GB T 14733.9-1993 电信术语 无线电波传播.pdf

1、中华人民共和国国家标准电信术语无线电波传播发布实施国家技术监督局发布中华人民共和国国家标准电信术语无线电波传播国家技术监督局批准实施主题内容与适用范围本标准规定了有关无线电波传播方面的通用基础术语及其定义主要包括电磁场和波的基本特性辐射电磁波的路径和速度传播媒质的电磁特性与传播媒质边界有关的现象对流层传播和地面的作用地球上空的电离媒质电离层对无线电波传播的作用和传播对无线电通信的影响等方面的术语本标准适用于无线电专业领域符号圆括号除按规定使用范围外另做如下规定作注释或说明词义的可有可无部分表明术语的全称或简称术语电磁场和波的基本特性场一个标量矢量或张量它是在一规定空间内的点坐标的函数并可能是时

2、间的函数注一个场可以表示一种物理现象例如声压场重力场地球磁场和无线电波的场传播在物质没有移动的情况下能量在两点间的转移注例如电磁能在空间的传播热沿棒的传播波由场表征的媒质物理状况的变化并以由该媒质的特性在每一点和每一方向所确定的速度移动注波是由一局部动作或一连串这样的动作产生的波的传播只能由那些可以用双曲线型偏微分方程表示的场来描绘例如电磁能是以波的形式在空间传播但热在棒中传播没有确定的速度因此不是波的传播波的传播速度矢量对波的传播而言表示在一给定瞬间和一给定空间的点上场的一个给定特性在指定时间间隔内的位移矢量与该时间间隔的持续时间之比当持续时间趋于零时的极限注随特性的选取可以定义不同类的速度

3、例如相速群速其值取决于所考虑的点和方向正向波前对在一指定瞬间开始的源所发出的波的传播而言它是将现在受到该波作用的空间区域和尚未受到该波重大影响的区域分开的面注当传播沿一个面或沿一条线进行时波前分别由一条线或一个点定义反向波前对在一指定瞬间终止的源所发生的波的传播而言它是将现在受到该波作用的空间区域和不再受到该波重大影响的区域分开的面注当传播沿一个面或一条线进行时波前分别由一条线或一个点定义电磁场表征物质媒质或真空的电和磁的状态的场由下面四矢量集定义电场矢量电通量密度矢量磁场矢量磁通量密度矢量注电磁场服从麦克斯韦方程组在电磁现象的量子观可以忽略不计的情况下这个电磁场定义是有效的某些作者称为磁场在

4、这种情况下有时将称为磁激励电磁场可以包括静态分量即静电场和静磁场而时变分量表示电磁波麦克斯韦方程组一组由代表媒质内电磁场的四个量和分别代表在媒质某些部分内可能存在的电流密度和电荷密度和两个量所构成的偏微分方程组注在国际单位制中麦克斯韦方程组为麦克斯韦方程组仅在与媒质的构成关系式结合时才完全地定义电磁场对于线性媒质这些关系式用媒质的电容率导磁率和导电率表示电磁波由时变电磁场的传播表征的波注电磁波是由电荷或电流的变化产生的无线电波没有人为的导波系统在空间传播的电磁波按照惯例频率低于注频率高于的电磁波可认为是无线电波或光波电磁模麦克斯韦方程组的一个解代表在某一空间域内的一个电磁场并属于由给定边界条件

5、确定的独立解族电磁波的极化电磁波的一个属性它描述在一固定点上电通量密度矢量的大小和指向随时间的变化线极化电通量密度矢量的末端相对于一给定点描绘出一固定直线的电磁波的极化直级的中心与给定点重合水平极化一种线极化其电通量密度矢量是水平的垂直极化一种线极化其电通量密度矢量位于包含传播方向的垂直平面内椭圆极化电通量密度矢量的末端相对于一给定点描绘出一椭圆的电磁波的极化椭圆的中心与给定点重合注在特性与时间无关的线性媒质内通常所有正弦波都是椭圆极化的包括作为特例的线极化和圆极化右旋极化顺时针方向极化一种椭圆极化当沿传播方向往前看时其电通量密度矢量在不包括传播方向的任何固定平面内随时间向右旋转即顺时针方向旋

6、转左旋极化反时针方向极化一种椭圆极化当沿传播方向往前看时其电通量密度矢量在不包括传播方向的任何固定平面内随时间向左旋转即反时针方向旋转圆极化椭圆极化的特例在此场合电通量密度矢量的末端描绘出一个圆极化椭圆就椭圆极化的电磁波而言电通量密度矢量的末端相对于一给定点的轨迹极化平面包含极化椭圆的平面注对线极化波来说椭圆退化成一线段从而极化平面不是唯一地定义在各向同性媒质中现在按照惯例取极化平面与传播方向垂直这是对过去作法的改变过去习惯地取包含传播方向和一个场矢量的平面为极化平面对无线电波此场矢量通常为电场矢量对光波为磁场通量密度矢量正交极化椭圆或圆极化波的极化与同类型的另一个波的极化相比时其传播方向相同

7、极化平面相同极化椭圆有相同的偏心率但长轴互相垂直旋转方向相反线极化波的正交极化是与同类型的另一个波的极化相比时其传播方向相同电通量密度矢量互相垂直纵向分量一个电磁场的矢量之一在传播方向上的投影横向分量一个电磁场的矢量之一在垂直于传播方向的平面上的投影径向分量一个电磁场的矢量之一在失径上的投影矢径是将场源看做点源时从场源引出的径向线在圆柱型结构例如一导线或一波导的横截面的一个点上的一个电磁场的矢量之一在该点的横截面的半径上的投影横电磁波电场矢量和磁场矢量与传播方向垂直的电磁波波矢量一个复数矢量它表示关于空间一点一正弦电磁波的特性如果在该点附近的空域内每个电磁场矢量都可表示成下列表达形式式中矢量一

8、般为复数与时间无关并在所考虑的域内实际上为常数矢量在所考虑的域内实际上为常数角频率时间连接坐标原点与域内感兴趣的点的矢量注如果波在域内每一点上都可用波矢量来表征则存在包含该点并与波矢量的实部正交的波前的大小等于除以波长如果每一矢量的虚部既不为零也不与它的实部共线则波具有椭圆极化在其他情况下波为线极化等相面点集在其上一周期性电磁波的矢量之一的一个指定分量在相同的时间具有相同的相位波前一个电磁场矢量的所有分量共同的等相面注波前在每一点上都与关于该点的波矢量的实部正交等幅面可能存在的点集在其上一行进的正弦电磁波的每个矢量在同一瞬间具有同样的大小注对一均匀平面波等幅面在每一点上都与关于该点的波矢量的虚

9、部正交平面波所有波前都是平行平面的电磁波注对平面波其波矢量的实部具有固定的方向均匀平面波等幅面为平行平面的平面波注均匀平面波的波矢量的实部矢量和虚部矢量具有固定的方向同一平面波波矢量的实部和虚部共线的平面波非同一平面波波矢量的实部和虚部不共线的平面波球面波所有波前为同心球面的电磁波自由前进波在所有方向都可认为是无限的均匀媒质内传播的电磁波注自由波可存在于吸收媒质内行波在至少可以认为是局部均匀并在传播方向为无限的媒质内行进的电磁波平面行波既是同一平面波又是行波的电磁波注就正弦平面行波来说在均匀媒质内对波的每个分量在传播方向相位随距离作线性变化而幅度为常数或当媒质为有耗时随距离按指数下降驻波由两个

10、相同频率反向传播的行波叠加产生的媒质的电磁状态并由数值表征每个值可由一个时间实函数和一个空间坐标实函数的乘积表示相位干涉波干涉由两个或多个等频或几乎等频的波的相干振荡叠加所产生的现象表现为合成波幅以干涉图的形式在空间的变化并可能在恰好的时候形成拍频干涉条纹由于相位干涉在空间产生的一系列的电磁场最大值和最小值相干性存在于两个波的相位之间或一个波在两个瞬间或在空间两点的相位之间的相关现象空间相干性电磁场在一个空间区域内相关的相干性时间相干性电磁场在一给定时间内相关的相干性辐射电磁波的路径和速度电磁辐射能量以电磁波的形式从一个源发射到空间的现象能量以电磁波的形式在空间传送电磁能的体密度空间一给定单元

11、内所含的电磁能除以该单元的体积注实际上只能确定体积内所含能量的变化功率通量密度穿过与电磁波的能量传播方向垂直的面元的功率除以该元的面积在一给定方向的辐射强度一相干点源在包括指定方向的立体角元素内辐射的功率除以该立体角注只要辐射是在远场测量的一天线可认为是一点源电磁波的衰减在传播期间电磁波能量的减少由在两个指定点上的功率通量密度之比定量表示注衰减一般用分贝表示扩散损耗仅由于随着距离的增加能量将分布在一个更宽的面积内所造成的电磁波的衰减注在均匀和各向同性媒质内扩散损耗的特征是功率通量密度与离源距离的平方成反比例下降电磁波的吸收在一传播媒质内电磁波能量转换成另一能量形式例如热能电磁波的吸收损耗仅由于

12、吸收所造成的电磁波的那部分衰减坡印廷矢量在电磁场内一个点上的实电场矢量和实磁场矢量的矢积注穿过一闭曲面的坡印廷矢量通量等于通过该面的功率对于周期性电磁场坡印廷矢量的时间平均值是一个矢量在有某些保留的情况下可认为该矢量的方向就是能量的传播方向其大小就是平均功率通量密度复数坡印廷矢量对一角频率为的正弦波当在同一点上的电场矢量和磁场矢量用复数符号由下式表示时复数坡印廷矢量是和的矢积式中和与时间无关一般是复数是的复数共轭值注复数坡印廷矢量的实部是坡印廷矢量一周期的平均值复数坡印廷矢量的虚部是一个矢量在有某些保留的情况下可以认为该矢量的方向就是无功能量传播的方向而其大小可认为是与该方向垂直的单位面积上的

13、无功功率通量矢量的方向按照惯例规定正负号波的相位延迟一个由规定的相位定义的正弦行波的波前通过空间两给定点的两瞬时之间的持续时间正相位差一正弦电磁波的相位延迟与参考相位延迟间的正差负相位差一正弦电磁波的相位延迟与参考相位延迟间的负差光程长度相程长度在一给定电磁波在两给定点间的相位延迟的持续时间内以真空中的光速行进的路径长度注在同一射线路径上的两点间这个长度等于沿射线路径的折射指数的线积分式中是在路径方向每一点上媒质的折射指数是沿路径的弧线元波的传播方向在一给定点上波前的法线以相位增加的方向为正向注在一点的传播方向是波矢量的实分量的方向一个波的传播方向可以不同于该波能量的传播方向相速矢量由指定相位

14、定义的正弦行波波前在一给定点和给定方向运动的速度矢量注如果不指定方向则所考虑的是传播方向的相速在传播方向相速的绝对值为一最小值它等于角速度除以波矢量的实分量的绝对值相位波长在给定方向一正弦波的相速矢量的大小与波的频率之比注在传播方向波长为最小值如果不规定方向则指的是传播方向的波长在任何方向的波长等于除以波矢量的实部在该方向的分量的绝对值能量的传播方向一周期性电磁波的能量流的时间平均方向注在某些保留条件下能量传播方向是坡印廷矢量的时间平均方向电磁波能量的传播方向可以不同于该波的传播方向实际上如果媒质既不是过于吸收性的又不是过于各向异性的也不是过于色散的则这两个传播方向重合传播路径射线路径在每一点

15、上与该点能量传播方向相切的路径注射线概念是射线理论的基础应用该理论能够以简单的关系式代替麦克斯韦方程组在一些情况下两点间可以有几条路径在各向同性媒质中传播路径是与波前正交的轨道且术语射线常被定义为该轨道在各向异性媒质中与波前正交的轨道并不总是与源和接收点之间的实际路径重合因而不应称为射线群速矢量在传播媒质内一个点上信号的速度矢量理论上该信号可由幅度相等频率稍微不同并趋近一共同频率极限的两个叠加的正弦波表示注在最一般的情况下群速矢量的大小等于频率对波长倒数的导数而群速度沿坐标轴的分量等于角速度对波矢量的实部的分量的偏导数波的群时延在群速定义的射线路径上两点间的传播时间由群速的倒数沿射线路径的线积

16、分表示式中是群速矢量在射线路径切线上的投影的代数值是弧线元注实际上如果媒质既不是过于吸收性的又不是过于各向异性的也不是过于色散的则群时延等于用以定义群速的信号单元的传播时间群波长一电磁波的群速矢量的大小除以波的频率传播系数出现在方程式中的复数量式中和原则上与无关这个方程式可表示角频率为起始相位为的正弦电磁场在沿与轴平行的线上传播的分量特别是关于利用与轴平行的圆柱形表面的导向传播或对于均匀平面波的传播衰减系数传播系数的实部注上面定义的衰减系数用每单位长度的分贝表示相位变化系数传播系数的虚部注上面定义的相位变化系数用每单位长度的弧度表示自由空间传播电磁波在均匀的所有方向都可认为是无限大的媒质内的传

17、播该媒质的相对电容率和相对磁导率都等于注对于自由空间内的传播在离源某一距离外的一个固定方向上电磁场的每一矢量的大小与离源的距离成反比电磁波束通过空间传播的能量基本上一直限制在一个甚小顶角的圆锥体内的电磁波直接射线路径一直线射线路径或由于在传播媒质内的折射而稍微弯曲的射线路径直达波沿一直接射线路径传播的无线电波视线传播两点间的传播其直接射线路径上的障碍少到足以使绕射作用可以忽略不计非直接射线路径由显著的折射或其他现象诸如发生在路径上的反射绕射或散射造成的射线路径非直达波沿非直接射线路径传播的无线电波电路程差两点间两独立射线路径的长度差这些长度一般用沿所考虑的路径的波长表示空间相位差来自具有同频不

18、同源的两个正弦行波在一点产生的相位差中由两个源与该点之间的相位延迟的差所造成的那一部分相位差多径传播一发射点与一接收点间同时经由若干独立的传播路径的传播无线电回波由非最短路径的一个传播路径到达接收点的具有足以觉察为一明晰信号的强度和迟延的无线电信号传播媒质的电磁特性电常数真空的绝对电容率一个标量常数在真空中它与电场矢量的乘积等于电通量密度矢量在国际单位制中的值为近似为式中电磁波在真空中的传播速度绝对电容率在任何媒质中由下式定义的一个张量式中电通量密度矢量电场矢量注在各向同性媒质中张量简化为标量相对电容率媒质的绝对电容率除以电常数的商为相对电容率注在各向同性媒质中张量简化为标量在真空中等于相对复

19、电容率对于用复数符号表示的正弦波张量一般与频率有关并由下式定义式中是电常数是相对电容率是电导率张量是角频率且当下列线性方程适用于电通量密度矢量电流密度矢量和电场矢量时注在各向同性媒质中张量简化为复数标量式中相对实电容率标量电导率除以电常数和角频率之积的商相对实电容率各向同性媒质的相对复电容率的实部介质损耗角对正弦波由下式定义的角度式中和分别是相对复电容率的负虚部和实部电介质媒质这样的媒质在其中一个变电场产生的电流密度矢量在一给定方向的值小于在特定频带内矢量的值注对在各向同性媒质中的正弦波当下列关系成立时媒质为电介质式中相对实电容率电常数电导率角频率一各向异性媒质仅在某些方向可以是介电的理想电介

20、质一种电介质在其中一变电场在给定方向和特定频带内产生大小为零的电流密度矢量注对均匀媒质若在一给定方向的电导率可认为是零则在该方向媒质是纯电介质导电媒质一种媒质在其中变电场产生的电流密度矢量在一给定方向的值大于在特定频带内矢量的值注对在各向同性媒质中的正弦波当下列关系成立时媒质是导电的式中相对实电容率电常数导电率角频率一各向同性媒质仅在某些方向可能是导电的理想导体一假想媒质使外加变电场在它表面上产生的电流密度将与表面相切并在特定频带内为任意大注各向异性媒质仅可能在一些方向成为理想导体在这些方向导电率可以认为是无限大的吸收媒质在特定的频带内电磁波能量在传播方向上有明显吸收的一种媒质吸收频带在一给定

21、方向上媒质被认为是吸收媒质的频带色散媒质在一特定频带内电磁特性随频率显著变化的媒质磁常数真空的绝对磁导率一个标量常数使在真空中它与磁场矢量的乘积等于磁通量密度矢量在国际单位制中的数值为绝对磁导率对任一媒质由下式定义的一个张量式中磁通量密度矢量磁场矢量注在各向同性媒质中张量简化为标量相对磁导率媒质的绝对磁导率除以磁常数的商注在各向同性媒质中张量简化为标量在真空中等于相对复磁导率对用复数符号表示的正弦波一般与频率有关并由下式定义的张量当媒质使磁通量密度矢量和磁场矢量在每一点上存在线性关系时是磁常数注对各向同性媒质张量简化为复标量式中相对实磁导率表征磁损耗相对实磁导率各向同性媒质的相对复磁导率的实部

22、磁损耗角对正弦波由下式定义的角度式中和分别为相对复磁导率的虚部的负值和实部复折射指数在一给定方向一个无量纲的表示媒质在给定点和一给定方向特征的复标量当在媒质内可能存在一正弦电磁波其波矢量在给定方向有共线的实部和虚部时这个量由下式定义式中角频率电磁波在真空中的传播速度给定方向的单位矢量注对各向同性媒质复折射指数是相对复电容率与相对复导磁率乘积的平方根对各向异性媒质中的每个方向一般有两个不同的波矢量和两个复折射指数值折射指数在媒质中一给定点和一给定方向上真空中的光速与一正弦平面波在给定方向的相速矢量值之比折射指数是复折射指数的实部波阻抗对采用复数符号的正弦电磁波表示在一个点上的电场和磁场的复数量之

23、比媒质的特性阻抗特定媒质内一行波的波阻抗注均匀的各向同性媒质的特性阻抗由下式给出式中磁常数相对复磁导率电常数相对复电容率真空的特性阻抗磁常数除以电常数之商的平方根注在国际单位制中真空的特性阻抗等于是电磁波在真空中的速度或穿入深度趋肤深度对一个由平面限定的基本上无限厚的各向同性的均匀媒质而言一正弦均匀平面波的电场穿入媒质并沿垂直于表面的方向传播衰减到时的深度注穿入深度等于波在穿入媒质内的衰减系数的倒数与传播媒质边界有关的现象折射和反射入射波朝向两媒质的分界面传播的电磁波入射平面包括表面一点上的法线和在该点入射波的传播方向的平面入射角在表面的一个点上表面的法线与入射波的传播方向间的锐角擦地角入射角

24、的余角擦地入射入射波以一个很小的擦地角投射到表面上传输波当入射波与两媒质的分界面或一媒质的不连续点相遇时在分界面或不连续点以外出现的电磁波折射波当一个入射波在第一媒质内传播时出现在两不同媒质的分界面以外的可用几何光学阐述的电磁波分界面远大于波长而其不匀度则小于波长在电磁特性随空间连续变化的媒质中传播的可用几何光学阐述的电磁波电磁特性在一个波长数量级的距离内变化不大折射产生折射波的现象反射波当在一媒质内传播的一个入射波与该媒质和另一媒质的分界面相遇时分界面的尺寸远大于波长返回到原媒质的可用几何光学阐述的电磁波注在传输线的情况下反射波是从直达波取得能量并向反方向传播的波反射产生反射波的现象镜面反射

25、由一个面产生的不伴随散射的反射注镜面反射是由一个镜面表面产生的漫反射由一个面产生的伴随有散射的反射注漫反射是由一个粗糙表面产生的镜面表面一个分离两媒质的表面其尺寸远大于入射波的波长其不均匀性则小到足以发生镜面反射粗糙表面一个分离两媒质的表面其尺寸远大于入射波的波长其不均匀性是随机分布的并引起漫反射瑞利准则一个表征表面粗糙程度的准则对一给定擦地角的电磁波表面不均匀性的平均高度按照下列关系判定式中相对于平均表面的擦地角波长注实际上如果则粗糙度可以忽略不计并将表面看做是镜面的幅度反射系数在靠近反射镜面的一点上反射波电场一给定分量的复值与入射波相应分量的复值之比注在传输线中反射系数同样被定义为在一端口

26、处或横截面处的反射波与入射波之比功率反射系数在靠近反射面的一点上反射前后处在相应的能量传播方向的反射波与入射波的功率通量密度之比菲涅耳反射系数平面波入射到无限大平面上的反射系数全反射分离两电介质的镜面表面的反射系数之模为一时的反射注当第二媒质的折射指数小于第一媒质的折射指数且入射角大于临界值时发生全反射发生全反射时第二媒质内存在消逝波布鲁斯特角分离两理想电介质的镜面表面上的一个入射角它使电通量密度矢量位于入射平面内的波的反射系数为零注在无线电中术语布鲁斯特角经常用于表示上面定义的角的余角从折射指数为的媒质传播到折射指数为的媒质时布鲁斯特角为布鲁斯特角入射在一理想电介质内的入射波以等于布鲁斯特角

27、的入射角入射到与另一理想电介质的分界面上的入射准布鲁斯特角入射在一理想电介质内的入射波以这样的入射角入射到与另一非理想电介质的分界面上的入射它使电通量密度矢量位于入射平面内的波的反射系数的模为最小会聚聚焦由于反射面的弯曲或由于波的传播路径上折射指数的空间变化造成的一给定电磁波在空间一点上幅度的增加发散散焦由于反射面的弯曲或由于波的传播路径上折射指数的空间变化造成的一给定电磁波在空间一点上幅度的减小注术语散焦有时也用来表示电磁波在接收点的空间相干性的损失会聚因子聚焦因子在一给定点上满足会聚效应的一给定电磁波的幅度与没有这些效应时存在于同一点上的波的幅度之比注当给定的波为一曲面的反射波时该相应因子

28、可认为是与假定反射面为平面时的反射系数相乘的因子发散因子散焦因子在一给定点上满足发散效应的一给定电磁波的幅度与没有这些效应时存在于同一点上波的振幅之比注当给定的电磁波为一曲面所反射的波时该相应因子可认为是与假定反射面为平面时的反射系数相乘的因子会聚增益聚焦增益用分贝表示的会聚因子发散损失散焦损失用分贝表示的发散因子电磁波的色散在给定频带内电磁波的一些特性随频率的相对显著变化例如在色散媒质中传播的电磁波的相速菲涅耳椭圆球体点集在空间的轨迹它使得从每个点到发射和接收天线假定这些天线为点源的距离之和比两天线间的距离大半个波长的整倍数菲涅耳区在一个反射面上在一个反射面上点的轨迹它使得从其中每一点到发射

29、和接收天线假定这些天线为点源的距离之和等于光程加上一个两相邻半波长倍数之间的量绕射和散射障碍障碍物在电介质内由一个表面所限定的区域在其上复折射指数特别是它的虚部发生显著的不连续阴影区由于一个障碍物的存在沿给定传播方向的入射波根据几何光学不能到达的空间绕射波可由波动理论而不能用几何光学解释的电磁波当入射波在媒质内遇到一个或多个障碍物时或者为口径所限制时出现绕射波注可利用与几何光学有某些相似的近似法来研究绕射波绕射产生绕射波的现象散射波可由波动理论而不能用几何光学解释的电磁波当入射波在媒质中遇到一个粗糙表面一群障碍物或大量随机分布的不匀体时出现散射波注散射波可看做是由每个独立的障碍物或不匀体所引起

30、的绕射波之和散射产生散射波的现象它将入射波的能量连续不断地散布到所有方向前向散射散射波的传播方向与原波束的平均传播方向成小锐角的电磁波束的散射后向散射散射波的传播方向与原波束的平均传播方向成左右钝角的电磁波束的散射湍流在液体或气体媒质中速度的随机变化它可导致媒质某些特性出现不均匀的值湍流尺度在湍流媒质中用长度表示的速度不匀度的空间平均尺寸在表面附近的传播导行电磁波传播时能量一直限制在两表面之间的电磁波或者由于沿表面垂直方向媒质的电磁特性发生尖锐的或逐渐的变化能量一直限制在表面附近的电磁波注一导行电磁波可包含几个电磁模导行传播电磁波以导行的形式传播对一个模的截止频率在一特定电磁模中高于或低于它时

31、导行传播不能存在的频率慢波以低于自由波的相速在一均匀电介质边界附近传播的电磁波自由波是存在于具有同样的电磁特性的无界媒质中的波快波以高于自由波的相速在一均匀电介质边界附近传播的波自由波是存在于具有同样电磁特性的无界媒质中的波表面波沿一表面导行的慢波注导行面可以是两媒质的分界面或者是一周期结构伴生的假想面相速的降低可利用例如一具有高电容率的介质层覆盖一导体或一导体上的横向凹槽获得或可能是导体有限导电率的结果浅涅克波沿着有限电导率媒质与理想电介质的分界平面导行的表面波注这个概念是浅涅克为了表示较长波长的无线电波在地球表面邻近并远离发射点处的传播而提出的表面波倾角在理想电介质中靠近该媒质与有限电导率

32、媒质分界的一点上表面波极化椭圆的长袖与分界面法线间的夹角注在这种情况下极化椭圆平面包括传播方向对于沿平面地面行进的表面波椭圆极化长轴与表面法线间夹角的正切与电场纵向分量和横向分量之模的比差别不大时该比值可用作波倾角的另一度量标准漏波伴随快波的电磁波沿表面导行并具有能量从表面辐射的特征注在射频范围内漏波可由一周期结构产生例如由沿一快波导引线长度分布的口面组成的周期结构产生消逝场消逝模这样的电磁场使得至少在一个方向场的一个矢量的每一分量在所有点上同一时间具有相同的相位而幅度在几个波长上迅速下降到一个可略去不计的值这种下降不是由于吸收所造成的注消逝场不传播能量因此它不是一个波侧波一个归属于几何光学反

33、射波的电磁波当对表面的入射角近似等于全反射的临界值时产生一相对于传播方向展宽的波束并平行于表面及入射平面移动注侧波可看做是由在第二媒质中靠近表面传播的电磁波在第一媒质中产生的出射波群对大于临界值的入射角在第二媒质中的场不能再传播而是一消逝场对流层传播和地面的作用地球大气层下部的结构和特性对流层地球大气层的下部从地面向上延伸在其中除某些局部的逆温层外温度随高度下降这部分大气层在两极延伸到大约的高度在赤道约为对流层顶对流层的上边界平流层位于对流层之上其中温度恒定或随高度略微增加的那一部分地球大气层这部分大气层延伸到大约的高度平流层顶平流层的上边界散逸层位于平流层之上其中温度随高度下降的那一部分地球

34、大气层这部分大气层延伸到大约的高度在这个高度上温度到达一最小值散逸层项散逸层的上边界逆温在对流层中在对流层中温度随高度的增加水蒸气的混合比在一给定的空气体积中水蒸气的质量与干空气的质量之比注该比值通常用表示相对湿度用百分数表示的湿空气中水蒸气的蒸气压与在相同温度和压力下的水或冰的饱和蒸气压之比折射率大气折射指数减之差的一百万倍单位用来表示折射率的单位例如果折射指数使得则折射率为单位或修正折射指数在高度处空气的折射指数与该高度对地球半径的比值之和折射模数修正折射指数减之差的一百万倍式中折射指数一折射率高度地球半径单位用来表示折射模数的单位例如果折射率使得则折射模数为单位或标准折射率梯度标准梯度折

35、射率的垂直梯度的标准值即每公里负单位注这个值近似相当于温带第一个一公里高度内梯度的中值标准折射模数梯度标准一梯度对应于标准折射率梯度的折射模数的垂直梯度的标准值注这个值为每公里单位标准无线电大气层垂直折射率梯度等于标准折射率梯度的大气层折射参考大气层折射率由下式确定的大气层式中用表示的海拔高度注实际上可以认为在高度以下折射参考大气层与标准无线电大气层是一致的标准折射标准无线电大气层中发生的折射亚折射折射率垂直梯度大于标准折射率梯度时的折射超折射折射率垂直梯度小于标准折射率梯度时的折射水凝体可能存在于大气中或沉积于地面上的水或冰粒子注雨雾云雪冰雹是主要的水凝体降水率降雨率一个降水强度的度量标准用

36、每单位时间降落到地面的水的高度表示注降水率通常用表示水凝体的雷达反射率因子对从一给定方向入射的电磁波而言一个表征存在于大气中的水凝体产生的后向散射功率的量注对均匀的降雨雷达反射率因子由下式表示式中在体积内直径为的雨粒数系数通常用表示对流层和地面对无线电波传播的作用对流层传播在对流层内的传播并延伸到未受电离层影响的电离层下面的传播对流层波在对流层中传播的无线电波并且它的传播基本上由对流层的特性决定地波在对流层中传播的无线电波它主要是由围绕地球的绕射所造成的并且基本上决定于地面的特性空间波这个术语是含糊的建议不继续采用注空间波在不同的时期被不同的作者用来或者表示电离层波或者表示对流层传播中直达波和

37、由地面反射的反射波之和无线电地平线从无线电波的一个点源发出的直接射线与地球表面相切的切点的轨迹注由于大气折射通常无线电地平线和几何地平线是不同的无线电地平线距离一个无线电波源与给定方向无线电地平线间的距离注无线电地平线距离与具有规定安装条件和用途的无线电发射机的距离不相同超地平线传播接收点处在发射点的无线电地平线之外时靠近地面的两点间的对流层传播注超地平线传播可能是由于对流层的各种机制例如对流层的绕射散射反射所造成的但是不包括大气波导因为在波导内没有无线电地平线标准传播在由标准无线电大气层包围的具有均匀特性的球形地球上面的对流层传播标准无线电地平线与通过标准无线电大气层的传播相对应的无线电地平

38、线等效地球半径一个理想的没有大气层的球形地球的半径电磁波在其上空传播时传播路径是直线其高度和地面距离与处在具有恒定垂直折射率梯度之大气层的实际地球上空传播时的相同注等效地球半径这个概念意味着在所有点上传播路径与水平面的夹角不太大对具有标准折射率梯度的大气层取等效地球半径等于它大约相当于地球实际半径的等效地球半径因子等效地球半径与实际地球半径之比注因数与折射指数的垂直梯度和实际地球半径有关由下式表示对具有标准折射率梯度的大气层值取为相当于大约的等效地球半径等效梯度一个假定为恒量的假想大气层的折射指数的垂直梯度它使实际的传播路径为一圆弧所替换圆弧的两端点与实际路径的相同并与路径一端相切该端点通常是

39、更靠近地面那一端对流层的分层大气层的一部分具有与周围大气层明显不同的无线电传播特性其水平尺度大大超过垂直尺度导波分层用负梯度表征的对流层分层它能形成对流层无线电波导对流层无线电波导对流层中的一个准水平分层它能将一个频率足够高的无线电能量充分地限制在其中并以甚低于在均匀大气层中的衰减传播注在升高波导的情况下对流层无线电波导由一导波分层和一部分下面的大气层组成地基波导表面波导下边界为地球表面的对流层无线电波导升高波导下边界高于地球表面的对流层无线电波导波导厚度一个对流层无线电波导的上边界和下边界的高度差波导高度升高波导的下边界离地球表面的高度沿波导传播无线电波在对流层无线电波导内的导行传播注在足够

40、高的频率上在同一对流层无线电波导内可同时存在一些导行传播的电磁模球面绕射传播由沿地球球形表面的绕射或更一般地说由沿任何极大于波长的圆形障碍物的绕射造成的对流层传播注球面绕射可导致超地平线传播边缘绕射由沿横向障碍物例如具有比较陡的轮廓并位于发射和接收点间的小山或高山绕射造成的对流层传播注边缘绕射可导致超地平线传播刃形绕射沿顶部曲率半径对波长来说可忽略不计的障碍物的绕射绕射区一个在地面上或靠近地面处并超过一无线电波源的无线电地平线范围的区域这个区域中大部分时间内场基本上是由绕射造成的注绕射区是相关的无线电波源的阴影区的一部分对流层散射传播由大气层折射指数的许多不均匀性和不连续点的散射造成的对流层传

41、播注对流层散射可导致超地平线传播散射区一个在地面上或靠近地面处远远超过一无线电波源的无线电地平线范围的区域其中大部分时间内场基本上是由对流层散射造成的降水散射传播由水凝体主要是雨引起的散射造成的对流层传播障碍增益由一个孤立的障碍物的边缘绕射所产生的电磁场与障碍物不存在时仅由球面绕射所产生的电磁场之比注这个比值通常用分贝表示高度增益一给定点上的电磁场与在同一垂直线上选做基准高度的另一点上的电磁场之比注这个比值通常用分贝表示并可能是负值在地球球面绕射的情况下通常采用的基准高度取决于波长和地球等效半径与实际地球半径之比增益降低天线媒质耦合损耗当在传播路径上发生显著的散射效应时发射天线和在长传播路径上

42、与它关联的接收天线的增益之和的视在下降量用分贝表示注增益降低与天线的辐射特作和沿传播路径的传播特性有关路径天线增益一无线电链路的天线增益总和减去可能发生的增益降低用分贝表示地球上空的电离媒质电离和等离子体离子带有非零总电荷的一个原子分子或分子群电离原子或分子中增加或减少电子或由分子的分裂形成离子在媒质中出现离子和自由离子光电离由电磁辐射作用例如紫外线辐射或射线造成的原子或分子的电离等离子体由自由电子离子和中性原子或分子组成的气体媒质其中各种粒子的比例使媒质在宏观上呈中性电子密度电子浓度单位体积内的自由电子数等离子体的电离程度等离子体的电子密度与单位体积内的中性和带电粒子的总数之比在一个方向的电

43、离梯度分量在指定方向电子密度对距离的偏导数电子的碰撞频率一个自由电子与电离媒质内的其他粒子单位时间内的平均碰撞次数旋磁频率一规定特性的带电粒子在存在均匀磁场的情况下围绕场的磁力线作螺旋线旋转运动的频率注旋磁频率由下式表示式中磁通量密度粒子的质量粒子带的电荷电子的等离子体频率局部受电子过量或电子欠缺扰乱的等离子体恢复到原宏观中性平衡状态振荡频率假定离子仍固定在应有的位置上注等离子体频率由下式表示式中电子电荷电子质量电子密度电常数地球大气层上部的结构和特性电离层主要由光电离所产生的离子和自由电子表示其特征的那部分上部大气层其电子密度足以使一些频带的无线电波的传播产生显著的改变注地球的电离层大约从高

44、度延伸到热层位于散逸层上面的那部分地球大气层在其中温度先随高度增加然后保持不变并且实际上没有更多的粒子从这里逸散到自由空间注热大气层延伸到高度外逸层位于热层上面的地球大气层的外层在其中碰撞频率低到足以使得当粒子的垂直速度足够高时某些粒子向自由空间逸散的概率比较大外基底外逸层的下边界注外基底的高度大约为等离子体层圆环形的电离区它环绕赤道包围地球共跟随地球旋转注在赤道平面内等离子体层延伸到至个地球半径处取决于本地时间和地磁活动性等离子体层顶等离子体层的外边界其特征由电子密度的陡降表示磁层一个超过电离层的区域在其中带电粒子的轨道基本上取决于周围的磁场对碰撞作用忽略不计注朝太阳的方向地球磁层的外界限位

45、在几十个地球半径的距离处在相反的方向磁层延伸得更远磁层顶磁层的外边界区位于大约高度之间的地球电离层的下层注在夜间层的电子密度是非常低的而在白天通常约为每立方米含到个电子区位于大约高度间的那一部分地球电离层注在白天区的电子密度约为每立方米个电子而在夜间约为每立方米个电子区位于大约超过高度的那一部分地球电离层注在太阳活动性强的期间中等纬度处层的电子密度可能超过每立方米个电子电子密度剖面电子密度随高度的分布情况总电子含量一个通过电离层的单位横截面的管子内所含有的自由电子数管子通常以从地面到一规定的高度作为其垂直轴垂直电离梯度分量电子密度对高度的偏导数电离台垂直电离梯度先随高度下降然后在某个高度范围内

46、保持非负的低值并最后随高度增加的电离剖面部分这可推广到电离层的相应部分偶发电离上部大气层随空间和时间作不规则分布的电离其电离程度异常地大于它所在区域的平均电离程度电离层分层电离层内一个区的一部分在其中电离剖面有一个最大值或一个电离台分层正常的区内的一个电离层分层其电离剖面的特征是有一个最大值电离程度有规律性的逐日变化偶发分层分层区内由偶发电离产生的薄的短暂的和有限范围的电离层分层分层层内两个电离层分层中下面的那一个一般存在于白天注分层的电离剖面经常由明显的电离台表征这个分层的发生和性能呈某种程度的逐日的和季节性的规律性分层持续地存在于区的电离层分层其电离剖面的特征是有一个最大值在白天这个分层是

47、区中的较高层在夜间它是唯一的层极光区大约位于地磁北纬或南纬到间的一个环形区在其中入射粒子常常产生强烈的电离现象特别是极光的出现极冠以极光区为界限的极区磁暴地球磁场的骚扰通常持续一天或多天其特征是这个场的强度相对于通常值发生重大的变化电离层骚扰显著超过当地当年该时刻正常日变化的电离层的电离变化突发电离层骚扰从几分钟到几小时的电离层骚扰特征是日照半球区的电离突然增强电离层暴持续一天或多天的电离层骚扰通常伴随着磁暴电离层的改变电离层特性的改变主要是由人为活动造成的电子密度的改变注电离层的改变可由多种技术获得包括化学分离大功率无线电激励原子和离子的注入以及核爆炸改变可以是短暂的或较长时间的电离层对无线

48、电波传播的影响在电离层内波的路径电离层传播涉及电离层的无线电波传播穿过电离层的传播在位于电离层最大电子密度的高度下面和上面的两点间的无线电波传播注对高于几吉赫的频率穿过电离层的传播电离层实际上没有影响电离层散射的传播与电离层内电子密度的不匀度产生的散射有关的电离层传播电离层反射的传播在一个足够低的频率上的电离层传播频率低到使在给定条件下穿过电离层的传播成为不可能因此无线电波易发生连续的折射这样当从足够远的距离处来考虑可以认为是等效于从一个假想表面的反射虚高假想水平面的高度一个以真空中的速度在位于地面上两给定点间传播的无线电波将在这个假想平面上被反射因为其群延迟和这两点间由电离层一次反射构成的实

49、际传输路径的群延迟相同电离层波由电离层反射返回地球的无线电波跳地面上两点间的一个传播路径包括一次或多次电离层反射但中间没有地面反射弦跳从同一分层产生的两个或更多个连续的电离层反射的跳跳越距离在一给定方向能接收到从电离层反射的给定频率的无线电波时离发射点的最小距离跳越区围绕发射点的各个方向以跳越距离为界限的一个地面范围静区距离大于地波最大作用距离的那部分跳越区低角射线地面上超出跳越距离的两点间的两射线路径中的下射线它可存在于从一个给定电离层分层反射的一给定频率上高角射线地面上超出跳越距离的两点间的两射线路经中的上射线它可存在于从一个给定电离层分层反射的一给定频率上传播模式在电离层传播中根据路径两端点间跳数的传播路径的表示法其中标明产生电离层反射的每跳的电离层分层例表示经由区电离层分层反射的一跳随后是地面反射再跟随着从区分层反射的一跳反射路径一个单跳的传播路径由从区的电离层的反射再由较低层通常在区的上侧反射并再一次从区反射的示意图表示例路径可用符号例如或表示短程信号一个在发射点和接收点间沿短于地球周长一半的路径传播的无线电信号长程信号一个在发射点和接收点间沿大于地球周长