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2017年12月17日 星期日

丁酉(鸡)年十月三十

无线电波的空气折射率 - 无线电波的空气折射率 [回目录]

无线电波的空气折射率 - 正文 [回目录]

  无线电波在真空中的传播速度与在空气中传播速度的比。它等于空气电容率的平方根,是决定无线电波在低空大气中传播状况的重要参数,常用n 表示。
  空气中氧和氮是中性分子(没有固有的电偶极距);水汽是极性分子(存在固有的电偶极距)。上述两类分子都参与空气的介电作用。干空气的介电现象是在电场作用下,由氧和氮分子极化引起的。在无线电波作用下,空气分子发生极化,使电波传播速度比在真空中小。有电场存在时,水汽分子不仅因为极化,而且因其固有的电偶极矩在电场作用下而转动,使电波传播速度降低。故无线电波在湿空气中的传播速度比在干空气中小。无线电波的空气折射率与空气密度和水汽密度成正比。
  无线电波折射现象与光波折射现象有相似之处(见大气折射),但是在大气中无线电波的折射率及其变化的程度都比光波折射率大,路径的弯曲程度比光波的严重。无线电波的空气折射率随频率变化是很小的,在频率小于100吉赫(波长大于3毫米)时,可近似地视为常数。折射率n的数值与1(真空折射率)很接近,在地面上只差近于 300×10-6的一个小量,在高空差值更小。为了使用方便起见,引用折射率差N来表达折射率n 与1的差值,以差值的百万分之一为单位,称为N单位,即N=(n-1)×106。折射率差 N是大气温度、压力和湿度的函数。即:

无线电波的空气折射率

式中T为气温(K),p为气压(百帕),e为水汽压(百帕)。上式用于频率小于30吉赫(波长大于1厘米)时,误差小于0.5%。在地面上折射率差N的变化范围约为260~460,它随气温和湿度变化(见图)。在不同高度上,折射率差N随大气温度、压力、湿度的变化可表示为
  

折射率差N 随高度z按指数规律递减, 递减率无线电波的空气折射率约为0.1~0.2公里-1(在国际上常采用地面上的N为315,平均随高度递减率为0.136公里-1)。

  由于湍流造成电容率的起伏,使远程传输接收到的信号振幅和位相发生脉动,按此关系可探测大气湍流特性(见电磁波在湍流大气中的传播)。

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更新时间 : 2009-03-08

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