应用物理中无线电波的细节分析

摘要

研究简介

无线电波的频率通常为300千兆赫(GHz)及以下，是电磁波谱中波长最长的一种电磁辐射。在300ghz时，波长为1毫米，比一粒米还短;波长为10000公里(6200英里)(比地球半径还长)。无线电波和所有电磁波一样，在真空中以光速传播，在地球大气层中也以几乎相同的速度传播。自然产生的无线电波是由闪电和天文物体发出的，是所有温暖物体发出的黑体辐射的组成部分。无线电波是由带电粒子加速产生的，比如时变电流。无线电波由于波长大，具有比其他电磁波更有利的传播特性，因而在通信中得到更广泛的应用。

无线电波可以在任何天气穿过大气层，穿过树叶和大多数建筑材料，通过衍射，它们可以在障碍物周围弯曲。此外，与其他电磁波不同的是，它们倾向于被比自己大的物体散射而不是吸收。为了设计有用的无线电系统，了解无线电传播或无线电波如何在空间和地球表面传播是至关重要的。无线电波经过反射、折射、极化、衍射和吸收，在不同的环境中移动。不同的无线电波段对于特定的用途比其他波段更有利，因为它们经历了这些大气现象的不同组合。三种不同的无线电传播技术主要用于实际的无线电通信系统:

视线

这是指无线电波沿直线从发射天线传播到接收天线。无线电波可以以较低的频率穿过树叶、建筑物和其他障碍物，因此并不总是需要清晰的视线。在频率高于30 MHz时，这是唯一实用的传播技术。视界限制视线在地球表面传播约64公里(40英里)。手机、调频广播、电视广播和雷达都采用这种技术。点对点微波中继链路通过使用碟形天线传输微波波束，将电话和电视信号传输到很远的地方，直到视界。卫星和宇宙飞船可以与数十亿英里外的地面站通信。

间接传播:衍射和反射使无线电信号到达视线之外的点。由于衍射，无线电波会在诸如建筑物边缘、汽车或大厅转弯等障碍物周围弯曲。墙壁、地板、天花板、汽车和地面等表面也会部分反射无线电波。这些类型的传播用于短程无线电通信系统，如手机、无绳电话、对讲机和无线网络。这种模式的一个缺点是多径传播，当无线电波从发送天线通过多条路由传播到接收天线时，就会发生这种情况。这些波经常相互作用，导致信号减弱和其他接收问题。

地面波

由于衍射，垂直极化无线电波可以在丘陵和山脉上弯曲，并在中波和长波波段以低于2兆赫的较低频率传播到地平线之外，以地球形状的表面波传播。这使得中波和长波广播电台的覆盖范围可以超出地平线数百英里。随着频率的降低，损失和可能的范围也会降低。军用甚低频(VLF)和极低频(ELF)通信设备可以与水下数百米的潜艇连接。

天空波

中短波波长的无线电波从电离层(大气中的一个区域)的带电粒子(离子)传导层中反弹。因此，以一定角度投射到天空中的无线电波可能会在地平线之外返回地球，这被称为跳跃或天波传播。长距离通信可以通过使用多次跳线来实现。天波的传播是不稳定的和受天气影响的。它在夜间和冬季最可靠。天波通信在二十世纪上半叶得到了广泛的应用，但由于其不可靠性，它被普遍放弃。军事超视距(OTH)雷达系统、一些自动化系统、无线电业余爱好者和短波广播电台继续使用它向其他国家广播。