空間環(huán)境對(duì)無線電波傳播的影響分析

【摘要】隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和更新，無線電通信事業(yè)也得到了快速發(fā)展，特別是伴隨著數(shù)字化、自適應(yīng)及編碼糾錯(cuò)等新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，無線電通信的可靠性有了很大的提高。由于無線電通信離不開電波的傳播，而電波傳播又與自由空間環(huán)境有著密切的關(guān)系，因此，本文試圖從空間環(huán)境特別是電離層給無線電波的傳播造成的影響方面入手進(jìn)行分析，希望能為進(jìn)一步提高無線電通信可靠性的相關(guān)研究提供參考。

【關(guān)鍵詞】空間環(huán)境無線電波傳播分析

無線電波的傳播是指其通過介質(zhì)和在介質(zhì)的分界面中的路徑，從發(fā)射點(diǎn)到接受點(diǎn)的全過程。主要研究?jī)蓚€(gè)方面：一是電波傳播的物理機(jī)制，包括吸收、折射、反射、繞射、散射、多普勒效應(yīng)等，這些過程的形成由電波特性和環(huán)境特性決定；二是信號(hào)的傳播特性，包括無線電信號(hào)在傳播過程中的衰減、衰落、極化偏移和時(shí)域、頻域畸變等效應(yīng)。這兩個(gè)方面可以對(duì)信息傳輸?shù)馁|(zhì)量和可靠性產(chǎn)生重要的影響。

1無線電波傳播的主要空間環(huán)境

無線電波傳播的環(huán)境比較多，其中宇宙空間環(huán)境主要分為地球磁場(chǎng)和空間等離子體環(huán)境。

（一）地球磁場(chǎng)

地球的磁場(chǎng)對(duì)無線電波傳播的影響不是直接的，但是它對(duì)無線電波傳播也有著重要的影響。地球的磁場(chǎng)分為內(nèi)、外兩種源場(chǎng)，內(nèi)源場(chǎng)是指地球內(nèi)部的基本磁場(chǎng)和地殼里的感生場(chǎng)。外源場(chǎng)則是指地球附近電力體系構(gòu)成的磁場(chǎng)。

（二）等離子體環(huán)境

1、電離層的等離子體環(huán)境

從通訊技術(shù)的發(fā)展歷程來看，電離層的電子密度一直是影響通訊質(zhì)量的重要因素。現(xiàn)階段，在研究中常常用到的都是簡(jiǎn)單的電離層模型，如拋物層模型和指數(shù)層模型等。電離層為異性、有耗、不均勻與時(shí)變的傳輸介質(zhì)，它能夠使從中通過的電磁波產(chǎn)生變化。

2、星際與太陽附近的等離子體的環(huán)境

太陽風(fēng)被研究者們稱為“冷凍磁場(chǎng)”，而太陽風(fēng)就是太陽噴射的等離子體流，這種磁場(chǎng)的強(qiáng)度由等離子體流和太陽之間的距離來決定的，等離子流體離太陽越遠(yuǎn)，磁場(chǎng)強(qiáng)度就越低。這種磁場(chǎng)必然會(huì)對(duì)無線電波的傳播產(chǎn)生影響，不過這種影響會(huì)根據(jù)太陽風(fēng)的強(qiáng)度來確定。

3、地球磁層等離子體環(huán)境

磁層是近地空間與太陽風(fēng)的過渡區(qū)，太陽風(fēng)向磁層傳輸能量，然后再經(jīng)過磁層的轉(zhuǎn)換和輸運(yùn)，與電離層和熱層相耦合，這樣就會(huì)對(duì)近地環(huán)境產(chǎn)生影響，從而也就會(huì)對(duì)無線電波的傳播帶來影響，其影響程度由太陽風(fēng)的能量決定。

2無線電波傳播的特性

在真空中，無線電波的傳播稱為自由空間傳播。電波在自由空間傳播時(shí)，其能量既不會(huì)被障礙物吸收，也不會(huì)產(chǎn)生反射或散射。這是一種理想化的傳播，提供了簡(jiǎn)化的計(jì)算條件，實(shí)際上電波是不可能在真空中傳播的。

（一）擴(kuò)散衰減

電波傳播的特征主要是擴(kuò)散衰減。衰減是指距離輻射源的某個(gè)傳播距離處功率的密度和單位距離處功率的密度的比，這個(gè)值與傳播的距離的平方成反比關(guān)系。

（二）介質(zhì)折射、吸收的衰減

無線電波傳播的特性還有由介質(zhì)的折射與吸收而造成的衰減，其中前者的衰減取決于折射率n，后者主要取決于吸收的衰減常數(shù)a。下面的式子為這兩者和f（頻率）、μ（介質(zhì)磁導(dǎo)率）、ε（介電常數(shù)）、σ（介質(zhì)電導(dǎo)率）之間的函數(shù)關(guān)系。

ε0是自由空間的介電常數(shù)，N是電子的密度，V是電子和中性分子每妙的碰撞次數(shù)，e是電子的電量，m是電子的質(zhì)量。

3空間環(huán)境對(duì)無線電波傳播的影響

以上空間環(huán)境對(duì)無線電波的傳播產(chǎn)生影響的程度不同，但是這些影響都與電離層的電子密度有關(guān)。同時(shí)，我們也知道電離層的電子密度和太陽相對(duì)的位置有著密切的關(guān)系。所以，在天際的通訊中，太陽的位置及其輸送的能量對(duì)無線電波的傳播有著巨大的影響。下面重點(diǎn)分析兩種影響無線電傳播的因素。

（一）電磁波的折射率

在介質(zhì)中，電磁波的傳播速度v同ε和μ相關(guān)，我們又知道n=μrεr姨，這一公式就體現(xiàn)出了電波傳播特性和介質(zhì)折射率有著很大的關(guān)系，因此我們可以從分析介質(zhì)折射率去得出無線電波傳播受到的影響，經(jīng)過各項(xiàng)研究得出，不均勻的折射率會(huì)損耗天線指向、聚焦和散焦。

（二）電離層閃爍

無線電波在穿過密度不均的電離層時(shí)，其幅度、極化狀態(tài)、相位以及到達(dá)角都會(huì)發(fā)生變化，這種現(xiàn)象就叫做電離層閃爍。它主要表現(xiàn)在信號(hào)電平快速起伏方面，信號(hào)峰的起伏能夠達(dá)到1至10dB，持續(xù)時(shí)間為幾分鐘或者是幾小時(shí)。其閃爍的程度就是在一定時(shí)間內(nèi)接受的功率標(biāo)準(zhǔn)偏差和平均的接受功率之間的比例關(guān)系，即是

結(jié)束語

在無線電通信領(lǐng)域，電離層對(duì)人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)具有重大意義，涉及的應(yīng)用包括廣播、無線電導(dǎo)航、雷達(dá)定位等方面，受影響的波段從極低頻直至甚高頻。因此，目前對(duì)影響無線電波傳播的因素進(jìn)行研究的方向，也主要體現(xiàn)在對(duì)電離層的研究上，以便于充分利用無線電波傳播特性，開發(fā)高質(zhì)量的通訊產(chǎn)品，從而更大地方便人們的生活。

參考文獻(xiàn)

[1]楊永常，宗鵬，魏志勇等.空間環(huán)境對(duì)無線電波傳播的影響綜述.航天器環(huán)境工程，2009，26（1）：26-32

[2]王樹奇，房濤，郭枳彤等.礦井有限空間無線電波傳播特性研究. //陜西省通信學(xué)會(huì)2009年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.2009:66-69

[3]劉瑞霞.基于信息柵格的電波環(huán)境數(shù)據(jù)庫系統(tǒng).同濟(jì)大學(xué)軟件學(xué)院，2007

[4]趙育才.無線電波傳播預(yù)測(cè)與干擾分析研究及實(shí)現(xiàn).國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2009