電離層異常變化對(duì)短波通信的影響分析

李洪順

摘 要

在短波通信當(dāng)中，電離層對(duì)短波通信的質(zhì)量存在著重要的影響，在本文當(dāng)中，筆者從兩個(gè)方面介紹了電離層異常對(duì)短波通信產(chǎn)生的影響，即太陽活動(dòng)與人工干擾。

【關(guān)鍵詞】電離層 異常 短波通信 影響

1 引言

短波通信技術(shù)是通過波長較短的電磁波（波長為10m～100m），利用電離層進(jìn)行反射從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的通信，由于短波通信具有低成本、操作性強(qiáng)等特點(diǎn)被廣泛的運(yùn)用在軍事、氣象等方面當(dāng)中。同時(shí)在短波通信當(dāng)中電離層充當(dāng)一種中繼站的功能，而電離層并不會(huì)被摧毀，因此，特別是在軍事領(lǐng)域當(dāng)中具有極為重要的地位。電離層是指大氣層在高能粒子作用下因?yàn)殡婋x作用而產(chǎn)生的一種等離子區(qū)域，太陽活動(dòng)與人工干擾會(huì)對(duì)電離層的濃度產(chǎn)生一定的影響，從而使得通信的質(zhì)量產(chǎn)生變化。

2 太陽活動(dòng)對(duì)電離層產(chǎn)生的影響分析

在太陽活動(dòng)當(dāng)中，由于太陽的電磁輻射會(huì)產(chǎn)生較為明顯的變化從而導(dǎo)致短波通信所收到的信號(hào)中存在著大量的噪音，通信質(zhì)量會(huì)明顯的下降，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)曛袛唷Ｌ柣顒?dòng)對(duì)電離層產(chǎn)生的影響主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容。

2.1 太陽黑子

太陽黑子是在太陽表面，一種不斷旋轉(zhuǎn)并運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)，其能夠產(chǎn)生一定強(qiáng)度的磁場，同時(shí)太陽黑子往往也會(huì)噴射出一定量的帶電粒子，這些粒子在到達(dá)地磁場之后，會(huì)在地磁場的影響下發(fā)生曲線運(yùn)動(dòng)，并且會(huì)螺旋式下落移動(dòng)到兩極的上空當(dāng)中，因此，在地球的兩極地區(qū)會(huì)受到嚴(yán)重的干擾。F2層是電離層的最外層，因此，受到太陽黑子影響最為嚴(yán)重。F2層受太陽黑子影響有如下變化：

（1）電子濃度減小；

（2）虛高增高；

（3）層中出現(xiàn)過渡性的變化迅速的分層現(xiàn)象（電子堆積形式）；

（4）電離層變成湍流形式，電波的反射完全消失，持續(xù)時(shí)間可達(dá)數(shù)小時(shí)甚至數(shù)天；

（5）FZ層臨界頻率下降，D層的吸收增加。

2.2 太陽耀斑

太陽耀斑是太陽活動(dòng)的一種主要形式，在地球上能夠看到太陽色球?qū)拥木植吭隽连F(xiàn)象。太陽耀斑的范圍與太陽黑子的數(shù)量以及磁場梯度有著非常緊密的聯(lián)系。太陽耀斑爆發(fā)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較高強(qiáng)度的X射線以及大量的紫外線，并以光速向地球運(yùn)行，從而使得白晝部分的出現(xiàn)明顯的增強(qiáng)，尤其是D層的離子濃度可能會(huì)在短期內(nèi)增長約10倍左右。從而導(dǎo)致中波被完全吸收，甚至部分短波也被吸收，導(dǎo)致通信質(zhì)量受到嚴(yán)重的影響，甚至造成完全的通信中斷。

2.3 磁暴

在太陽耀斑爆發(fā)之時(shí)，等離子會(huì)以較快的速度向地球方向運(yùn)動(dòng)，在到達(dá)地球之后會(huì)進(jìn)一步的壓縮地球的磁場，從而使得地磁場在短期內(nèi)的磁場強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，發(fā)生磁暴的現(xiàn)象，并進(jìn)一步導(dǎo)致F層的急劇擴(kuò)張，從而影響短波通信的質(zhì)量。

2.4 電離層突然騷擾

太陽在沒有活動(dòng)時(shí)期所射出的X射線一般都是在10A以上，但是在太陽耀斑爆發(fā)時(shí)，其射出的X射線一般都是在8A以下，在到達(dá)地球之后被地球的大氣層所吸收，進(jìn)一步增大D層的等離子濃度，從而導(dǎo)致地球陽面的通信中斷。這種現(xiàn)象被稱為電離層的突然干擾。電離層的突然干擾會(huì)對(duì)短波通信的質(zhì)量造成明顯的影響，在電離層騷擾期，由于存在著較強(qiáng)的吸收，從而使得短波通信的可用頻帶明顯縮短，同時(shí)通信信號(hào)也會(huì)很快衰落，從而造成通信質(zhì)量的下降。

3 人工擾動(dòng)對(duì)電離層產(chǎn)生的影響分析

人工擾動(dòng)電離層是指采用人工的方式，對(duì)電離層局部的性質(zhì)加以改造，從而使得其能夠進(jìn)行人工運(yùn)用，人工擾動(dòng)電離層所產(chǎn)生的電磁效應(yīng)會(huì)對(duì)電離層產(chǎn)生一定的影響，從而使得通信信號(hào)明顯下降。

3.1 電離層突然騷擾

如果在電離層的F層當(dāng)中，釋放一定量的氣體，就可以將原子性的O+轉(zhuǎn)變成為分子性質(zhì)的離子，而在正常情況下分子性離子與電子的復(fù)核系數(shù)一般都較大，從而使得電離層的電子復(fù)合速度明顯增強(qiáng)，這就必然導(dǎo)致電子的數(shù)量明顯減少，從而使得通信的質(zhì)量受到明顯的影響。1973年，在發(fā)射土星火箭時(shí)由于火箭的燃燒氣體的影響，從而在電離層當(dāng)中產(chǎn)生了一個(gè)大洞，在極短的時(shí)間內(nèi)就使得太平洋地區(qū)的通信完全中斷。目前引起電離層突然騷擾典型的做法是采用小型火箭或航天器運(yùn)載化學(xué)物質(zhì)改變電離層中的電子密度。

3.2 大功率高頻電波加熱電離層

如果在地面上產(chǎn)生較大功率的電磁波并射入電離層之后，電離層當(dāng)中的電子由于共振作用的影響，其運(yùn)動(dòng)速度明顯增強(qiáng)，在與離子或者中型離子的碰撞過程當(dāng)中，使得重離子的能量不斷增強(qiáng)，從而使得溫度增強(qiáng)，較為顯著的改變當(dāng)?shù)氐碾婋x層的質(zhì)量，同時(shí)也會(huì)影響電磁波在空間內(nèi)的傳輸。大功率高頻電波加熱電離層同時(shí)還會(huì)使得電磁波發(fā)生變化，從而使得通信內(nèi)容產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾。

4 結(jié)語

短波通信由于其自身屬性，具有較為廣泛的運(yùn)用。在短波通信當(dāng)中，作為信息傳播的中介，電離層的質(zhì)量會(huì)對(duì)通信質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。在本文當(dāng)中，筆者結(jié)合自己的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，從兩個(gè)方面分析了電離層異常變化對(duì)通信質(zhì)量的影響，希望能對(duì)短波通信的建設(shè)工作有所幫助。

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