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为什么无线电信号在夜晚的传输距离比白天远?

2015-07-01 16:17:31 admin 115

并不是所有的无线电波在晚上要比白天晚上传播得更远,但一些短波和中长波,比如调频(FM)广播,在适当条件下是绝对可以的。这种情况的主要原因是信号与电离层的交互影响,以及从夜晚到白天如何交互变化有关。

电离层是海拔约50600英里的一层大气。它的得名源于受太阳和宇宙辐射一直产生电离。简单术语来说,太阳(和其他宇宙来源)产生的x射线、紫外线和比无线电波更短的波,当这些特定的光子被分子吸收,就会在这层大气释放电子。因为电离层(特别是在上层)的分子和原子密度非常低,能允许自由电子在最终重组前以这种方式存在很短的一段时间。大气中海拔越低,分子的密度更大,这种重组会发生得越快。

     这和无线电波有什么关系呢?没有干扰的话,无线电波从广播源以直线的方式行进,最终达到电离层。然后会发生什么取决于多种因素,其中最需要注意的是波的频率和自由电子的密度。对于无线电波,给定合适的条件下,从本质上说,它们会在地面和电离层之间来回穿梭,传播信号越来越远。显然电离层在地面广播过程中发挥重要作用,但它不断变化的特性让事情就有趣了。要解释清楚,我们不得不来点技术含量的,当然不会让你算什么数学题的,尽量降低复杂性。

     不管在什么情况下,电离层的成分在晚上变化最大,主要是因为太阳下山了。失去了电辐射来源,DE水平(上图)的电离层停止电离,F地区(特别是F2)仍然完全电离。进一步来说,因为这里的气层比ED区域明显淡薄一些,它会产生更多的自由电子 (这是关键)

 当这些电子遇到一个强大的无线电波,他们会振荡波的频率,吸收一些无线电波的能量。如果有足够多的电子,也可能发生在F(当遇到电子的密度足够的相对于特定的信号频率),并假设他们不只是和一些离子(更可能白天出现在ED)重组,这可以非常有效地并以足够的强度折射信号回到地球。

基于以上这些条件,这个过程中信号可能在地面和电离层间重复几次。因此,使用这个天波,而不是白天的地波,调频广播信号可以传播至数千英里。

当然,还有一个限制可能成为一个主要的问题,因为只有100多个可用无线电频率(限制保持信号的干扰太多),但在美国有5000多个调频广播电台。到晚上,因为这些电台信号可以传输如此之远,都成了电台干扰彼此的秘诀。因此,在晚上,美国无线电台通常会降低信号力度直到第二天日出,或者使用定向天线来保证它们的特定信号不被其他电台的相同频率信号干扰。另一方面,调频电台也不需要做什么,电离层不会太影响他们的信号,反而带来好处(或者坏处,看你怎么想了),对于那些受限的无线电波信号来说,可以依靠传播。

(转自中国集群通信网)