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”。