超短波電離層傳播

超短波電離層傳播

波長為10~1米(相應頻率為30~300兆赫)的電波經電離層的傳播。電離層一般不能反射頻率為30兆赫以上的無線電波;只有在太陽黑子高年低緯度電離層和電離層出現較強Es層時,超短波才能被反射。因此,超短波電離層傳播有透射傳播(圖1)和散射傳播(圖2)等兩種主要形式。

超短波電離層傳播

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超短波電離層傳播超短波電離層傳播
人們認識超短波電離層傳播是從散射傳播開始的。30年代初,提出了電離層中存在著大小不等的不均勻電離團塊的概念,從理論上解釋了在“寂靜區”中收到電波信號這一現象的原因。第二次世界大戰前後,對雷達干擾源的研究表明,干擾源與流星電離和極光的出現有關。因此,對流星余跡電波散射和無線電極光散射進行了廣泛的研究,從而導致50年代出現流星電離余跡“間歇”通信方式。
自1950年H.G.布克和W.E.戈登提出超短波對流層散射傳播理論以後,P.K.貝利等人使用大功率發射機和高靈敏度接收機進行電離層超短波散射傳播,建立了超短波、超視距、低電離層散射通信電路,通信頻率約為30~60兆赫。這種散射機理是利用 85~100公里高度的電離層不均勻體的散射作用,比對流層散射的散射體高度高得多,通信距離為1000~2000公里,比對流層散射通信距離遠得多,適於跨國或島間通信。這種通信方式與短波通信相比,其最大特點是不受電離層擾動的影響,尤其適合高緯度地區和跨極光區使用。但通信容量低,一般只能通一路電話或四路移頻電報,而且與短波設備相比體積龐大,費用昂貴。
1957年人造地球衛星發射成功。它能用超短波電離層透射傳播方式,作為空間飛行體與地面通信聯繫的重要通道。這一傳播方式具有空間飛行體遙測遙控系統所需要的理想的頻率視窗。同時,又為電離層探測研究提供了新的手段。
電波通過電離層的折射與工作頻率有關,工作頻率越高,折射效應越小。為了保證對空間飛行體的高精度的定位跟蹤,必須對定位跟蹤系統測量的距離、距離變化率、仰角和方位角等參數的大氣折射誤差進行修正。
電離層是磁電漿,也是隨機不均勻介質。超短波無線電波通過電離層時,其極化面會發生鏇轉(即法拉第效應),也會出現振幅衰落、振幅相位閃爍、都卜勒頻移和頻譜加寬等現象。這些現象對通信和導航都產生不利影響。超短波導航衛星使用兩個相干的頻率以消除電離層介質的都卜勒頻移,從而能提高導航精度。但是,電離層法拉第偏振儀、都卜勒干涉儀和大功率雷達非相干散射探測等則是利用這些效應和現象來研究電離層本身的。因此,超短波電離層傳播,也是電離層無線電探測研究的重要方式之一。

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