听收音机的同志们经常会遇到两种现象：
1．在白天收不到的远地中波广播电台在夜间却能够收到，因而夜间能收到的电台比白天要多；2．在收听短波时声音总是时而大时而小，而且声音时常失真很不好听。这两种现象都是由于电波经过上层大气的电离层的传播所产生的。现在就来谈谈这个问题。
一、电波的几种传播方式
电波从发射天线到达接收天线大致有四种传播方式：地波（也叫地面波或表面波）、天波、空间波和对流层散射波。
地波就是沿地球表面传播的电波（见图1），为了能绕过地面的障碍物，克服地球表面曲率的影响，以及减少地面对能量的吸收，而能传播到较远的距离，地波的波长应该比较长。地波是中波段（150～1500千赫）和短波低频段（1.5～5.0兆赫）的主要传播方式。
天波是射向天空经电离层“反射”折回到地面上远方接收地点的电波（见图2）。天波是短波中高频段（3.0—30兆赫）用于远距离通信的主要传播方式。
空间波是从发射天线仅仅通过空间的传播而到达接收天线的电波（见图3）。空间波在大气底层是大致按直线传播的。因此收、发信天线必须在视线范围之内，通信距离大约五十至一百公里。空间波是超短波、微波中继通信和卫星通信的主要传播方式。
对流层散射波是利用距地面10～20公里的对流层中的不均匀气团对电波的散射作用，使电波的部分能量折回到地面上远方地点的电波（见图4），它是近十几年来所采用的一种新的电波传播方式。它可以建立数百公里乃至上千公里的较大通路的超短波通信电路，而不需建立很多的中继站。
二、电离层的形成和结构
大气中的气体分子或原子在受到太阳辐射来的紫外线或其他电离辐射的激发时，外围电子就会摆脱原子核的束缚，脱离原子而成为自由电子，并使气体的分子或原子（统称质点）带正电而成为正离子，这就是电离过程。如果自由电子和某一正离子相遇（碰撞），自由电子又会回到外围轨道，并释放出一定量的能量而成为中性质点、这就是复合过程。在受激发的条件下，电离和复合总是同时进行的，并在一定的受激条件和气体的成分、密度、温度情况下，达到某种平衡，形成一定的电子密度。
在接近地面的大气中，绝大部分的辐射的能量被上层大气吸收，加之气体密度大（碰撞机会多），温度高（运动速度快），极易复合，所以在离地面五、六十公里的范围内电子密度极小，可以忽略不计。由此而上，由于被大气吸收的辐射能量逐渐减小，电离的气体分子或原子逐渐增多；同时气体密度也逐渐减小，复合率逐渐下降，因而电子密度逐渐增大。但由于在对流层以上温度逐渐上升，到200公里处达到最大值；而大气成分也自下而上形成氧分子层、氮分子层、氧原子层、氮原子层的分层结构，这些元素的分子或原子等温下运动速度不同，电离时所需的能量也不同，因而使电高层也具有了分层的形态。即在电子密度依高度而增长的总趋势下，在某些高度出现了最大值。在60—80公里高度的叫作D层；在110—120公里高度的叫作E层；在200－250公里高度的叫作F\(_{1}\)层；在350—400公里高度的叫作F2层（见图5）。F\(_{2}\)层是电子密度最大的一层（见图6）。在F2层以上，由于气体极为稀薄，尽管在这里有很强的电离辐射，但能被电离的位子却非常少。因此，在F\(_{2}\)层以上，电子密度随气体密度的下降而减小，不会再出现最大值。
以上是白天的情况。在夜间，太阳的辐射消失，电离停止，但复合则继续进行，并随着电于密度的下降而减慢。由于低层复合较快，上层复合较慢，所以D层完全消失，E层和F层则依然存在，只是电子密度均有所降低，且F\(_{1}\)与F2层合并成为一层（见图7）。
由于电离层形成的原因是太阳的辐射，所以电高层的结构除有日夜的变化外，还有季节的变化和随着太阳11年活动周期的变化。
三、电波在电离层中的传播
电波在均匀介质中传播总是依直线进行的，即使有自由电子存在，只要电子的分布是均匀的，电波依然不会改变方向。只是电波传播速度（这里指波前的行进速度即相速）大了，和我们平时所见的光在均匀介质中的传播情况是一样的。电波在电离层中传播时，由于电离层的分层结构，电波将受到连续折射返回地面。好像电波是被电离层“反射”了回来。
在电离层某分层的下边缘，电子密度的分布是目下而上递增的，电波在其中的传播速度是上快下慢，因此对于斜射的电波便产生向下的折射。如果电波经过连续折射，在还没有到达电子密度最大的区域时，电波的传播方向已平行于地面，那么这个入射波就可以循对称的途径运回地面。电离层对电波的折射作用，随电子密度的增大而增强，随电波频率的提高而减弱。例如图8中频率较低的电波f\(_{1}\)被低层“反射”回地面；而频率较高的f2则在到达低层电子密度最大的中心区域时，电波的传播方向还没有平行于地面，于是将穿过这个分层而被电子密度较大的高层“反射”回地面；频率最高的f\(_{3}\)则在到达电子密度最大的f2层的中心区域时还不能拆向水平，它将不能返回地面而穿出电离层。这一情况和光在不连续的介质界面的反射是不同的。
电波被电离层“反射”而返回地面。从发射天线到电波到达地点的距离和电离层的电子密度、电离层中心区域的高度、电波的频率以及电波射向电离层的入射角（电波发射方向与电离层下缘的垂线之间的夹角）有关。
在电子密度分布不变和一定的入射角的情况下，频率不同的电波到达地点远近不同。如图8中频率分别为f\(_{1}\)、f2、f\(_{3}\)的三个电波，频率低的电波f1折射曲率大，电波仅达到高度较低、电子密度不太大的区域即可折回地面，因而到达的地点近（距离AB）；频率高些的电波f\(_{2}\)折射曲率较小，电波需达到高度较高、电子密度较大的区域才能拆回地面，因而到达的地点较远（距离AC）。频率再高的电波f3，则可能穿出电离层而不能折回地面。因此，利用电离层“反射”而进行的通信中，频率是有限度的，对于某一入射角就存在一个能够折回地面的最高频率。这个频率称为这个时间对应于这个距离的最高可用频率。
在电子密度分布不变和频率一定的条件下，入射角不同的电波到达地点的远近也不同。入射角大，到达的地点远，入射角越小，到达的地点越近。图9中相同频率的两个电波，分别以不同的入射角射入电离层，因为ф1＞ф2，所以DF之间距离大于DE之间距离。
上面所谈的是电波在电离层传播中的折射现象。另外电离层对电波还有吸收作用。
当空间仅存在自由电子，且电子间碰撞机会很小可以忽略不计时，电波的传播将不会受到损耗，这是因为电子从入射电波吸收能量而运动，而运动的电子能够产生再辐射，又把吸收的能量再辐射出来，只是在相位上有所改变。在电离层中则不是这样，在电离层中除自由电子外，还存在正离于、负离子和中性的气体分子和原子。吸收入射电波能量而运动的自由电子有机会与这些粒子碰撞，部分地或全部地失去它们的能量，并改变它们的运动状态，从而使入射波失掉能量，形成了吸收。电离层对于入射电波能量吸收的大小大致与电子密度和气体质点密度的乘积成正比，与电波频率的平方成反比。所以吸收主要是在D、E层，而且频率越低，吸收越强烈。这是因为频率低，周期长，电子在半周期内吸收的能量大，因而碰撞时失去的能量多。
四、为什么夜晚收到的电台多
我们了解了电离层的形成，结构以及电离层对电波传播的影响，对于上述问题就容易理解了。
在白天，电离层低层的风D、E层对中波和短波低频段有很强烈的吸收，只有短波的中、高频段的电波才能穿过低层被高层“反射”返回地面。在夜间，D层消失，E层的电子密度也大为降低，因而低层的吸收大为减弱，使得中波和短波低频段的电彼得以穿过低层，进入吸收很小的高层，并受到“反射”折回地面得以到达远方。这就是为什么夜晚收到中波“电台”多的原因。
五、为什么收音机收听短波时声音时大时小？
在用普通收音机收听短波波段的广播时，声音时而大时而小，而且声音失真，这种现象称为衰落。
短波信号为什么会产生衰落呢？这是因为短波是以天波方式靠电离层的“反射”而传播的。当电波从发射天线向天空发射时，形成一定张角的射束，射束中方向不同的射线射入电离层的入射角是不相同的。这些入射角不同的射线在电离层中的路径不同，所能到达的高度不同，反射到地面所经的行程也不同。由于电离层结构的不均匀，入射角有差异的射线可以到达同一点。
在利用短波作远距离通信时，上述射线还会有多跳的现象。同时由于通信距离较远，电波在电离层的反射点处在不同的日照区，因而电离层结构和电子密度都有差异，还会出现层间反射，使电波的传播路径产生更复杂的情况。
总之，经电离层反射到达接收点的电波不只一条射线，而各条射线由于入射角不同，在电离层反射时的拐点高度不同，反射的次数不同，所经路由和路程长度不同，使它们之间的相位也不同；同时，太阳的辐射在各方向是不均匀的，而且是随时不规则地变化，因此电离层各点的电子密度也是不均匀的并且围绕一个平均值起伏变化，形成到达接收地点的各条射线间的相位也在随时不规则地变化，这样各条射线在同一接收点的总和也就是信号的强度当然也在随时不规则地变化，这就是短波信号产生衰落的原因。
此外，短波信号经过调制，总是包含着多个频率分量。如上所述，电离层对不同频率的折射作用是不同的，因而每个频率分量的衰落也是不同的，所以这些频率分量到达接收地点时的强度都在随时变化，而且在时间上也不一致，于是引起各分量间的比例变化形成失真，尤其是当这些频率分量中的载频衰落比较严重时，就会产生非常明显的过调幅失真，使声音很不好听。我们把这种现象叫做选择性衰落。
为了克服衰落，在普通收音机中采取了比较简单的自动增益控制电路。自动增益控制就是将后级的中频信号检波后，再经时间常数较大的平滑网络变成“直流”，用以控制前级中放和高放的增益。电波信号强的，自动增益控制电路就会降低前级中放和高放的增益，使收音机音频信号输出减小，电波信号弱时，全机增益加大，使音频信号输出增大。这样就使音频信号输出的变化幅度大为缩小，但还不能完全消除衰落引起的强弱变化。采用这种自动增益控制电路，对由于选择性衰落（尤其是载频衰落）引起的失真是无能为力的。因此，用普通收音机收听短波波段的广播时，即使在收音机中有自动增益控制电路，有时收到的声音仍然会发生时大的小的现象，而且有时声音失真，不太好听。(念年生)