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关于电离层_百度文库

归档日期:07-04       文本归类:非电离层      文章编辑:爱尚语录

  关于电离层_天文/地理_自然科学_专业资料。关于电离层:短波无线电远程通信依赖于高空电离层反射的天波路径,了解电离层的生成、结构和变化规 律,了解电离层不同时段对不同频段的短波段电波的反射规律,对短波无线电通信有至关重要的意义。 由 于太阳紫外

  关于电离层:短波无线电远程通信依赖于高空电离层反射的天波路径,了解电离层的生成、结构和变化规 律,了解电离层不同时段对不同频段的短波段电波的反射规律,对短波无线电通信有至关重要的意义。 由 于太阳紫外线照射、宇宙射线的碰撞,使地球上空大气中的氮分子、氧分子、氮原子、氧原子电离,产生 正离子和电子,形成所谓电离层,其分布高度距地面几十公里至上千公里。电离层中电子密度呈层状分布, 对短波通信影响大的有 D 层、E 层、F1 层、F2 层,各层的中部电子密度最大,各层之间没有明显的分界 线。 各层的电子密度 D〈 E〈 F1〈F2 ):由于电离层的形成主要是太阳紫外线照射的结果,因此电离层的电子 密度与阳光强弱密切相关,随地理位臵、昼夜、季节和年度变化,其中昼夜变化的影响最大。 D 层:高度 60—80 公里,中午电子密度最大,入夜后很快消失; E 层:高度 100—120 公里,白天电子密度增加,晚上相应减少; F1 层:高度 180 公里,中午电子密度最大,入夜后很快消失; F2 层:高度 200—400 公里,下午达到最大值,入夜逐渐减少,黎明前最小。 电离层对电波的折射和反射: 电离层可看成具有一定介电常数的媒质,电波进入电离层会发生折射。折射率与电子密度和电波频率有关。 电子密度越高,折射率越大;电波频率越高,折射率越小。电离层电子密度随高度的分布是不均匀的,随 高度的增加电子密度逐渐加大,折射率亦随之加大。可以将每一层划分为许多薄层,每一薄层的电子密度 可视为均匀的。电波在通过每一薄层时都要折射一次,折射角依次加大,当电波射线达到电离层的某一点 时,该点的电子密度值恰使其折射率为 900,此时电波射线达到最高点,尔后沿折射角逐渐减小的轨迹由 电离层深处折返地面。当频率一定时,电波射线入射角越大,则越容易从电离层反射回来。当入射角小于 一定值时,由于不能满足 900 的折射角的条件,电波将穿透电离层进入太空不再返回地面。当入射角一定 时,频率越高,使电波反射所需的电子密度越大,即电波越深入电离层才能返回。当频率升高到一定值时, 亦会因不能满足 900 折射角的条件而使电波穿透电离层进入太空,不再返回地面。 电离层对电波的吸收: 当电波通过电离层时,电离层中的自由电子在电波的作用下作往返运动,互相碰撞,消耗能量。这部分能 量来自电波,此为电离层对电波的吸收。吸收的大小主要与电子密度和电波频率有关。电子密度越高、电 波频率越低,吸收越大,反之则低。当吸收大到一定程度时,电波强度将不能满足短波接收机的信号/噪声 比要求,导致通信中断。 地域的影响 中国幅员辽阔、物藏丰富,经纬度跨度大,南端与北端气候温度差异大,电离层电子浓度总含量极不均匀; 东端和西端相差经度大约 61 度虽然中国全都在使用北京时间, 但是各地的日出日落时间均不一致通讯时间 上会有时差;中国矿藏丰富,但某些金属矿藏和磁性矿藏对短波频率会有致命性的吸收和消耗。 短波天波通信的频率选择与预测: 由于电离层的高度及电子密度主要随日照强弱昼夜变化,因此工作频率的选择是影响通信质量的关键性问 题,若频率太低,则电离层吸收增大,不能保证必须的信噪比,若频率太高,电波不能从电离层反射回来。 一般来说,选择频率应考虑以下原则: (1)不能高于最高可用频率:当通信距离一定时,可以被电离层反射回来的最高频率叫最高可用频率。很 明显,通信频率不能高于最高可用频率,否则电波将穿出电离层。最高可用频率与电子密度有关,电子密 度越大,最高可用频率越高。电离层电子密度主要随时间变化,所以最高可用频率也随之变化。其次,对 一定电离层高度而言,通信距离越远,则电波入射角也就越大,就是说最高可用频率越高。但应注意,由 于电离层电子密度是经常变化的,其最高可用频率不能保证每时每刻可靠反射电波,因此实际使用的频率 为最佳工作频率。经验说明,最佳工作频率约为最高可用频率的 85%。 需要说明的是,表中所列的工作频率并非确定的准确频率,而是在此频率附近即可。实际应用时,可从表 列最佳工作频率向下 1Mhz 左右的范围内选取合适的工作频率,以适应不同的季节及地域。 (2)不能低于最低可用频率:在短波通信中,频率越低,电离层吸收越大。当低到一定程度以致不能保证 通信所必须的信噪比时,通信质量严重下降导致通信中断。能保证最低所需的信噪比的频率称为最低可用 频率。根据经验,不同距离、不同时段的最低可用频率一般比相应的最佳工作频率低 3—4Mhz。此外,频 率为 1.4Mhz 附近的电波可与电离层中自由电子的振动发生谐振,产生较大的谐振吸收。所以天波通信时工 作频率不应低于 2Mhz。 (3)一日之内适时改变工作频率:原则上说,最低可用频率至最佳工作频率之间的频段可作为工作频率。 但是,这一频段在一昼夜之间是随时变化的,而电台的工作不可能随时变化。实际工作中一昼夜内只改频 1—2 次。在一段时间内只用一个频率,通常选日频、夜频各一个。改频时间通常是在电离层电子密度变化 急剧的黎明和黄昏时刻适时进行。 一天内,日落前一小时至第二天日出后一小时为通信最佳时段大多数地区在这个时段中 4MHz--16MHz 都可 以工作(具体频率受每个地区和通信距离的因素制约),最佳工作频率会由低到高再到低有个变化过程。 日出后一小时至正午后一小时最佳推荐工作频率在低端 4MHz--9MHZ 左右 (具体频率受每个地区和通信距离 的因素制约)。在正午后一小时到日落前一小时最佳推荐工作频率在中高端 9MHz---19MHZ 左右(具体频率 受每个地区和通信距离的因素制约)

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