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為什么無(wú)線電信號(hào)在夜晚的傳輸距離比白天遠(yuǎn)?

2019-07-06 15:27:53

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  大家都知道對(duì)講機(jī)的發(fā)射是屬于無(wú)線電波的一種,其實(shí)無(wú)線電波是指在自由空間(包括空氣和真空)傳播的射頻頻段的電磁波。無(wú)線電波的波長(zhǎng)越短、頻率越高,相同時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒕驮蕉唷o(wú)線電波在空間中的傳播方式有以下情況:直射、反射、折射、穿透、繞射(衍射)和散射。今天咱們就來(lái)聊聊無(wú)線電的傳輸信號(hào)為什么夜晚的傳輸距離比白天遠(yuǎn):

  其實(shí)并不是所有的無(wú)線電波在晚上要比白天晚上傳播得更遠(yuǎn),但一些短波和中長(zhǎng)波,比如調(diào)頻(FM)廣播,在適當(dāng)條件下是絕對(duì)可以的。這種情況的主要原因是信號(hào)與電離層的交互影響,以及從夜晚到白天如何交互變化有關(guān)。

  無(wú)線電的傳播特性

  電離層是海拔約50到600英里的一層大氣。它的得名源于受太陽(yáng)和宇宙輻射一直產(chǎn)生電離。簡(jiǎn)單術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō),太陽(yáng)(和其他宇宙來(lái)源)產(chǎn)生的x射線、紫外線和比無(wú)線電波更短的波,當(dāng)這些特定的光子被分子吸收,就會(huì)在這層大氣釋放電子。因?yàn)殡婋x層(特別是在上層)的分子和原子密度非常低,能允許自由電子在最終重組前以這種方式存在很短的一段時(shí)間。大氣中海拔越低,分子的密度更大,這種重組會(huì)發(fā)生得越快。

  這和無(wú)線電波有什么關(guān)系呢?沒(méi)有干擾的話,無(wú)線電波從廣播源以直線的方式行進(jìn),最終達(dá)到電離層。然后會(huì)發(fā)生什么取決于多種因素,其中最需要注意的是波的頻率和自由電子的密度。對(duì)于無(wú)線電波,給定合適的條件下,從本質(zhì)上說(shuō),它們會(huì)在地面和電離層之間來(lái)回穿梭,傳播信號(hào)越來(lái)越遠(yuǎn)。顯然電離層在地面廣播過(guò)程中發(fā)揮重要作用,但它不斷變化的特性讓事情就有趣了。

  不管在什么情況下,電離層的成分在晚上變化最大,主要是因?yàn)樘?yáng)下山了。失去了電輻射來(lái)源,D和E水平(上圖)的電離層停止電離,但F地區(qū)(特別是F2)仍然完全電離。進(jìn)一步來(lái)說(shuō),因?yàn)檫@里的氣層比E和D區(qū)域明顯淡薄一些,它會(huì)產(chǎn)生更多的自由電子 (這是關(guān)鍵)。

  當(dāng)這些電子遇到一個(gè)強(qiáng)大的無(wú)線電波,他們會(huì)振蕩波的頻率,吸收一些無(wú)線電波的能量。如果有足夠多的電子,也可能發(fā)生在F層(當(dāng)遇到電子的密度足夠的相對(duì)于特定的信號(hào)頻率),并假設(shè)他們不只是和一些離子(更可能白天出現(xiàn)在E和D層)重組,這可以非常有效地并以足夠的強(qiáng)度折射信號(hào)回到地球。

  基于以上這些條件,這個(gè)過(guò)程中信號(hào)可能在地面和電離層間重復(fù)幾次。因此,使用這個(gè)天波,而不是白天的地波,調(diào)頻廣播信號(hào)可以傳播至數(shù)千英里。

  當(dāng)然,還有一個(gè)限制可能成為一個(gè)主要的問(wèn)題,因?yàn)橹挥?00多個(gè)可用無(wú)線電頻率(限制保持信號(hào)的干擾太多),但在美國(guó)有5000多個(gè)調(diào)頻廣播電臺(tái)。到晚上,因?yàn)檫@些電臺(tái)信號(hào)可以傳輸如此之遠(yuǎn),都成了電臺(tái)干擾彼此的秘訣。因此,在晚上,美國(guó)無(wú)線電臺(tái)通常會(huì)降低信號(hào)力度直到第二天日出,或者使用定向天線來(lái)保證它們的特定信號(hào)不被其他電臺(tái)的相同頻率信號(hào)干擾。另一方面,調(diào)頻電臺(tái)也不需要做什么,電離層不會(huì)太影響他們的信號(hào),反而帶來(lái)好處(或者壞處,看你怎么想了),對(duì)于那些受限的無(wú)線電波信號(hào)來(lái)說(shuō),可以依靠傳播。


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