《天線(xiàn)與電波傳播》第12章

12.1電離層概況12.2無(wú)線(xiàn)電波在電離層中的傳播12.3短波天波傳播12.4中波天波傳播的介紹習(xí)題十二

12.1.1電離層的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

包圍地球的是厚達(dá)兩萬(wàn)多千米的大氣層，大氣層里發(fā)生的運(yùn)動(dòng)變化對(duì)無(wú)線(xiàn)電波傳播影響很大，對(duì)人類(lèi)生存環(huán)境也有很大影響。地面上空大氣層概況如圖12-1-1所示，在離地面約10～12km(兩極地區(qū)為8～10km，赤道地區(qū)達(dá)15～18km)以?xún)?nèi)的空間里，大氣是相互對(duì)流的，稱(chēng)為對(duì)流層。12.1電離層概況由于地面吸收太陽(yáng)輻射(紅外、可見(jiàn)光及波長(zhǎng)大于300nm的紫外波段)能量，轉(zhuǎn)化為熱能而向上傳輸，引起強(qiáng)烈的對(duì)流。對(duì)流層空氣的溫度是下面高上面低，頂部氣溫約在-50℃左右。對(duì)流層集中了約3/4的全部大氣質(zhì)量和90％以上的水汽，幾乎所有的氣象現(xiàn)象如下雨、下雪、打雷閃電、云、霧等都發(fā)生在對(duì)流層內(nèi)。離地面大約10～60km的空間，氣體溫度隨高度的增加而略有上升，但氣體的對(duì)流現(xiàn)象減弱，主要是沿水平方向流動(dòng)，故稱(chēng)平流層。平流層中水汽與沙塵含量均很少，大氣透明度高，很少出現(xiàn)像對(duì)流層中的氣象現(xiàn)象。從平流層以上直到1000km的區(qū)域稱(chēng)為電離層，是由自由電子、正離子、負(fù)離子、中性分子和原子等組成的等離子體。使高空大氣電離的主要電離源有：太陽(yáng)輻射的紫外線(xiàn)、X射線(xiàn)、高能帶電微粒流、為數(shù)眾多的微流星、其它星球輻射的電磁波以及宇宙射線(xiàn)等，其中最主要的電離源是太陽(yáng)光中的紫外線(xiàn)。該層雖然只占全部大氣質(zhì)量的2％左右，但因存在大量帶電粒子，所以對(duì)電波傳播有極大影響。圖12-1-1地面上空大氣層概從電離層至幾萬(wàn)千米的高空存在著由帶電粒子組成的兩個(gè)輻射帶，稱(chēng)為磁層。磁層頂是地球磁場(chǎng)作用所及的最高處，出了磁層頂就是太陽(yáng)風(fēng)橫行的空間。在磁層頂以下，地磁場(chǎng)起了主宰的作用，地球的磁場(chǎng)就像一堵墻把太陽(yáng)風(fēng)擋住了，磁層是保護(hù)人類(lèi)生存環(huán)境的第一道防線(xiàn)。而電離層吸收了太陽(yáng)輻射的大部分X射線(xiàn)及紫外線(xiàn)，從而成為保護(hù)人類(lèi)生存環(huán)境的第二道防線(xiàn)。平流層內(nèi)含有極少量的臭氧(O3)，太陽(yáng)輻射的電磁波進(jìn)入平流層時(shí)，尚存在不少數(shù)量的紫外線(xiàn)，這些紫外線(xiàn)在平流層中被臭氧大量吸收，氣溫上升。

在離地面25km高度附近，臭氧含量最多，所以常常稱(chēng)這一區(qū)域?yàn)槌粞鯇印３粞跷樟擞泻θ梭w的紫外線(xiàn)，組成了保護(hù)人類(lèi)生存環(huán)境的第三道防線(xiàn)。臭氧含量極少，其含量只占該臭氧層內(nèi)空氣總量的四百萬(wàn)分之一，臭氧的含量容易受外來(lái)因素的影響。大氣電離的程度以電子密度N(電子數(shù)/m3)來(lái)衡量。地面電離層觀測(cè)站以及利用探空火箭、人造地球衛(wèi)星對(duì)電離層的探測(cè)結(jié)果表明，電離層的電子密度隨高度的分布如圖12-1-1所示。電子密度的大小與氣體密度及電離能量有關(guān)。氣體在90km以上的高空按其分子的重量分層分布，如在300km高度上面主要成分是氮原子，在離地90km以下的空間，由于大氣的對(duì)流作用，各種氣體均勻混合在一起，如圖12-1-2所示。圖12-1-2大氣的分層現(xiàn)象對(duì)每層氣體而言，氣體密度是上疏下密，而太陽(yáng)照射則上強(qiáng)下弱，因而被電離出來(lái)的最大電子密度將出現(xiàn)在幾個(gè)不同的高度上，每一個(gè)最大值所在的范圍叫做一個(gè)層，由下而上我們分別以D、E、F1、F2等符號(hào)來(lái)表示，電離層各層的主要數(shù)據(jù)見(jiàn)表12-1-1。

表中的半厚度是指電子密度下降到最大值一半時(shí)之間的厚度，臨界頻率是指垂直向上發(fā)射的電波能被電離層反射下來(lái)的最高頻率。各層反射電波的大致情況如圖12-1-3所示。圖12-1-3長(zhǎng)、中、短波從不同高度反射表12-1-1電離層各層的主要參數(shù)12.1.2電離層的變化規(guī)律

天波傳播和電離層的關(guān)系特別密切，只有掌握了電離層的運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律，才能更好地了解天波傳播。

由于大氣結(jié)構(gòu)和電離源的隨機(jī)變化，電離層是一種隨機(jī)的、色散、各向異性的半導(dǎo)電媒質(zhì)，它的參數(shù)如電子密度、分布高度、電離層厚度等都是隨機(jī)量，電離層的變化可以區(qū)分為規(guī)則變化和不規(guī)則變化兩種情況，這些變化都與太陽(yáng)有關(guān)。

1．電離層的規(guī)則變化

(1)日夜變化。

(2)季節(jié)變化。

(3)隨太陽(yáng)黑子11年周期的變化。

太陽(yáng)黑子數(shù)與太陽(yáng)活動(dòng)性之間有著較好的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，人們常常以黑子數(shù)的多少作為“太陽(yáng)活動(dòng)”強(qiáng)弱的主要標(biāo)志。黑子數(shù)目增加時(shí)，太陽(yáng)輻射的能量增強(qiáng)，因而各層電子密度增大，特別是F2層受太陽(yáng)活動(dòng)影響最大。黑子的數(shù)目每年都在變化，但根據(jù)天文觀測(cè)，它的變化也有一定的規(guī)律性，太陽(yáng)黑子的變化周期大約是11年，如圖12-1-4所示。圖12-1-4太陽(yáng)黑子數(shù)隨年份的變化

(4)隨地理位置變化。由于地理位置不同，太陽(yáng)光照強(qiáng)度也不相同。在低緯度的赤道附近，太陽(yáng)光照最強(qiáng)，電子密度最大。越靠近南北極，太陽(yáng)的光照越弱，電子密度也越小。我國(guó)處于北半球，南方的電子密度就比北方的大。

2．電離層的不規(guī)則變化

(1)突發(fā)E層(或稱(chēng)Es層)。

(2)電離層突然騷擾(SuddenIonosphericDisturbances)。

當(dāng)耀斑發(fā)生8分18秒左右，太陽(yáng)輻射出的極強(qiáng)X射線(xiàn)到達(dá)地球，穿透高空大氣一直達(dá)到D層，使得各層電子密度均突然增加，尤其D層可能達(dá)到正常值的10倍以上，如圖12-1-5所示。圖12-1-5電離層騷擾時(shí)電子密度增大

(3)電離層暴(IonosphericStorm)。太陽(yáng)耀斑爆發(fā)時(shí)除輻射大量紫外線(xiàn)和X射線(xiàn)外，還以很高的速度噴射出大量帶電的微粒流即太陽(yáng)風(fēng)，速度約幾百上千km/s，到達(dá)地球需要30h左右。帶電粒子穿過(guò)磁層到達(dá)電離層，使電離層正常的電子分布發(fā)生劇烈變動(dòng)，稱(chēng)之為電離層暴，其中F2層受影響最大，它的厚度擴(kuò)展，有時(shí)電子密度下降，有時(shí)卻使電子密度增加，最大電子密度所處高度上升。電離層的異常變化中對(duì)電波傳播影響最大的是電離層騷擾和電離層暴。12.1.3電離層的等效電參數(shù)

在電波未射入電離層之前，電離層中的中性分子和離子與電子一起進(jìn)行著漫無(wú)規(guī)律的熱運(yùn)動(dòng)。當(dāng)電波進(jìn)入電離氣體時(shí)，自由電子在入射波電場(chǎng)作用下作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。

設(shè)v為電子運(yùn)動(dòng)速度，e為電子電量，m為電子質(zhì)量，υ為碰撞頻率(υ表示一個(gè)電子在1秒鐘內(nèi)與中性分子的平均碰撞次數(shù))，并設(shè)碰撞時(shí)電子原有動(dòng)量全部轉(zhuǎn)移給中性分子，故每秒鐘動(dòng)量的改變?yōu)閙vυ，則電子運(yùn)動(dòng)方程為

(12-1-1)對(duì)于諧變電磁場(chǎng)，上式可改寫(xiě)為

(12-1-2)

由此可得

(12-1-3)因?yàn)殡娮舆\(yùn)動(dòng)形成的運(yùn)流電流密度為

(12-1-4)所以電離層中的麥克斯韋第一方程為

(12-1-5)式中

(12-1-6)

(12-1-7)

(12-1-8)當(dāng)考慮地磁場(chǎng)的影響時(shí)，電子不僅受到入射電場(chǎng)的作用，還要受到地磁場(chǎng)的作用，其作用力為

(12-1-9)

FB稱(chēng)為洛侖茲力。式中，v為電子的運(yùn)動(dòng)速度；B0為地磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。由上式可知，當(dāng)電子沿入射波電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，若電場(chǎng)方向與地磁場(chǎng)方向一致，則FB=0，地磁場(chǎng)對(duì)電子運(yùn)動(dòng)不產(chǎn)生任何影響。若電場(chǎng)方向與地磁場(chǎng)方向垂直，則FB值最大，電子將圍繞地磁場(chǎng)的磁力線(xiàn)以磁旋角頻率ωH=eB0/m作圓周運(yùn)動(dòng)。12.2.1反射條件

當(dāng)不考慮地磁場(chǎng)影響時(shí)，電離層等效相對(duì)介電常數(shù)為一標(biāo)量εr，若滿(mǎn)足ω2>>υ2條件，同時(shí)將m=9.106×10-31kg，ε0=×10-9F/m，e=1.602×10-19C，代入式(12-1-7)，得

(12-2-1)12.2無(wú)線(xiàn)電波在電離層中的傳播式中,N為電子密度(1/m3);f為頻率(Hz)。電離層的折射率n為

(12-2-2)

假設(shè)電離層是由許多厚度極薄的平行薄片構(gòu)成的，每一薄片內(nèi)電子密度是均勻的。

設(shè)空氣中電子密度為零，而后由低到高，在Nmax以下空域，各薄片層的電子密度依次為

0<N1<N2<N3…<Nn-1<Nn

則相應(yīng)的折射率為

n0>n1>n2>n3>…>nn-1>nn

圖12-2-1電波在電離層內(nèi)連續(xù)折射

如圖12-2-1所示，當(dāng)頻率為f的無(wú)線(xiàn)電波以一定的入射角θ0由空氣射入電離層后，電波在通過(guò)每一薄片層時(shí)折射一次，當(dāng)薄片層數(shù)目無(wú)限增多時(shí)，電波的軌跡變成一條光

滑的曲線(xiàn)。

根據(jù)折射定理，可得

n0sinθ0=n1sinθ1=n2sinθ2=…=nnsinθn(12-2-3)當(dāng)電波深入到電離層的某一高度hn時(shí)，恰使折射角θn=90°，即電波經(jīng)過(guò)折射后其傳播方向成了水平的，它的等相位面成為垂直的。這時(shí)電波軌跡到達(dá)最高點(diǎn)。在等相位面的高處相速大，而在等相位面的低處相速小，這就會(huì)形成電波向下彎曲的傳播軌跡，繼續(xù)應(yīng)用折射定律，射線(xiàn)沿著折射角逐漸減小的軌跡由電離層深處逐漸折回。由于電子密度隨高度變化是連續(xù)的，因此電波傳播的軌跡是一條光滑的曲線(xiàn)。將n0=1，θn=90°代入上式，可得電波從電離層內(nèi)反射下來(lái)的條件式：

(12-2-4)圖12-2-2不同頻率的電波傳播軌跡(入射角相同)式中Nn是反射點(diǎn)的電子密度。上式表明了電波能從電離層返回地面時(shí)，電波頻率f、入射角θ0和反射點(diǎn)的電子密度Nn之間必須滿(mǎn)足的關(guān)系。由該式可得出如下結(jié)論：

(1)電離層反射電波的能力與電波頻率有關(guān)。在入射角θ0一定時(shí)，電波頻率越低，越易反射。

(2)電波在電離層中的反射情況還與入射角θ0有關(guān)。當(dāng)電波頻率一定時(shí)，入射角越大，越易反射。能滿(mǎn)足θn＝90°的條件，從而使電波從電離層中反射下來(lái)，如圖12-2-3所示。

當(dāng)電波垂直向上發(fā)射即θ0=0°時(shí)，能從電離層反射回來(lái)的最高頻率稱(chēng)為臨界頻率(CriticalFrequency)，用fc表示。將θ0＝0°，Nn=Nmax代入式(12-2-4)，可得臨界頻率為

(12-2-5)對(duì)于以某一θ0斜入射的電波，能從電離層最大電子密度Nmax處反射回來(lái)的最高頻率由上兩式可得

(12-2-6)

對(duì)于一般的斜入射頻率f及在同一N處反射的垂直入射頻率fv之間，也有類(lèi)似的關(guān)系：

f=fvsecθ0(12-2-7)

上式稱(chēng)為電離層的正割定律，如圖12-2-4所示。它表明當(dāng)反射點(diǎn)電子密度一定時(shí)(fv一定時(shí))，通信距離越大(即θ0越大)，允許頻率越高。圖12-2-3不同入射角時(shí)電波的軌跡(電波頻率相同)圖12-2-4正割定律圖12-2-5入射角θ0與射線(xiàn)仰角Δ的關(guān)系

臨界頻率是一個(gè)重要的物理量，所有頻率低于fc的電波，都能從電離層反射回來(lái)。

而f>fc的電波，若入射角大于式(12-2-4)，或者f小于式(12-2-6)最高頻率，則能從電離層反射下來(lái)，否則穿出電離層。

通常總是以一定仰角來(lái)投射電波，由于地球曲率關(guān)系，入射角θ0與射線(xiàn)仰角Δ的關(guān)系參見(jiàn)圖12-2-5，設(shè)R為地球半徑，h為電離層高度，由正弦定律得

(12-2-8)

(12-2-9)

在仰角為Δ的條件下，電離層能反射的最高頻率為

(12-2-10)

(3)由于電離層的電子密度有明顯的日變化規(guī)律，白天電子密度大，臨界頻率高，則允許使用的頻率就高；夜間電子密度小，則必須降低頻率才能保證天波傳播。12.2.2電離層的吸收

在電離層中，除了自由電子外還有大量的中性分子和離子的存在，它們都處于不規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)中，當(dāng)受電場(chǎng)作用的電子與其它粒子相碰撞時(shí)，就將從電波得到的動(dòng)能傳遞給中性分子或離子，轉(zhuǎn)化為熱能，這種現(xiàn)象稱(chēng)為電離層對(duì)電波的吸收。電離層吸收可分為偏移吸收和非偏移吸收。非偏移區(qū)是指電離層中折射率n接近1的區(qū)域，在這個(gè)區(qū)域電波射線(xiàn)幾乎是直線(xiàn)，故得名非偏移區(qū)。例如在短波波段，當(dāng)電波由F2層反射時(shí)，D、E、F1層便是非偏移區(qū)。

計(jì)算非偏移吸收，可根據(jù)電磁場(chǎng)理論，已知有耗媒質(zhì)的εr和σ，則衰減常數(shù)α為

(12-2-11)對(duì)于短波傳播，通常滿(mǎn)足σ/(ωε)<<1，則

(12-2-12)

在非偏移區(qū)通常有εr≈1，電波在電離層內(nèi)傳播時(shí)總衰減可按求出，其中l(wèi)是電波在電離層中所經(jīng)的路徑。一般來(lái)說(shuō)，這個(gè)吸收比較小，由電離層參數(shù)的中值計(jì)算結(jié)果表明，電離層吸收損耗僅為幾個(gè)分貝，通常是在10dB以下。12.3.1傳播模式

所謂傳播模式，就是電波從發(fā)射點(diǎn)輻射后傳播到接收點(diǎn)的傳播路徑。由于短波天線(xiàn)波束較寬，射線(xiàn)發(fā)散性較大，同時(shí)電離層是分層的，所以在一條通信電路中存在著多種傳播路徑，也即存在著多種傳播模式。12.3短波天波傳播圖12-3-1傳輸模式示意圖若通信距離更遠(yuǎn)時(shí)，必須經(jīng)過(guò)幾跳才能到達(dá)。通信距離小于2000km時(shí)，電波可能通過(guò)F層一次反射到達(dá)接收點(diǎn)，也可能通過(guò)E層一次反射到達(dá)接收點(diǎn)，前者稱(chēng)1F傳輸模式，后者稱(chēng)1E傳輸模式，當(dāng)然也可能存在2F或2E模式等，如圖12-3-1所示。對(duì)某一通信電路而言，可能存在的傳輸模式是與通信距離、工作頻率、電離層的狀態(tài)等因素有關(guān)。

表12-3-1列出了各種距離可能存在的傳輸模式。表12-3-1傳輸模式圖12-3-21F模式的兩條傳播路徑12.3.2短波天波傳播工作頻率的選擇

(1)不能高于最高可用頻率fMUF(MaximumUsableFrequency)。

(2)不能低于最低可用頻率fLUF(LowestUsableFrequency)。

圖12-3-4給出了某電路最高可用頻率和最低可用頻率的典型日變化曲線(xiàn)。

由以上討論可知，工作頻率應(yīng)低于最高可用頻率,以保證信號(hào)能被反射到接收點(diǎn)，而高于最低可用頻率，以保證有足夠的信號(hào)強(qiáng)度，即

fLUF<f<fMUF(12-3-1)圖12-3-3不同通信距離時(shí)fMUF~t的變化圖12-3-4fMUF和fLUF的日變化曲線(xiàn)12.3.3短波天波傳播的幾個(gè)主要問(wèn)題

短波天波傳播時(shí)，電波比較深入地進(jìn)入電離層，受電離層的影響較大，信號(hào)不穩(wěn)定。

1.衰落現(xiàn)象嚴(yán)重

衰落(Fading)現(xiàn)象是指接收點(diǎn)信號(hào)振幅忽大忽小，無(wú)次序不規(guī)則的變化現(xiàn)象。如圖12-3-5所示，圖(a)是地面波與天波同時(shí)存在造成的衰落，因只發(fā)生在離發(fā)射天線(xiàn)不遠(yuǎn)處，這種衰落稱(chēng)為近距離衰落；圖(b)是由不同反射次數(shù)的天波干涉形成的衰落，稱(chēng)為遠(yuǎn)距離衰落；圖(c)是由于電離層的不均勻性而產(chǎn)生的漫射現(xiàn)象引起的衰落；圖(d)是由于地磁場(chǎng)影響而出現(xiàn)的雙折射效應(yīng)引起的衰落。圖12-3-5干涉性衰落

2.多徑時(shí)延效應(yīng)

短波天波傳播中，隨機(jī)多徑傳輸現(xiàn)象不僅引起信號(hào)幅度的快衰落，而且使信號(hào)失真或使信道的傳輸帶寬受到限制。多徑時(shí)延(MultipathTimeDelay)是指多徑傳輸中最大的傳輸時(shí)延與最小的傳輸時(shí)延之差，以τ表示，其大小與通信距離、工作頻率、時(shí)間等有關(guān)。

1)多徑時(shí)延τ與工作距離有較明顯的關(guān)系

圖12-3-6為薩拉曼(Salaman)依據(jù)實(shí)驗(yàn)資料作出的多徑時(shí)延與通信距離的關(guān)系曲線(xiàn)，由圖可見(jiàn)，在200～300km的短程電路上，多徑時(shí)延可達(dá)8ms，這主要是因?yàn)樵趲装偾椎亩坛屉娐飞?，通常都使用弱方向性天線(xiàn)如雙極天線(xiàn)等，電波傳播模式較多，射線(xiàn)仰角相差不大，吸收損耗也相差不大，故在接收到的信號(hào)分量中，各種模式都有相當(dāng)?shù)呢暙I(xiàn)，這樣

在短程電路中就會(huì)造成嚴(yán)重的多徑時(shí)延。在2000～5000km的距離上，可能存在的傳輸模式較少，多徑時(shí)延3ms左右。圖12-3-6多徑時(shí)延與通信距離的關(guān)系

2)多徑時(shí)延與工作頻率有關(guān)

當(dāng)頻率接近最高可用頻率時(shí)，多徑時(shí)延最小，特別是在中午，D、E層吸收較大，多跳難以實(shí)現(xiàn)，容易得到真正的單跳傳播。當(dāng)頻率降低時(shí)，傳播模式的種類(lèi)就會(huì)增加，因而多徑時(shí)延增大。當(dāng)頻率進(jìn)一步降低時(shí)，由于電離層吸收增強(qiáng)，某些模式遭到較大的吸收而減弱，可以忽略不計(jì)，多徑時(shí)延有可能減小。

3)多徑時(shí)延隨時(shí)間變化

由于電離層電子密度的變化，造成多徑時(shí)延隨著時(shí)間而變化。

3.靜區(qū)

在短波電離層傳播的情況下，有些地區(qū)天波和地波都收不到，而在離發(fā)射機(jī)較近或較遠(yuǎn)的地區(qū)均可收到信號(hào)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為越距，收不到任何信號(hào)的地區(qū)稱(chēng)為“靜區(qū)”SilentZone)，也稱(chēng)“啞區(qū)”，如圖12-3-7所示，靜區(qū)是一個(gè)圍繞發(fā)射機(jī)的某一環(huán)行地帶(設(shè)發(fā)射天線(xiàn)水平面是無(wú)方向性的)。圖12-3-7短波傳播的靜區(qū)

4.環(huán)球回波現(xiàn)象

我們知道，無(wú)線(xiàn)電波傳播速度c=3×108m/s，一條長(zhǎng)6000km的通信線(xiàn)路，電波只要20ms即可到達(dá)。

經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在適當(dāng)?shù)臈l件下，電波可經(jīng)電離層多次反射，或者在地面與電離層之間來(lái)回反射，可能環(huán)繞地球再度出現(xiàn)，如圖12-3-8所示，稱(chēng)為環(huán)球回波。圖12-3-8環(huán)球回波(a)反向回波；(b)正向回波

5.電離層暴的影響

在收聽(tīng)短波信號(hào)時(shí)，即使收、發(fā)設(shè)備都正常，有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)信號(hào)突然中斷現(xiàn)象，這往往是由于電離層暴或電離層騷擾引起的。當(dāng)太陽(yáng)表面突然出現(xiàn)耀斑時(shí)，太陽(yáng)輻射出強(qiáng)大的紫外線(xiàn)和大量的帶電粒子，使電離層的正常結(jié)構(gòu)遭到破壞，特別是對(duì)于最上面的F2層影響最大，因而可能造成信號(hào)突然中斷。12.3.4傳輸損耗的估算

短波天波的傳輸損耗如圖12-3-9所示，其中基本傳輸損耗Lb通常是指電波在實(shí)際媒質(zhì)中傳輸時(shí)，由于能量擴(kuò)散和媒質(zhì)對(duì)電波的吸收、反射、散射等作用而引起的電波能量衰減，這里主要介紹基本傳輸損耗Lb。圖12-3-9短波天波傳輸損耗框圖

1.自由空間基本傳輸損耗L0

由于電波在傳播過(guò)程中，隨著距離的增大，能量擴(kuò)散到愈來(lái)愈大的球面上，從而引起功率流密度的下降，形成電波場(chǎng)強(qiáng)的“擴(kuò)散衰減”，其計(jì)算公式已由式(10-2-7)給出，即

L0=32.45+20lgf(MHz)+20lgr(km)dB(12-3-4)式中r為電波傳播的實(shí)際路徑長(zhǎng)度，應(yīng)根據(jù)傳輸模式、通信距離和電離層高度進(jìn)行計(jì)算。Lbf是主要的傳輸損耗分量。

2.電離層吸收損耗La

電離層吸收損耗是天波傳輸損耗中的第二位因素，對(duì)短波而言，主要是指電波穿過(guò)電離層時(shí)由D層、E層引起的吸收損耗，即非偏移吸收。電離層的吸收損耗可近似按求出，其中衰減系數(shù)由式(12-2-12)求出，即

(12-3-5)

3.大地反射損耗Lg

假設(shè)入射電波是圓極化波，即水平極化分量和垂直極化分量相等，則地面反射損耗為

(12-3-6)式中RV和RH分別是垂直極化和水平極化的地面反射系數(shù)，由下式給出:

(12-3-7)

(12-3-8)

4.額外系統(tǒng)損耗Lp

額外系統(tǒng)損耗Lp包括除上述三種損耗以外的其它所有原因引起的損耗，例如偏移吸收、Es層附加損耗、極化損耗、電離層非鏡面反射損耗等。圖12-3-9中的聚焦與散焦是指實(shí)際電離層等效反射面往往是彎曲的，當(dāng)這個(gè)面類(lèi)似凹面反射鏡時(shí)，電波經(jīng)電離層反射到達(dá)地面的功率流密度，就比電離層為平面時(shí)反射的功率流密度要大，這就是電離層聚焦。

通常電離層可能或多或少地出現(xiàn)這種情況。

Lp是一項(xiàng)綜合估算值，它是由大量電路實(shí)測(cè)的天波傳播損耗數(shù)據(jù)，扣除已指明的三項(xiàng)損耗后而得到的。Lp值與反射點(diǎn)的本地時(shí)間T(小時(shí))有關(guān)，可按下述數(shù)值估算:

(12-3-9)12.3.5短波天波傳播的特點(diǎn)

(1)能以較小的功率進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳播。

(2)白天和夜間要