超短波的传播

我们通常所说的无线电波，它的波长范围是从30,000公尺到1公分。波长在10公尺以下的叫超短波，又叫特高频。在超短波的范围里，我们又将它分成以下几个波段：10公尺到1公尺的公尺波，1公尺到1公寸的公寸波，1公寸到1公分的公分波。

为了更清楚起见，将无线电波的整个波段划分情况列成附表。

超短波的波长很短，它的传播特性跟我们所熟悉的长波、中波和短波等是不同的。

长波和一部分中波主要依靠地面波来传播。所谓地面波就是电磁波从发射天线发射出来后，沿地球表面传播到收信天线。地面波在传播过程中，由于地面对电磁波的吸收作用随传播距离的增加而逐渐加剧，并且它又随着电磁波频率的增高而变得更为严重。超短波的频率既高，所以它不能利用地面波来传播，否则传播距离就只限于很近的范围。

短波主要是依靠天空波来传播的。所谓天空波就是从发射天线向天空发射出去的电波，被天空中的电离层反射或折射回到地面而到达收信天线的。这种传播方法也不适用于超短波。这是因为电离层对频率在30兆周以下的短波才能起反射或折射的作用。在一般情况下超短波不能被电离层反射或折射回到地面，而是穿透电离层射向无限的太空再不折回。图1中就表明了这种现象。

超短波既不能利用地面波，又不能利用天空波来传播，那末怎样才能将它从发信端传递到收信端呢？事实上它是利用“空间波”来传播的。

空间波包括“直接波”和“地面反射波”两类。直接波就是电磁波从发射天线发射出来，经过离地球面较低的空间直接传递到收信天线的。它是空间波的主要部分。地面反射波是指从发射天线发射出来的电磁波，它的方向是投向地面的，经过地面的反射再传递到收信天线的这部分电磁波。图2所表示的电磁波：（1）就是直接波；（2）就是地面反射波。

地面反射波不仅对超短波的接收没有什么帮助，反而在收信天线里干扰了直接波，甚至抵消了一部分直接波的电能。因此我们应该设法削弱地面反射波而增加直接波，一般方法是用增加发射机的输出电力和改善天线的定向性等，来达到这个目的。

超短波的传播特性和光波差不多，几乎是直线性的（主要指直接波，下同），因此它的传播距离就被限制在视线距离以内。但是因为大气对电磁波有折射作用，并且折射作用在正常情况下是使电磁波按着比地球半径为大的圆弧来传播的。因此超短波的传播距离就比视线距离大（图3）。图中的虚线表示没有大气折射作用时超短波的传播途径，而实线表示有大气折射作用时超短波的传播途径。显然，在后一种情况下，最远接收点便可以由原来的R′点移到与发射端T距离更大的R点。这个距离可由下列近似式求出：

式中D为通信距离（公里），H\(_{T}\)为发射天线的高度（公尺），HR为收信天线的高度（公尺）。

这里不妨再来谈一下大气对电波的折射作用。超短波的传播是在离地面16公里以下的对流层中进行的。在这一大气层中的空气密度是不均匀的：有的地方密度大；有的地方密度小。超短波在空气密度不同的大气层中传播，空气密度大的传播速度就慢；空气密度小的，传播速度就快。在正常情况下，对流层中的空气密度随离开地面的高度的增加而逐渐减小，因此超短波在传播时其上面部分就“跑”得快，下面部分就“跑”得慢，在这种情况下，它的传播轨迹是一条向上隆起的曲线。

大气对无线电波的折射作用是随气候的变化而变化的，它对超短波的传播也有很大的影响。我们已经知道，在正常情况下，对流层中的空气密度，离开地面的高度愈高，密度愈小。但当气候起剧烈的变化时，也可能会产生这样的情况：即对流层中的空气密度随高度的增加将不是减小而是增加。根据前面所讲过的道理，很容易知道，超短波将不向地面弯曲，而是向天空弯曲，形成了一种反常的折射，称为“负折射”如图4所示。负折射的结果将大大缩短超短波的传播距离。

有时，气候的急骤变化，会使下层的空气密度远较上层的空气密度大，以致电磁波在传播过程中，向下弯曲的程度非常严重，很快就触及地面。由于地面对电磁波有反射作用，因此当超短波触及地面后，就会被地面反射回到大气中，而后又被大气折射回至地面。由于大气和地面对超短波的一系列的连续折射和反射所造成的这种传播，称它为“波导传播”。如图5所示。波导传播的结果将使超短波的传播距离增加，甚至可能为正常传播距离的若干倍。例如在莫斯科曾经有人收到过巴黎的电视广播，在南非也有人收到过伦敦的电视广播。但这是一种不稳定的传播，还不能利用它来作可靠的远距离通信。

地理环境对于超短波的传播也有很大影响，当超短波通过森林、山岳和丘陵等地带时，就会受到很大的衰减，因为这些地带对电磁波（特别是超短波）能量的吸收作用很大，尤其是当电磁波靠近这些地面传播时更显得严重。此外，当超短波在城市中传播时，情形还要复杂，它不仅受地面反射，还要受很多建筑物的反射，因此，到达收信天线的电磁波既有直接波和地面反射波，而且还有许多是从其他地方（如房屋、铁桥、天线铁塔等）反射来的。这些电磁波所走的路线不同，因此到达收信天线的时间就有先后的区别，它们互相影响，彼此干扰，妨碍了正常的收信工作。同时，超短波在城市中传播，因为有高大建筑物的吸收作用，损耗较大。但是又由于电波的“绕射”现象。（即电波力图绕过传播途径中所遇到的障碍）的存在，使得装在城市中被高大建筑物遮住而处于“死角”地点的收信设备仍然有收到信号的可能。

为了增加超短波的通信距离，最简单可行的办法是增加天线的高度，加强天线的定向性，以及选择适当的地方来架设天线。(飞雷)