前言: 今年8月的时候,有个朋友带我去参加一个卫星通讯公司,回来自己查了一些资料,受到启发,碰巧现在也有点时间,写了这篇东西。 由于没地方能发, 就放在这里吧。题目虽然是“太阳活动和无线电通讯”,但里面是很多跑题的地方。知识是连通的,查下去的时候发现很多问题,一扯就能扯到很远。很多地方我自 己尝试加以讨论,很多为自己个人理解,不排除很多错误,有错欢迎指正。注意,里面数据并不一定完全准确,不同网页可能会有些微差别,但靠谱。
-------------------------------------------------------------------------------------------------- 本章内容 1.1.1电离层是怎样形成? 1.1.2大气层如何对无线电波吸收和反射? 1.1.3电离层分层介绍 1.2臭氧层(ozone) ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 第一章----------大气和无线电波传播 本节主要探讨大气的特性,从而了解其和无线电波传播的关系。 1.1电离层(ionosphere)(大气分层结构) (http://csep10.phys./astr161/lect/earth/atmosphere.html) http://www./earth/Atmosphere/layers_activity_print.html 1.1.1电离层是怎样形成? 地面的无线电通讯波段,需要靠电离层来传播,频率不会太高,但在空间的卫星,发射的波段往往是GHz量级,这和天文观测是有冲突的。什么波段为通讯用,什么为天文用是有规定的。有兴趣可参看 -United States Frequency Allocation http://www.ntia./files/ntia/publications/2003-allochrt.pdf -Radio Astronomy Frequencies List http:///luxorion/radioastro-frequencieslist.htm 由 于 D,E层空气较厚(参考1.1.3电离层分层介绍),即分子密度高,当无线电波经过大气层时,部分能量会传给自由电子和离子,引起他们以相同频率震动。如 果这些高能自由电子和离子随后没跟气体分子碰撞,那么他们就会以相同频率把之前吸收的能量再辐射出去,而无线电波也可以继续传播,不过强度可能稍微减弱。 然而,如果自由电子和离子在吸收无线电波能量后,和其他中性粒子碰撞,那能量就会转化和热能/动能,那原来的波的能量就被吸收了(ionospheric absorption)。 当离子或电子密度越高时,碰撞越强,能量吸收也越多(因此在太阳活跃时吸收也越强)。另外,波的频率对吸收也是有影响的,当频率增加时,波长减短,引起的 电子和离子以较短的波长震动,碰撞概率也低,被吸收少,就能把原来辐射再辐射出去。但当频率越来越高,波长短得只能和很少或没有自由电子发生相互作用,那 么辐射就能逃离出去大气层(参考下图)。因此,在电离层而言,无线电波是波长越短穿透力厉害。信号在大气层减弱的程度是和频率平方成反比。
这个“反射”跟信号频率及入射角有关,详见2.2入射频率。 如上图,低频的波长较长,一个周期可以和更多的自由电子相互作用,容易被吸收和反射。但当波长越来越短时,能够发生相互作用的电子就越少,就容易逃离大气层。 D层(D layer) 位于海拔90 - 140公里,最高电子密度~ 1011电子/米3,此层可以反射100kHz - 20MHz或以下的无线电波。和D层一样,白天由于太阳辐射,这层存在,但由于电离度比D层高,需要复合时间较长,晚上不完全消失。 (补充知识:E, F1及F2电子寿命分别为:20秒,1分钟及20分钟) -Radio Wave Propagation http://www./neets/book10/40.htm -地球上的射电望远镜概览 http://en./wiki/List_of_radio_telescopes -About the Ionosphere(关于离子层,臭氧层形成) http://www.haarp./haarp/ion1.html 臭氧层其实不在本文讨论范围之内,不过由于常常听见,就在此跑题一下。
O + O2 --------->
O3
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