电磁波在空间中的传输特性

电磁波既可以在空间传播，也可以在传输线或波导中传播。电磁波的传输特性同时取决于媒质结构特性和电波特性参数，这里主要讨论电磁波在空间的传播。

电磁波在空间的传播有地面波、空间波和天波三种途径，如图9-1所示。

图9-1　电磁波在空间的传播

（一）地面波传输

无线电波沿着地球表面的传播方式，称为地面波传输。当天线架设较低，且其沿地面方向为最大辐射方向时，主要是地波传播。地波传播的特点是信号比较稳定，基本上不受天气的影响，但随着电波频率的升高，传输损耗迅速增大。因此，这种方式更加适合中波传输。

地波传输的情况主要取决于地面条件。地面条件的影响主要表现在两个方面：一是地面的不平坦性，二是地面的地质情况。前者对电波的影响随波长不同而变化，而后者是从土壤的电气性质来研究对电波传播的影响。描述大地电磁特性的参数有介电系数ε（或相对介电常数εr）、电导率σ、磁导率μ。

（二）空间波传输(www.xing528.com)

从发射点经空间直线传播到接收点的无线电波叫空间波，又叫直射波。空间波传播距离限于视距范围，因此又叫视距传播。视距传播是指在发射天线和接收天线间能相互“看见”的距离内，电波直接从发射点传播到接收点（包括地面的反射波）的一种传播方式。

超短波和微波不能被电离层反射，主要是在空间直接传播。其传播距离很近，易受高山和高大建筑物阻挡，为了加大传输距离，必须架高天线，尽管这样，传输距离也不过50km左右。在传播过程中，它的强度衰减较慢，超短波和微波通信就是利用直射波传播的。在地面进行直射波通信，其接收点的场强由两路组成：一路由发射天线直达接收天线；另一路由地面反射后到达接收天线，如果天线高度和方向架设不当，容易造成相互干扰（例如电视的重影）。

当电波在低空大气层中传播时还要受到地面的影响。地球表面的物理结构例如地形起伏和任意尺寸的人造结构等，都会对电波有反射、散射和绕射等作用。特别是在地面视距传播方式中，地面结构几何尺寸和波长的比值不同，对电波传播的影响也不同。如当天线高架、地面平滑范围很大时，往往以反射为主；地面粗糙不平起伏较大时，必须考虑散射影响；当天线低架或障碍物尺寸比波长小得多时，则以绕射为主。而在地对空视距传播中如同步卫星通信系统，由于发（收）的另一端处于高达35800km的高空，再加上天线的方向图较尖锐，因而可以忽略地面的影响。

空间波传输的应用之一是电视广播和调频广播。电视广播工作于甚高频段（Very High Frequency，VHF）和特高频段（Ultra High Frequency，UHF），调频广播工作于甚高频段。

（三）天波传输

经过空中电离层的反射或折射后返回地面的无线电波叫天波。所谓电离层，是地面上空40km～800km高度电离了的气体层，包含有大量的自由电子和离子。这主要是由于大气中的中性气体分子和原子，受到太阳辐射出的紫外线和带电微粒的作用所形成的。电离层能反射电波，也能吸收电波。对频率很高的电波吸收得很少。短波（即高频）是利用电离层反射传播的最佳波段，它可以借助电离层这面“镜子”反射传播；被电离层反射到地面后，地面又把它反射到电离层，然后再被电离层反射到地面，这样经过多次反射，电磁波可以传播10000km以上。利用电离层反射的传播方式称为天波传输。

一年四季和昼夜的不同时间，电离层都有变化，影响电波的反射，因此天波传播具有不稳定的特点。白天电离作用强，中波无线电波几乎全部被吸收掉，在收音机里难以收到远地中波电台播音；夜晚电离层对短波吸收得比较少，收听到的广播就比较多，声音也比较清晰。由于电离层总处在变化之中，反射到地面的电波有强有弱，所以用短波收音时会出现忽大忽小的衰落现象。太阳黑子爆发会引起电离层的骚动，增加对电波的吸收，甚至会造成短波通信的暂时中断。

由于大地对短波吸收严重，所以短波沿地面只能传播几十千米。电离层反射到地面的区域可能是不连续的。