综上所述，地面对表面波传播的影响为：
（1）表面波沿地表面传播时，应采用垂直天线接收地表面上的垂直电场分量，或采用水平天线接收地表面下的水平电场分量。
（2）表面波在同样性质的地面上传播时，波长越短，场强衰减越快。
（3）同样波长的表面波，沿导电性好的介质（如海水）传播时，场强衰减得慢。沿导电性差的介质（如陆地）传播时，场强衰减得快。
（4）电波在分段均匀（假设为3段）地面上传播时，若靠近收发天线地表面导电性好，则电波的衰减小，中间段的影响不大。反之，电波的衰减大。
3.2.2电离层对无线电波传播的影响
1. 电离层中的平面波
电离层是由正负离子组成的，宏观上呈现电中性的气体（称为等离子体）。电离层的变化规律分为正常变化和非正常变化两类。电离层的正常变化是指电离层的电子密度随地理纬度、昼夜、季节和年份变化。简述如下:
(1) 、纬度高的地方电子密度小。
(2) 、白天的电子密度比晚上大。D层和F1层入夜后很快消失；E层的电子密度中午最大，
晚上较弱，但几乎保持不变；F2层的电子密度在下午最大，入夜后逐渐减少，至黎明
前最小。
(3) 、E层的电子密度夏季最大，冬季最小；F2层的电子密度在冬季日夜变化大，而在夏季
日夜变化较缓慢；F2层夏季白天电子密度的最大值比冬季小。 (4) 、电离层的电子密度随年份变化规律与太阳黑子数目变化周期有关，周期约为11年。 电离层的非正常变化是指分散E层、电离层骚扰和D层的突然吸收现象。简述如下: (1) 、分散E层是E层上下，有时会出现一大片不正常的电离层，其电子密度大大超过E层。
分散E层出现的机会夏季多于冬季；赤道和中纬度地区，白天多于晚上；高纬度地区则相反；太阳黑子最少的年份里，分散E层出现机会增多。分散E层出现的时间不超过几小时，范围几百米至几十公里。分散E层成因不明，有人认为是流行引起的。
(2) 、电离层骚扰是F2层的正常结构被破坏，并出现一些变化很快的分层现象。电离层骚扰
时，F2层渐渐扩张，电子密度减少，高度增加；太阳黑子数最多的年份里，骚扰次数和强度都增加；骚扰时间持续几十分钟至几小时；电离层骚扰时，地球磁场会发生急剧变化，这种现象称磁暴。电离层骚扰成因是由于太阳表面发出强闪光，高速喷射出的大量带电粒子引起。
(3) 、D层的突然吸收现象是D层的电子密度突然增加，对短波的吸收增大，导致短波通信停
顿。D层的突然吸收现象只发生在白天；持续几分钟至几小时；其影响在低纬度地区比
高纬度地区大。D层的突然吸收现象是由于太阳表面除发生强闪光，喷射出大量的带电粒子外，还辐射出大量紫外线。D层的突然吸收现象的成因正是紫外线。由于紫外线比带电粒子先到达地球上空，所以D层的突然吸收现象比电离层的骚扰现象早发生30小时左右。
若电波通过电离层，假设电离层内正离子不动，仅电子运动，则电子运动产生的运流电流为
??Jv??Nev ??设E?Re[exEej?t?????]，F??eE，F?mdv/dt?m?jv，忽略高频磁场作用力
???（?ev?B??eE），且不计电子运动时的碰撞，则
?e???E ?eE?m?jv，v?j?m电离层中的全电流为
???????D2J?Jv????(jNeE?m)?j?0?E?j?0?r?E
?t上式中，?r?1?Ne/?m?0?1?fp/f，fp?密度，k?k01?(fp/f2)，分析计算主要结果如下:
(1)f>fp时，k为实数，k?k01?(fp/f)2??，E?E0cos(?t??z)，电波将无衰减传播（已忽略损耗）。
（2）f=fp时，k=0，E?E0cos?t，电波不能在电离层中传播。
（3）f 实际电离层中的电子密度是随高度变化的。假设电离层是平面电离层，其中各个等电子密度的面是彼此平行的平面，见图3.10所示。若在电离层的最下层，经过空气向电离层投射的电波频率为f，入射角为φ。则由折射定律知 φn nn nn-1 … … … ??z222280.6N称为等离子体频率，N为电子 2… n2 φ0 1＞n1＞n1…＞ni ne1＜ne2…＜nen n1 图3.10 电波在平面电离层中的折射 sinφ0=n1sinφ1=?=nnsinφn 当φn=90°时，电波将在该层发生反射，形成继续向下弯曲的传播轨迹。在仰角为△的条件下，电离层能反射的最大频率为 1fmax?fc/[1?cos?/(1?n/R)]2 22上式中，fc? 80.6Nen称临界频率；R是地球半径；h是电离层高度。 2. 天波传播电路计算 天波传播电路的工程计算步骤如下： （1）计算大圆距离和方向 短波通信电路两站点间的距离为 Dkm?111.17D cosD?sinAsinB?cosAcosBcos?L 上式中，Dkm是大圆距离（地球表面距离），以km为单位；D是大圆角，以度为单位；A是A台的纬度；B是B台的纬度；△L是A台和B台之间的经度差，对于北半球的电台，其纬度为正号，对于南半球的电台，其纬度为负号。由A台指向B台的发射方向为 sinCAB?(cosBsin?L)/sinD 由B台指向A台的发射方向为 sinCBA?(cosAsin?L)/sinD 上式中，辐射方向C是按国际罗盘刻度（0°～360°）给出的，即0°和360°为正北方向，90°是正东，180°是正南，270°是正西。 （2）最佳辐射仰角的确定 如果要求短波通信电路的路径衰减尽可能小，则无线电波必须以最少的跳越次数跨过电离层。D层穿透和地面反射等影响路径衰减的决定性因素要减到最小。辐射仰角、跳距（大圆距离）和跳越次数的关系见图3.11所示。 （3）可用频率的确定 为了保证短波通信电路的长时间可靠工作，短波通信电路需要几个频率，这些频率应按有利于传播来选取。白天能很好传输的频率多数不适用于夜间，夏季有良好工作 状态的频率在冬季常常不能提供良好的服务。除此之外，传播条件还随太阳黑子数而变化。查阅E 图3.11 辐射仰角△和跳距及跳越次数的关系 （hF2=320km,hE=110km） 层和F2层的最高可用频率MUF（刚好反射的频率）随时间的变化，即可确定最佳工作频率OWF，取OWF=0.85MUF。最小可用频率LUF主要受电离层（D层）的过量吸收和接收点的噪声水平限制。 （4）天波传播损耗 天波传播损耗计算公式为 Ls?Lf?LI?LB?YF 上式中，Lf是发射天线和接收天线之间自由空间衰减形成的损耗（dB）；LI是电离层损耗（主要是穿透D层的损耗dB）；LB是地面反射损耗（对于多次跳越路径来说）dB；YF是衰落余量（dB）。根据有关资料计算出上面这些损耗和接收端要求的信噪比，即可由下列方程求出构成某一性能的天波通信电路所要求的发生功率Pt和收发天线的增益。 L?Ls?(GT?GR)?lg(Pt/PR) 3. 电离层对天波传播的影响 综上所述，电离层对天波传播的影响为： （1）受电离层本身变化规律的影响，包括正常变化和非正常变化。 （2）受地球磁场的影响。 （3）受各种衰落效应的影响（选择性衰落、极化衰落、D层吸收衰落和电离层反射衰落等）。 （4）受多径传播、电离层高度变化引起的多普勒效应和大气噪声等影响。 3.2.3对流层对无线电波传播的影响 1. 对流层散射传播 对流层内集中了四分之三的大气质量和90%以上的水汽，几乎所有天气现象（如雨、雪、雷电和云雾等）都发生在对流层内。若电波遇到图3.12所示的球形小雨滴，雨滴半径a远小于电波波长λ。则雨滴将被外电场辐射而产生感应电流，感应电流将成为新辐射源，并产生散射场。在远场区，根据麦克斯韦方程和边界条件，计算得散射场为 图3.12 球形雨滴的散射模型 Es?E??z θ P ?Es Ieq ② x ① a y ???02?0??E0ka23sin?rcos(?t?kr) Hs?H??E?/? 由上式可见，散射场有方向性，来波的前向和背向散射最强。雨滴的总散射功率和散射面积分别为： Ps??2?0d??2?Es2?0202rsin?d? ?4?3?0??2?0Ps(E/2?0)20(???0)E0ka 246?1??8?3(???0??2?0)ak 264若考虑到对流层中存在大量的散射体，则散射面积与散射角θ有关。假设散射点离发射天线的距离为r1，离接收天线的距离为r2，则 Si?PtGt4?r1 Sr?Si?(?)4?r2 Pr?SrAe?Sr?(Gr?32224?) 2L?PtPr?64?(r1r2)2?GtGr?(?) 即对流层传输损耗与散射面积有关，理论上的核心问题是计算?(?)。 2. 对流层散射通信的工程计算 对流层散射传播损耗理论计算复杂，NBS（National Bureau of Standards）得到的半经验半理论工程计算公式为 Ls(dB)?30lgf?20lgD?F(?,D)?F0?H0?A? 上式中，f是频率，单位用MHz；D是通信距离，单位用km；F（θ,D）是衰减函数，它与通信距离D、散射角θ与对流层折射指数N有关；F0是散射效率，用来计及大气层高处散射效率降低的影响；H0是考虑从地面反射能量效应的频率增益函数；Ad是大气吸收系数，它随频率升高而增大。 3.对流层对散射传播的影响 （1）对流层散射通信可靠性高（99.9%～99.99%），不受原子爆炸、太阳黑子、磁暴和雷电等骚动的影响。 （2）通信距离远，一般为300～500km，最远可超过1000km。允许传输带宽几百KHz 至MHz。传播信号虽有衰落，但可用分集和自适应技术有效防范。 3.3．各波段无线电波传播的特点