無線電波的傳播

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 高中物理 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)


波長不同的電磁波有不同的傳播特性,這里只介紹無線電波的傳播。通常,無線電波有三種傳播方式:地波、天波和沿直線傳播的波。

地波沿地球表面附近的空間傳播的無線電波叫地波。地面上有高低不平的山坡和房屋等障物,根據(jù)波的衍射特性,當(dāng)波長大于或相當(dāng)于障礙物的尺寸時,波才能明顯地繞到障礙物的后面。地面上的障礙物一般不太大,長波可以很好地繞過它們。中波和中短波也能較好地繞過,短波和微波由于波長過短,繞過障礙物的本領(lǐng)就很差了。

地球是個良導(dǎo)體,地球表面會因地波的傳播引起感應(yīng)電流,因而地波在傳播過程中有能量損失。頻率越高,損失的能量越多。所以無論從衍射的角度看還是從能量損失的角度看,長波、中波和中短波沿地球表面可以傳播較遠(yuǎn)的距離,而短波和微波則不能。

地波的傳播比較穩(wěn)定,不受晝夜變化的影響,而且能夠沿著彎曲的地球表面達(dá)到地平線以外的地方,所以長波、中波和中短波用來進(jìn)行無線電廣播。

由于地波在傳播過程中要不斷損失能量,而且頻率越高(波長越短)損失越大,因此中波和中短波的傳播距離不大,一般在幾百千米范圍內(nèi),收音機在這兩個波段一般只能收聽到本地或鄰近省市的電臺。長波沿地面?zhèn)鞑サ木嚯x要遠(yuǎn)得多,但發(fā)射長波的設(shè)備龐大,造價高,所長波很少用于無線電廣播,多用于超遠(yuǎn)程無線電通信和導(dǎo)航等。

天波依靠電離層的反射來傳播的無線電波叫做天波。什么是電離層呢?地球被厚厚的大氣層包圍著,在地面上空50千米到幾百千米的范圍內(nèi),大氣中一部分氣體分子由于受到太陽光的照射而丟失電子,即發(fā)生電離,產(chǎn)生帶正電的離子和自由電子,這層大氣就叫做電離層。

電離層對于不同波長的電磁波表現(xiàn)出不同的特性。實驗證明,波長短于10m的微波能穿過電離層,波長超過3000km的長波,幾乎會被電離層全部吸收。對于中波、中短波、短波,波長越短,電離層對它吸收得越少而反射得越多。因此,短波最適宜以天波的形式傳播,它可以被電離層反射到幾千千米以外。但是,電離層是不穩(wěn)定的,白天受陽光照射時電離程度高,夜晚電離程度低。因此夜間它對中波和中短波的吸收減弱,這時中波和中短波也能以天波的形式傳播。收音機在夜晚能夠收聽到許多遠(yuǎn)地的中波或中短波電臺,就是這個緣故。

沿直線傳播的電磁波微波和超短波既不能以地波的形式傳播,又不能依靠電離層的反射以天波的形式傳播。它們跟可見光一樣,是沿直線傳播的。這種沿直線傳播的電磁波叫空間波或視波。

地球表面是球形的,微波沿直線傳播,為了增大傳播距離,發(fā)射天線和接收天線都建得很高(圖3),但也只能達(dá)到幾十千米。在進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信時,要設(shè)立中繼站。由某地發(fā)射出去的微波,被中繼站接收,進(jìn)行放大,再傳向下一站。這就像接力賽跑一樣,一站傳一站,把電信號傳到遠(yuǎn)方(圖4)。直線傳播方式受大氣的干擾小,能量損耗少,所以收到的信號較強而且比較穩(wěn)定。電視、雷達(dá)采用的都是微波。

現(xiàn)在,可以用同步通信衛(wèi)星傳送微波。由于同步通信衛(wèi)星靜止在赤道上空36000km的高空,用它來做中繼站,可以使無線電信號跨越大陸和海洋。


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