The Electromagnetic Wave

電 磁 波 的 解 說 (二)

電波垂直入射介電質時的情況電波的傳播特性
只要在宇宙射線(或稱伽瑪射線)範圍下的電波(包括可見光波)其入射任何介電物質時均具有反射、透射、折射等功能。

當介電質是金屬時,可見光以下的電波遇到它,無論是採用任何角度入射,均會產生反射,而沒有透射,此稱為全反射。但是介電質若是金屬以外的物質,則電波除了產生部分反射外,另有部分會穿透該物質而透射出。如圖一及下面圖二所示。

雖然電波垂直入射介電物質時會產生反射、折射、透射現象,而且,電波若以一個角度逐漸增大到某一個特定角度時,會使得入射的電波產生全反射,而無透射波,如下面圖三,所示此種角度稱為臨界角(Critical Angle)。

入射角少於臨界角時電波的入射角與反射角的依據是以垂直於電介質界面的法線(normal)為基準,入射波與法線的夾角謂之入射角;反射波與法線的夾角謂之反射角;同理透射波與法線的夾角稱為透射角。

當發射天線(以偶極天線為準)與地面平行時所發射出的電波稱為水平極化波(Horizontal Polarized Wave);當發射天線與地面垂直時所發射出的電波稱為垂直極化波(Vertical Polarized Wave)。另外,當一串雜亂不齊的電波以一個水平的普理斯特角(polarized angle)入射某電介質時,只有水平方向整齊變化的電波會透射出,而垂直部分則被反射,此種情形謂之電波被水平極化。同理,若雜亂的電波以一個垂直的布理斯特角入射某電介質時,只有垂直方向整齊極化。這種有普理斯特角便統稱為極化角(Polarizing Angle)。一些石英窗門利用極化角的改變來調節光的透射波便是利用這種原理製成的。

電離層的構造及反射情況電離層的功能
電離層對電波而言猶如一面大鏡子一般,具有反射電波的功能。顧名思義,電離層是由地球大氣層最外層的空氣分子受太陽光照射後形成帶電的空氣離子所組成,由於游離程度的深淺不同而有三層之分,由最內層到最外層分別依次序命名為D層、E層、F層。

D層:這一層電離層受太陽光游離的程度最弱,因此,在白天時存在,當傍晚黃昏來臨時,被游離的空氣正負離子又逐漸結合而消失,而變回為原來的空氣分子。所以說白天它存在,但傍晚之後它即消失,能反射的電波頻率在 lOMHz以下,但只限於白天罷了!

E層:此層受陽光游離的程度比D層嚴重但比F層輕微,到了黃昏,空氣離子也開始結合,但是要到午夜子時才能結合完畢而消失掉,又重回空氣分子狀態。這一層電離層所能反射的電波頻率在 2OMHz以下。

F層:F層由於被游離的情形最為嚴重,雖經過整個晚上的結合,仍究無法結合完畢,到了第二日太陽又開始照射時,它又被嚴重的游離,因此始終存在,是三層中最不易消失的電離層。其反射的電彼頻率也提升為3OMHz以下。

DEF 層所組成的電離層當中以D層的躍距 (Skiping Distance)最小,E層次之,F層最大。所謂躍距是指電波的跳躍距離,亦即電波自發射天線出發,遇到電離層反射到地表面所跨躍的距離。

由以上敘述可知,並非所有的電波都會被電離層反射,當電波的頻率高達高頻(HF)以上的範圍時,電波會穿透電離層面射向外太空。因此,電離層只能反射短波波段以下的電波。

由於白天的電離層厚度與晚上時不同,因此,白天與晚上的電波跳躍距離也不同,電波在晚上的躍距比白天要遠,晚上的雜訊也比白天少,因此,晚上時電波的接收清析度比白天要來得好,不過,這也並非是絕對的,有些地區反而白天比晚上的接收情況良好。

當然,電離層還有更深入的分析及資料,這將會在將來的 RAE 自學篇內再作詳細探討,大家請密切留意影期。

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