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K9LA关于传播的纯理论文章----电离层的结构
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K9LA关于传播的纯理论文章----电离层的结构
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发表于: 2014-04-15
— 本帖被 BA7IO 执行加亮操作(2014-04-16) —
在讨论HF传播时,你可能看见过下面这张图或者相似的图片。这是一张用来表示电离层的不同结构、以及表示昼夜之间电离层区别的简化图。
图片:STRK of iono 1.jpg
但是,这张图太简单了。简单到会让你疑惑,这些结构是如何产生的呢?
这张简化图让人疑惑的一个原因是它所描绘出的清晰的分层,且每层之间没有任何物质。甚至有人可能会据此推测,在白天的时候电磁波可以在F1层和F2层之间传导
。事实上简图里的这种描述和电离层的真实状况相差向远。真实的电离层结构是随着高度变化而电子浓度跟着变化、并且在达到某个极值时出现拐点,而不是完全独立的分层。下面的这张图表示的是电子浓度的典型图,图中的黑线表示电子浓度。
图片:STRK of iono 2.jpg
这张图是用电离测量装置测得的,该装置就是垂直指向天空的雷达站。通常的测量方法是把电波的扫频回声转换为电子浓度,这张图就是位于波多黎各的雷米电离测量装置记录的2006年9月14日,1545UTC时间点的白天电离图。
从图中可以明显的看出电子浓度是随着高度的增加而增加(横轴通过用频率来表示电子浓度,频率和电子浓度的关系是F=9 x (Ne)^1/2,竖轴的单位是Km)。从图中还可以看出并不存在完全独立的分层,也就是说我们不应该用“层”这个词语,用“区域”这个词语更合适。
图中有两个极值,一个小点的极值是在E“区域”,即约在107公里高度的3.7MHz;以及一个较大的极值在F2“区域”,即约在273公里高度的6.7MHz。D“区域”和E“区域”的过渡并不明显,与简化图中的描述完全不同。F1区域只有个拐点,即约在185公里高度的4.8MHz),这也就是我先前所说的F1区域和F2区域不存在传导的原因,因为不存在我们从简化图中看到,被假想出起传导作用的上下边界。
由简化图我们得出的另一个错误结论是夜间不存在E“区域”,实际上夜间E“区域”仍有残余电离,并对低波段频率(160米和80米)的吸收和折射带来较大的影响。
对简化图产生迷惑的另一个原因是缺少对电离层每个区域“力量”的认识。
有人可能会认为所有电磁波,不管是什么频率,在电离层中都可以达到相同高度。事实是随着高度的增加,电子浓度也相应增加,低波段频率(160米和80米)不会达到高波段频率(15米,12米和10米)能够达到的电离层高度。这是因为对于给定的电子浓度,折射量(或者弯曲量)与频率的平方成反比例。在谈论远距离传播时,这是个重要的影响因素。频率越低,其单跳的距离越短,电波能量被吸收的越多。
简而言之,电离层真实的电子浓度图和简化图是完全不同的。简化图有利于简单介绍,而要理解短波的传播机制,就必须理解电离层的真实结构。
[ 此帖被BH4SRC在2014-04-15 19:18重新编辑 ]
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