)104 105 106 双绞线
107
108
109 1010 卫星
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电波传播2
6
§5.4 天波传播
无线电波在电离层中的传播
为简化讨论，做如下假设：
电离层为各向同性媒质； 电子浓度N只是高度h的一元函数； 在各区电子浓度最大值附近，N（h）近似为抛物线 状
7
§5.4 天波传播
反射条件
不考虑地磁场影响时，εr是一个标量
εr = 1−
80.8 N 80.8N f2
（1）
通常认为磁导率为μ0 ，故电离层的相对折射率
15
§5.4 天波传播
对某一通信电路而 言，可能存在的传 播模式是与通信距 离、工作频率、电 离层状态等因素有 关的。 通常，若通信距离 小于4000km时主 要传播模式为1F 型
图5-11 多跳传播
表5-2 何种距离可能存在的传输模式
16
§5.4 天波传播
对于一定的通信距离即使是单一传输模式，一般也 存在着两条传播路径，其射线仰角分别为 ∆1 和 ∆ 2 ， 低仰角射线由于以较大的入射角投射电离层，故在 较低的高度上就从电离层反射下来，而高仰角射线 由于入射角小，则需要在较大的电子浓度处才得以 反射回来 以上现象说明，对一定的传播距离而言，可能同时 存在着几种传输模式和几条射线路径，这就是短波 通信中的多径传输效应。接收点场强则是这些射线 的场强之和
r
5
§5.4 天波传播
实际上电离层的电子浓度是随距地面的高度不 σ 同而变化的，因此其等效电参数 ε r ， 随高度变 化，电离层呈现不均匀的性质 由于气体分子的湍流以及电离源的随机变化， 使电子浓度有小尺度的起伏，因此电离层的等 效电参数具有随机过程的性质 电离层是一个色散、各向异性、随机的、时空 变化的半导电媒质。严格地说，它也是一种非 线性媒质
图5-13 天波传播路径的几何关系
§5.4 天波传播
无线电波在电离层中的传播
为简化讨论，做如下假设：
电离层为各向同性媒质； 电子浓度N只是高度h的一元函数； 在各区电子浓度最大值附近，N（h）近似为抛物线 状
7
§5.4 天波传播
反射条件
不考虑地磁场影响时，εr是一个标量
εr = 1−
80.8 N 80.8N f2
（1）
通常认为磁导率为μ0 ，故电离层的相对折射率
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§5.4 天波传播
对某一通信电路而 言，可能存在的传 播模式是与通信距 离、工作频率、电 离层状态等因素有 关的。 通常，若通信距离 小于4000km时主 要传播模式为1F 型
图5-11 多跳传播
表5-2 何种距离可能存在的传输模式
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§5.4 天波传播
对于一定的通信距离即使是单一传输模式，一般也 存在着两条传播路径，其射线仰角分别为 ∆1 和 ∆ 2 ， 低仰角射线由于以较大的入射角投射电离层，故在 较低的高度上就从电离层反射下来，而高仰角射线 由于入射角小，则需要在较大的电子浓度处才得以 反射回来 以上现象说明，对一定的传播距离而言，可能同时 存在着几种传输模式和几条射线路径，这就是短波 通信中的多径传输效应。接收点场强则是这些射线 的场强之和
r
5
§5.4 天波传播
实际上电离层的电子浓度是随距地面的高度不 σ 同而变化的，因此其等效电参数 ε r ， 随高度变 化，电离层呈现不均匀的性质 由于气体分子的湍流以及电离源的随机变化， 使电子浓度有小尺度的起伏，因此电离层的等 效电参数具有随机过程的性质 电离层是一个色散、各向异性、随机的、时空 变化的半导电媒质。严格地说，它也是一种非 线性媒质
图5-13 天波传播路径的几何关系
电离层无线电波传播
电离层无线电波传播dianliceng wuxian dianbo chuanbo电离层无线电波传播radio wave propagation in the ionosphere无线电波在电离层中传播的规律及其应用的研究，早先着重于电波在电离层F2层电子密度峰值以下区域的传播问题，人造卫星上天以后，扩展到穿越整个电离层区域的传播规律问题。
基本理论电离层由自由电子正离子负离子、分子和原子组成，是部分电离的等离子体介质。
带电粒子的存在影响无线电波的传播，其机制是带电粒子在外加电磁场的作用下随之振动，从而产生二次辐射，同原来的场矢量相加，总的效果表现为电离层对电波的折射指数小于1。
由于自由电子的质量远小于离子的质量,一般电子的作用是主要的，只要考虑电子就够了。
但如电波频率较低而接近于离子的等离子体频率时，离子的影响也不能忽略。
由于地磁场的存在，带电粒子也受它的影响，所以电离层又是各向异性的（见磁离子理论）。
电离层的形成和结构特性是受太阳控制的，因此它既随时间又随空间变化。
在这样复杂的介质中，分析无线电波传播问题必须建立相对简化的物理模型并根据电波的频率采用相应的理论和方法。
对于电离层电波传播，介质的折射指数是一个最根本的参数，实验证明相当有效。
为人们普遍接受的磁离子理论表达的折射指数的公式称为阿普尔顿-哈特里公式,它是电离层电子密度和电波频率的函数，所以又被称为色散公式，而电离层则是一种色散介质。
对于短波和波长更短的电波传播问题，可以采用近似的射线理论，对长波和超长波则一般需要采用波动理论，有时可将地面和电离层底部之间看作一个同心球形波导。
折射和反射电离层的折射指数主要取决于电子密度和电波频率，电子密度愈大或电波频率愈低，折射指数愈小。
因为电离层的折射指数小于1,电波在电离层中受到向下折射，在垂直投射的情况下，折射指数等于零时，电波不能传播，产生“反射”。
在一定值的电子密度情况下，使折射指数为零的频率称为电波的临界频率，在地磁场的影响可以忽略时，这一频率就等于电子的等离子体频率。
《电波传播》PPT课件
0.2
0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
/ (°)
200 180 160 140 120 100 80 60 40 20
0 0
H3.0
V3.0
10 20 30 40 50 60 70 80 90
/ (°)
(a)
(b)
干土的反射系数
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25
当Δ很小时，将 r 2H1H2 代入下式
F02
1 3
F12
（5）
，根据定义，有
F00.577F10.577
d1d2
d
（6）
由上式可见，当距离d一定时，波长愈小，则传播主区
的半径愈小，菲涅耳椭球区也就愈长，最后蜕化为一直线，
这就是几何光学中“光线沿直线传播”的证明
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1144
地面对电波传播的影响
地质的电特性：介电常数，电导率，磁导率 地球表面的物理结构：地形起伏、植物以及人为建
(12)
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28
【例】 某通信线路，工作波长λ=0.05m，通信距离 d＝50km,发射天线架高H1=100m。若选接收天线架 高H2=100m，在地面可视为光滑平面地的条件下， 接收点的E/E1=？今欲使接收点场强为最大值，调整 后的接收天线高度是多少（应使调整范围最小）？
解 地面反射波与直接波之间的相位差为
| E/ E1 | | E/ E1 |
2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 d/ 104 m
(a)
1.8 1.6
1.4 1.2
1
0.8
0.6
0.4
第3章-电离层电波传播
2 2
第3章 电离层电波传播 地磁场的影响：
FB ev B0
– 电场方向与地磁场方向一致 则FB=0，地磁场对电子运动不产生任何影响 – 电场方向与地磁场方向垂直 则FB值最大，电子将围绕地磁场的磁力线作圆周运动。
若ω=υ， 则电离层的电导率最大， ω>>υ和 ω<<υ时，电导 率很小，近似为0 。 频率越高，电导率越小。 D层：υ=106-107次/秒 E层：υ=105次/秒 F层：υ=102-103次/秒 800km：υ=1次/秒 D层电导率最大，E层次之，电离层吸收损耗主要由D层引 起，有时称D层、E层为吸收层。
电波传播与散射
第3章 电离层电波传播
第3章 电离层电波传播
电离层电波传播(Ionospheric Radio Propagation)
– 无线电波在电离层中的传播 • 天波传播(Sky Wave Propagation):经电离层反射后到达接收 点的传播 • 电离层散射传播 • 流星余迹散射传播
3.1 电离层概况 3.2 无线电波在电离层中的传播 3.3 短波天波传播 3.4 中波和长波电离层传播
第3章 电离层电波传播
3.1.3 电离层的等效电参数 – 无规则热运动 – 外电场作用作简谐运动 – 碰撞导致吸收损耗 –电离层的等效电参数
•有耗等离子体的复相对介电常数 r r j 0 •如何求解εr和σ？
H j 0 E J e r E j 0
2
电波传播与散射
第3章 电离层电波传播 电离层的规则变化 • 日夜变化:正午稍后时分达到最大值，到拂晓时各层的电子 密度达到最小，黎明和黄昏时分，电子浓度变化最快。夜 间D层消失，E层变低、密度减小，F层合并且浓度降低。 • 季节变化：一般夏季的电子密度大于冬季，但F2层例外。 • 随太阳黑子11年周期的变化：黑子数目增加，各层电子密 度增加，F2层受太阳活动影响最大。
第3章 电离层电波传播 地磁场的影响：
FB ev B0
– 电场方向与地磁场方向一致 则FB=0，地磁场对电子运动不产生任何影响 – 电场方向与地磁场方向垂直 则FB值最大，电子将围绕地磁场的磁力线作圆周运动。
若ω=υ， 则电离层的电导率最大， ω>>υ和 ω<<υ时，电导 率很小，近似为0 。 频率越高，电导率越小。 D层：υ=106-107次/秒 E层：υ=105次/秒 F层：υ=102-103次/秒 800km：υ=1次/秒 D层电导率最大，E层次之，电离层吸收损耗主要由D层引 起，有时称D层、E层为吸收层。
电波传播与散射
第3章 电离层电波传播
第3章 电离层电波传播
电离层电波传播(Ionospheric Radio Propagation)
– 无线电波在电离层中的传播 • 天波传播(Sky Wave Propagation):经电离层反射后到达接收 点的传播 • 电离层散射传播 • 流星余迹散射传播
3.1 电离层概况 3.2 无线电波在电离层中的传播 3.3 短波天波传播 3.4 中波和长波电离层传播
第3章 电离层电波传播
3.1.3 电离层的等效电参数 – 无规则热运动 – 外电场作用作简谐运动 – 碰撞导致吸收损耗 –电离层的等效电参数
•有耗等离子体的复相对介电常数 r r j 0 •如何求解εr和σ？
H j 0 E J e r E j 0
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电波传播与散射
第3章 电离层电波传播 电离层的规则变化 • 日夜变化:正午稍后时分达到最大值，到拂晓时各层的电子 密度达到最小，黎明和黄昏时分，电子浓度变化最快。夜 间D层消失，E层变低、密度减小，F层合并且浓度降低。 • 季节变化：一般夏季的电子密度大于冬季，但F2层例外。 • 随太阳黑子11年周期的变化：黑子数目增加，各层电子密 度增加，F2层受太阳活动影响最大。
电波传输PPT学习教案
D层是一个损耗层，不仅会造成短波的严重衰减，对中波也会产生 强烈的吸收。白天由于D层的存在，中波的天波能量几乎完全被吸 收而无法建立传播电路。
第18页/共97页
E层：E层的最大电离出现在地面高度为110km处，和D层一样， 电离也是从日出时开始到中午前后达到最大，此后该层逐渐衰变， 日落之后只有很小的浓度。E层的电子浓度小于F层，大于D层， 不能有效和稳定地反射频率高的短波频率，但在夜间可以比较稳 定地反射频率较低的中波频率，是中波天波的主要反射层。 从日出开始到中午前后E层电离密度较大，可反射1.5MHZ以上的 频率。
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2.电离层对电波传播的影响
⑴ 电离层对电波的能量有吸收作用 ⑵ 电离层对电波能量的吸收与电子浓度和中性分子密度有关 ⑶ 电离层对电波能量的吸收与其频率的高低有关
第21页/共97页
电离层对电波的能量有吸收作用
无线电波在电离层传播过程中将引起衰减。衰减的主要机 制是电离层中的自由电子受电波力作用而产生振荡，电子与重 粒子发生碰撞时电子取自电波的能量发生迁移。以后，在场力 作用下开始新一轮振荡。这种不断反复的过程使电波能量受到 吸收衰减，这种现象称为电离层的吸收。
第3页/共97页
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2、空间波传播
空间波传播是指发射的电磁波，经空间以直线的方式直接到达接 收点，以及经地表面反射后到达接收点的传播方式。这种空间波 的传播，由于受地球曲率半径的影响，传播距离较近，一般仅数 十公里，基本与视线范围相同（视距传播），因而天线架得越高， 通信距离就越远。
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电离层对电波能量的吸收与电子浓度和中性分子密度有关
电离层电离密度大时，单位体积内的自由电子的数目就多，其它 粒子的密度也大，则自由电子和其它粒子碰撞的机会就多，吸收就 大，反之，吸收就小。
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E层：E层的最大电离出现在地面高度为110km处，和D层一样， 电离也是从日出时开始到中午前后达到最大，此后该层逐渐衰变， 日落之后只有很小的浓度。E层的电子浓度小于F层，大于D层， 不能有效和稳定地反射频率高的短波频率，但在夜间可以比较稳 定地反射频率较低的中波频率，是中波天波的主要反射层。 从日出开始到中午前后E层电离密度较大，可反射1.5MHZ以上的 频率。
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2.电离层对电波传播的影响
⑴ 电离层对电波的能量有吸收作用 ⑵ 电离层对电波能量的吸收与电子浓度和中性分子密度有关 ⑶ 电离层对电波能量的吸收与其频率的高低有关
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电离层对电波的能量有吸收作用
无线电波在电离层传播过程中将引起衰减。衰减的主要机 制是电离层中的自由电子受电波力作用而产生振荡，电子与重 粒子发生碰撞时电子取自电波的能量发生迁移。以后，在场力 作用下开始新一轮振荡。这种不断反复的过程使电波能量受到 吸收衰减，这种现象称为电离层的吸收。
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2、空间波传播
空间波传播是指发射的电磁波，经空间以直线的方式直接到达接 收点，以及经地表面反射后到达接收点的传播方式。这种空间波 的传播，由于受地球曲率半径的影响，传播距离较近，一般仅数 十公里，基本与视线范围相同（视距传播），因而天线架得越高， 通信距离就越远。
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电离层对电波能量的吸收与电子浓度和中性分子密度有关
电离层电离密度大时，单位体积内的自由电子的数目就多，其它 粒子的密度也大，则自由电子和其它粒子碰撞的机会就多，吸收就 大，反之，吸收就小。
无线电波传播 第八讲 1 电离层中的电波传播
L nds 0
A
B
二、几何光学近似解
1、几何光学的几个基本结论
（1）在均匀介质中光是沿直线传播的；
（2）光从光源发出后彼此独立传播；
（3）遵守反射定律和折射定律。
2、垂直入射时的几何光学近似解
（1）假设 a) 介质是均匀的，且在辐射区。 b) 介质是水平分层的 （2）几何光学近似解 由假设a）可知电场和磁场满足
Radio Wave Propagation
无线电波传播 第八讲
电离层中的电波传播1
几何光学近似解
等效定理
垂直传播的几个问题
§6.1 几何光学近似解
一、费马原理
1、概念
（1）几何光学（射线理论）
它不求解电波的参数A、f、φ，而通过求n、 R、L来研究介质中波的传播。
运用Maxwell Eq. + 介质特性 质中的传播规律。
dn 3） 不能有突变。 dz
四、几何光学近似解的物理意义
在几何光学近似情况下，当电波在电离层 中传播时，其波场振幅与(1／n)1/2成比例，如果 我们忽略在各个薄层界面上的多次反射，几何 光学近似解就代表了透射场的波。
§6.2 等效定理
以0角斜入射到电离层的电波的反射条件为
r sin 0
2
因此
3 2 dn 1 1 d n 2 2 n n k0 n 2 4 2 dz dz
2
2
1 dn 2 2 k0 n 2 n dz
2
0 1 dn 1 2 2 n dz
可见，几何光学近似解的适用条件是： 1）高频电波；
2）n 较大；
2 2 2
代入到波动方程中，有
d d 2 2 k0 n j 2 dz dz
第十一章__电波在电离层中的传播
Ez, t Eme
Em
j 0t k 0 z
其中，Em为信号的平均振幅，
0
0
A e
dk j 0 z t d 0
d
Em随着时间和空间的改变而改变。但在
当将电离层看成理想介质时
Zm
nn n3
n2 n1 n0
N z n r 1 80.8 2 f
N Nm
n1 n2 nn
根据折射定律，有
i1 i0 i1 n1
n0 n1 i1 i0
当 n随高度增加时，路径向上弯曲； 当 n随高度减小时，路径向下弯曲。
n0 sin i0 n1 sin i1
dV eE m mV 在正弦稳态场中， E jVm mV e dt eE V jm m
e H j0 E Ne jm m E
2 Ne 1 j0 1 j E jm 0 2 Ne j 2 j0 1 2 E jm 0 Ne 2 Ne 2 j0 1 j 2 2 m 0 m 0 2 2 ' j0 r E
n0=1
电波在单电离层中的传播路径
nn n3 n2 n1 n0
路径方向的改变发生在in=90°的时候
2) 电波从电离层反射回来的条件
n0 sin i0 n1 sin i1 nn sin in
N z 令 in 90 则 sin i0 nn 1 80.8 2 f
大约８０
大约 ２１０１１
大约１１０
２ ～ ４ １０１１
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6
Ionogram’s characteristics
7
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
9
三、垂直电离图分析
1、模型法（比较法）
以抛物模型为例。
• 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
2、空间分辨率与频率分辨率
• 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.
16
3、顶部电离层图
17
（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)
14
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。
15
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。
18
（2）谐振
等离子体谐振 磁回旋谐振
1
f p 2
Nee2
0me
fH
1
2
eB0 me
上混合谐振
fUH RfT fp2fHe2
Nm Ne Nm
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
10
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
Radio Wave Propagation
无线电波传播 第八讲
电离层中的电波传播2
垂直传播的几个问题（垂测、电离图分析、顶测）
斜向传播（传输曲线、平面抛物层中的斜传播） 几个概念（哨声、法拉第旋转、电离层闪烁）
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总体概述
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11
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）
12
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
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2
§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
3
2、频高图
h'~ f的函数 曲线称为频高图。
4
Ionospheric Station of Gibilmanna
Latitude 37.9 N XXXX Longitude 14.0 E Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV)
5
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.
• 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.
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.
h(
f
p
)
2
2 0
h'
(
f
p
sin)d
（6-41）
arcsinf fp
13
（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）
Ionogram’s characteristics
7
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
9
三、垂直电离图分析
1、模型法（比较法）
以抛物模型为例。
• 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
2、空间分辨率与频率分辨率
• 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.
16
3、顶部电离层图
17
（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)
14
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。
15
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。
18
（2）谐振
等离子体谐振 磁回旋谐振
1
f p 2
Nee2
0me
fH
1
2
eB0 me
上混合谐振
fUH RfT fp2fHe2
Nm Ne Nm
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
10
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
Radio Wave Propagation
无线电波传播 第八讲
电离层中的电波传播2
垂直传播的几个问题（垂测、电离图分析、顶测）
斜向传播（传输曲线、平面抛物层中的斜传播） 几个概念（哨声、法拉第旋转、电离层闪烁）
标题添加
点击此处输入相 关文本内容
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总体概述
点击此处输入 相关文本内容
11
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）
12
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
点击此处输入 相关文本内容
2
§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
3
2、频高图
h'~ f的函数 曲线称为频高图。
4
Ionospheric Station of Gibilmanna
Latitude 37.9 N XXXX Longitude 14.0 E Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV)
5
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.
• 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.
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.
h(
f
p
)
2
2 0
h'
(
f
p
sin)d
（6-41）
arcsinf fp
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（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）