簡介
大氣射電視窗(radio window of atmosphere)
地球大氣對天體輻射的電磁波起著吸收和反射的作用,阻止其通過,但對10兆赫茲左右到30吉赫茲左右的射電波則是透明的或部分透明的,恰如大氣對這個波段的電磁波開了一個視窗,故稱射電窗。
對流層、平流層的影響
對流層的水汽和氧氣,平流層的臭氧,均對電磁波有吸收作用。降雨時,雨滴對電磁波有散射和吸收作用。這些作用就是射電窗高頻截止的基本原因。在1京赫到300京赫的微波頻段內,大氣的吸收譜線主要有:22京赫和183京赫的水汽吸收線、60京赫附近和118京赫的氧氣吸收線和100京赫以上的許多條較弱的臭氧吸收線。在微波頻段,特別是在高頻端,水汽和氧氣的非諧振吸收仍頗顯著。例如,按照標準大氣模型(水汽隨高度的變化在15公里以下為指數型,水汽密度的地面值為10克/米,密度標高取2公里;15公里以上水汽固定不變,混合比取為2×10),大氣對來自天頂方向的100京赫和300京赫的微波衰減,分別約為1分貝和10分貝。雨滴對10京赫以上的電磁波有顯著衰減作用,衰減值與雨滴大小的分布、降雨強度的空間分布等密切相關。現在人們多採用冪律式來
統計衰減率A(單位是分貝/公里)和降雨率R(單位是毫米/小時)間的關係。即(其中β≈1隨頻率的變化不明顯,α隨頻率的改變則很大;約在70京赫以下,α隨頻率的增高而增加,不同地區的α和β亦有所不同)。
電離層的影響
電磁波傳播到電離層會發生反射和衰減。當電磁波的頻率低於電離層(F層)的臨界頻率時,就要受到電離層的反射,這就是射電窗低頻截止的基本原因。電離層的臨界頻率與最大電子密度的平方根成正比,而電子密度又隨太陽活動、太陽高度角、地理經緯度等因素的不同而變化。一般說來,電離層的臨界頻率很少高於15兆赫,但可低於9兆赫。電離層的電子密度隨高度而變化,因此,電離層的折射率也隨高度而變化,這就引起電磁波在電離層傳播時產生折射現象。當電磁波的頻率接近臨界頻率時,電磁波的折射達到最大,直至發生反射。如果電磁波的頻率高於臨界頻率,電磁波就可以穿透電離層。電離層的D層是使電磁波衰減的主要區域。衰減源於電子與中性分子的碰撞,衰減的大小正比於電子密度和碰撞頻率的乘積,反比於電磁波頻率的平方。在中緯度地區,頻率為100兆赫的電磁波垂直穿透電離層時,白天和夜晚的衰減值分別為0.05分貝和0.005分貝。在強太陽耀斑發生後,100兆赫的電磁波的衰減值可達1分貝。電子密度起伏造成的電離層微小的不均勻性,也會引起電磁波的閃爍。角徑約小於30′的射電源,其射電信號在通過射電窗後就可能有此現象。這種信號強度起伏的時間尺度,在200兆赫以下的頻段上,量級約為1分鐘。