波长不同的电磁波有不同的传播特性,这里只介绍无线电波的传播。通常,无线电波有三种传播方式:地波、天波和沿直线传播的波。
地波沿地球表面附近的空间传播的无线电波叫地波。地面上有高低不平的山坡和房屋等障物,根据波的衍射特性,当波长大于或相当于障碍物的尺寸时,波才能明显地绕到障碍物的后面。地面上的障碍物一般不太大,长波可以很好地绕过它们。中波和中短波也能较好地绕过,短波和微波由于波长过短,绕过障碍物的本领就很差了。
地球是个良导体,地球表面会因地波的传播引起感应电流,因而地波在传播过程中有能量损失。频率越高,损失的能量越多。所以无论从衍射的角度看还是从能量损失的角度看,长波、中波和中短波沿地球表面可以传播较远的距离,而短波和微波则不能。
地波的传播比较稳定,不受昼夜变化的影响,而且能够沿着弯曲的地球表面达到地平线以外的地方,所以长波、中波和中短波用来进行无线电广播。
由于地波在传播过程中要不断损失能量,而且频率越高(波长越短)损失越大,因此中波和中短波的传播距离不大,一般在几百千米范围内,收音机在这两个波段一般只能收听到本地或邻近省市的电台。长波沿地面传播的距离要远得多,但发射长波的设备庞大,造价高,所长波很少用于无线电广播,多用于超远程无线电通信和导航等。
天波依靠电离层的反射来传播的无线电波叫做天波。什么是电离层呢?地球被厚厚的大气层包围着,在地面上空50千米到几百千米的范围内,大气中一部分气体分子由于受到太阳光的照射而丢失电子,即发生电离,产生带正电的离子和自由电子,这层大气就叫做电离层。
电离层对于不同波长的电磁波表现出不同的特性。实验证明,波长短于10m的微波能穿过电离层,波长超过3000km的长波,几乎会被电离层全部吸收。对于中波、中短波、短波,波长越短,电离层对它吸收得越少而反射得越多。因此,短波最适宜以天波的形式传播,它可以被电离层反射到几千千米以外。但是,电离层是不稳定的,白天受阳光照射时电离程度高,夜晚电离程度低。因此夜间它对中波和中短波的吸收减弱,这时中波和中短波也能以天波的形式传播。收音机在夜晚能够收听到许多远地的中波或中短波电台,就是这个缘故。
沿直线传播的电磁波微波和超短波既不能以地波的形式传播,又不能依靠电离层的反射以天波的形式传播。它们跟可见光一样,是沿直线传播的。这种沿直线传播的电磁波叫空间波或视波。
地球表面是球形的,微波沿直线传播,为了增大传播距离,发射天线和接收天线都建得很高(图3),但也只能达到几十千米。在进行远距离通信时,要设立中继站。由某地发射出去的微波,被中继站接收,进行放大,再传向下一站。这就像接力赛跑一样,一站传一站,把电信号传到远方(图4)。直线传播方式受大气的干扰小,能量损耗少,所以收到的信号较强而且比较稳定。电视、雷达采用的都是微波。
现在,可以用同步通信卫星传送微波。由于同步通信卫星静止在赤道上空36000km的高空,用它来做中继站,可以使无线电信号跨越大陆和海洋。
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