2021-08-19 17:04:50
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在業余無線電中，短波波段的遠距離通信占據著極重要的位置。短波段信號的傳播主要依靠的是天波，所以我們必須對電離層有所了解。
地球表面被厚厚的大氣層包圍著。大氣層的底層部分是“對流層”，其高度在極區約為9km，在赤道約為17km。在這里，氣溫除局部外總是隨高度的上升而下降。人們常見的電閃雷鳴、陰晴雨雪都發生在對流層，但這些氣象現象一般只對直射波傳播有影響。
離地面10～50km的大氣層是“同溫層”。它對電波傳播基本上沒有影響。
離地面50～400km高空的空氣很少流動。在太陽紫外線強烈照射下，氣體分子中的電子掙脫了原子的束縛，形成了自由電子和離子，即電離層。由于氣體分子本身質量的不同以及受到紫外線不同強度的照射，電離層形成了4個具有不同電子密度和厚度的分層，每個分層的密度都是中間大兩邊小。
離地面50～90km的大氣層稱作D層。D層白天存在，晚上消失。D層的密度最小，對電波不易反射。當電波穿過D層時，頻率越低被吸收得越多。
離地面90～140km的大氣層是E層。通常情況下E層的密度也較小，只有對中波可以反射。在一些特定條件下，E層有可能反射高頻率的無線電波。在盛夏或是隆冬，E層對電波的反射現象總是有規律地出現，你可以清楚地接收到遠距離小功率電臺發射的信號，而且可以發現可聽到的范圍是在有規律地變化。所以，愛好者們總是抱著極大的興趣對這種不穩定的E層進行觀測研究。
高空200～300km的大氣層是F1層，300～400km的是F2層。夏季以及部分春秋季的白天，F1層和F2層同時存在，且F2層的密度最大。到了夜晚，F1和F2合并成一個F2層，高度上升。F2層對電波的反射能力最強，它的存在是短波能夠進行遠距離通信的主要條件。
電離層對電波傳播的影響電波在均勻媒質中和光波一樣是直線傳播的。但如果媒質的密度不一樣，當電波由某一密度的媒質進入另一密度媒質時，在兩種不同密度媒質的分界面上，傳播方向要發生變化，如同我們觀看半插入水中的直筷似乎是彎的那樣，這種現象稱為電離層對無線電波的折射。
電離層的密度總是兩側小中間大，這就使得進入電離層的電波方向會被連續折射，最終又離開了電離層而返回地面。我們把電離層等效為一個假想的反射面，而把電離層對電波的這種影響稱為反射。人們發現，當電波以一定的入射角到達電離層時，它也會像光學中的反射那樣以相同的角度離開電離層。顯然，電離層越高或電波進入電離層時與電離層的夾角越小，電波從發射點經電離層反射到達地面的跨越距離越大。這就是利用天波可以進行遠程通信的根本原因。而且，電波返回地面時又可能被大地反射而再次進入電離層，形成電離層的第2次、第3次反射。
由于電離層對電波的反射作用，使本來是直線傳播的電波有可能到達地球的背面或其他任何一個地方。電波經電離層一次反射稱為“單跳”。單跳的跨越距離取決于電離層的高度和電波進入電離層的入射角度。電波進入電離層的入射角度取決于天線的結構形式和天線離地面的高度，而電離層的高度則與時間和季節有關。
電離層對電波的反射作用和電波的頻率以及電離層本身的密度有關。電波的頻率越低越容易被反射:長波、中波、短波可以被反射，超短波、微波在一般情況下只能穿透電離層而不返回地面。電離層的密度越大對電波的反射作用越強:F2層的電子密度最大，它對電波的反射作用最大:凌晨時分電離層密度最小，只有低頻率的電波才有可能被反射，其余都穿透出去了。
電離層對無線電波有吸收作用。當電波進入電離層后，電離層內的自由電子受到電波的作用產生運動，與氣體分子發生碰撞并消耗能量。這個能量是電波供給的，也即電波通過電離層時要消耗能量。這種現象稱為電離層對電波的吸收。電離層對電波吸收作用的大小主要決定于電子密度和無線電波的頻率。工作頻率越低、電離層密度越大，吸收作用也就越大。
所以，從晝夜來說，白天比夜間吸收大:從季節來說，夏季比冬季吸收大。由于電離層高度及密度的變化，電波在被反射過程中極化方向會發生旋轉，接收到的信號強度會有或快或慢的周期性起伏變化，人們稱之為“衰落現象”。摘自《業余無線電通信》