對流層波導電波傳播

在某些氣象條件下，對流層中可以形成具有一定強度和厚度的準水平大尺度層結。頻率足夠高的無線電波，在適當的發射方向上,可在相當大的程度上進入其內,如同在波導管中一樣，以異常低的衰減進行傳播。這就是對流層波導傳播。對流層波導出現的機率很小，不可能套用於可靠的通信系統，但可用於電子偵察和干擾系統。

對流層波導電波傳播

正文

對流層波導的特徵部分是波導層，其折射模數M的梯度＜0(M－單位/公里),折射率N的梯度＜-157(N-單位/公里),並且，式中ɑ和h 分別為地球半徑和海拔高度。波導層可能接地或懸空。當接地時，對流層波導即波導層；k懸空時,對流層波導除波導層外還包括下墊層的全部或一部分。在下墊層中，＞0(M-單位/公里)。波導的頂是波導層中折射模數達到最小值M1的點；波導的底是下墊層中折射模數達到M1值的點或地面。底部接地的波導稱為接地波導；底部離地的波導稱為懸空波導。圖中左部為波導的折射模數M 隨高度h的變化和其他主要參數。其中hd為波導高度,即波導底部離地高度;D為波導厚度,即波導頂和波導底的高度差;δ為波導層厚度;和分別表示波導層和下墊層的折射模數的梯度；墹M為波導強度，即折射模數在波導層的總變化量。
套用射線理論可將波導傳播概略地表示為圖中右部的發自T點的射線。當初始俯、仰角小於臨界角θ婞時,射線在波導中傳播;大於θ婞時,射線則會穿出波導。波導層中的某些點有多條射線通過即形成干涉區，而某些區域沒有射線通過，稱為“射電洞”。這兩個區域之間為焦斑區，其周圍電平衰減甚微。這就是主要的波導層。套用折射定律，當發射點T位於波導層底部時,臨界角θc為

當發射點位於波導層的上面或下面時，臨界角θ婞分別為

式中hT為相對於波導層底部的發射點高度。
對流層波導不象金屬波導管那樣有銳邊界面，其厚度D（米）也不能明確確定。因此,其臨界波長也不能明確確定。根據波動理論可近似地求得臨界波長λc為

λc≈1.9×10-4D　(m)

形成對流層波導的兩個條件是：波長小於λc和射線初始俯、仰角小於θ婞。

對流層波導電波傳播

在波導傳播情況下，能量主要沿水平方向擴散，在垂直方向上則有所限制。因此，傳輸損耗與距離成正比，而並非與距離平方成正比，波導內的信號強度可能比相同距離的自由空間內的信號強度大。實際上，對流層波導是有泄漏的，當波源在波導內時，在波導外接收信號也是可能的;在視距以外,這種泄漏信號有可能比無波導時更強。根據互易定理，波導信號當然也可以外饋。理論表明，對流層波導的泄漏，不僅產生於波導和地面的不規則性，而且也可以產生於均勻波導。波導中的基本傳輸損耗Lb可表示為

Lb＝32.4+20lgf+10lgd+C1d+Lc　(dB)

式中f 為頻率(兆赫)；d為距離(公里)；C1為泄漏係數(分貝/公里)；Lc為耦合損耗。當波長小於臨界波長λc時，C1是比較小的。如果發射點和接收點均位於波導內，則Lc主要來自天線與介質間的耦合損耗。
形成波導的氣象條件是逆溫層和濕度的隨高度劇減。建立這個條件的大氣過程主要是：①蒸發過程（由於海面和水面的水汽蒸發而在貼近水面處形成高濕度層）；②輻射冷卻過程（晴空夜晚，由於地面冷卻而形成逆溫層）；③平流過程(陸地上的乾暖空氣吹向濕冷的海面)；④氣流下沉過程（在高壓區，下沉氣流絕熱壓縮而增溫，並輻射於濕冷的下墊氣層上）。結合這一過程，考慮天氣形勢以及各部位的風向、下墊面的特點，並進行一定的特徵量的測量，即可對波導進行預報。總的說來，高壓形勢有利於波導。

配圖

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