@ 2015.04.14 , 08:45
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为什么无线电信号在夜晚的传输距离比白天远?

Matt T.问:
“前阵子我在南加州接收到了华盛顿的广播电台信号,但只能在晚上接收到。在华盛顿我经历过同样的事情,晚上搜到了洛杉矶电台,但是白天没用。所以我的问题是为什么无线电信号似乎晚上的传输距离比白天要远?”


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并不是所有的无线电波在晚上要比白天晚上传播得更远,但一些短波和中长波,比如调频(FM)广播,在适当条件下是绝对可以的。这种情况的主要原因是信号与电离层的交互影响,以及从夜晚到白天如何交互变化有关。

电离层是海拔约50到600英里的一层大气。它的得名源于受太阳和宇宙辐射一直产生电离。简单术语来说,太阳(和其他宇宙来源)产生的x射线、紫外线和比无线电波更短的波,当这些特定的光子被分子吸收,就会在这层大气释放电子。因为电离层(特别是在上层)的分子和原子密度非常低,能允许自由电子在最终重组前以这种方式存在很短的一段时间。大气中海拔越低,分子的密度更大,这种重组会发生得越快。

这和无线电波有什么关系呢?没有干扰的话,无线电波从广播源以直线的方式行进,最终达到电离层。然后会发生什么取决于多种因素,其中最需要注意的是波的频率和自由电子的密度。对于无线电波,给定合适的条件下,从本质上说,它们会在地面和电离层之间来回穿梭,传播信号越来越远。显然电离层在地面广播过程中发挥重要作用,但它不断变化的特性让事情就有趣了。要解释清楚,我们不得不来点技术含量的,当然不会让你算什么数学题的,尽量降低复杂性。

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不管在什么情况下,电离层的成分在晚上变化最大,主要是因为太阳下山了。失去了电辐射来源,D和E水平(上图)的电离层停止电离,但F地区(特别是F2)仍然完全电离。进一步来说,因为这里的气层比E和D区域明显淡薄一些,它会产生更多的自由电子 (这是关键)。

当这些电子遇到一个强大的无线电波,他们会振荡波的频率,吸收一些无线电波的能量。如果有足够多的电子,也可能发生在F层(当遇到电子的密度足够的相对于特定的信号频率),并假设他们不只是和一些离子(更可能白天出现在E和D层)重组,这可以非常有效地并以足够的强度折射信号回到地球。

基于以上这些条件,这个过程中信号可能在地面和电离层间重复几次。因此,使用这个天波,而不是白天的地波,调频广播信号可以传播至数千英里。

当然,还有一个限制可能成为一个主要的问题,因为只有100多个可用无线电频率(限制保持信号的干扰太多),但在美国有5000多个调频广播电台。到晚上,因为这些电台信号可以传输如此之远,都成了电台干扰彼此的秘诀。因此,在晚上,美国无线电台通常会降低信号力度直到第二天日出,或者使用定向天线来保证它们的特定信号不被其他电台的相同频率信号干扰。另一方面,调频电台也不需要做什么,电离层不会太影响他们的信号,反而带来好处(或者坏处,看你怎么想了),对于那些受限的无线电波信号来说,可以依靠传播。

本文译自 todayifoundout,由译者 杨二姐 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 17+1

  1. 老子中国人
    @3 years ago
    2755037

    晚上阻力小

  2. 外行
    @3 years ago
    2755039

    语文不及格就别学人家翻译。。。

    [43] XX [15] 回复 [0]
  3. 2755041

    上中学的时候晚上能搜得到台北国际之声,里面播的那些奇奇怪怪的大陆新闻大家都当段子听

  4. 风大算吊毛
    @3 years ago
    2755046

    白天全是WIFI

  5. booman
    @3 years ago
    2755049

    我家里的wi-fi也是晴天信号差一点,阴天信号好一点。卫生间里晴天没信号,阴天就有一点

  6. 刘讨厌
    @3 years ago
    2755051

    我家WiFi也一样,不知道是不是错觉

  7. 2755063

    铁路的对讲机 下雨和阴天的时候能收到远1倍的地区的语言
    可以铁路极少有女播报员。。

  8. 2755069

    其实是上个世纪的无线电尚且落后,静态分配频率给不同的电台,通过法律去约束频率的使用。这样的设计造成了不少的问题,上个世纪后四十年代的无线电工程师基本上就被约束在这个条件上绞尽脑汁,里面催生出了不少鬼才,有些还恰巧解决了遗留数百年的数学问题。

    进入21世纪之后,我们现在在探讨的是如何动态分配频谱资源,这样,即使考虑到离子对电波的吸收因子,也可以智能的收发端也能在一个共同信道上取得一致的调制解调的方案并协和调整。再者就是削减落后的调制方法。模拟电视的频率以及一些调频电台我们已经不需要了。

    夜晚上仅调整信号强度也是不够的,因为什么事呢?天文现象。譬如太阳风。黑子、耀斑的周期甚至月球在轨道里的位置有时候也是一个合格的无线电工程师考虑的范围内。

  9. 2755072

    WiFi阴天的问题我认为和阴天大家都喜欢在家上网有关

  10. 2755093

    他们会振荡波的频率
    这句是什么意思。。。

  11. 2755094

    @外行: 顶你。。

  12. 4tsdfs
    @3 years ago
    2755101

    其实只是晚上蹭你wifi的人少了!

  13. 2755141

    我怎么感觉晚上wifi信号没有白天好呢?

  14. MS-06J
    @3 years ago
    2755190

    因为深夜节目白天怎么可能收的到?

  15. 2755217

    因为白天有太阳这个辐射源覆盖了啊

  16. 2755231

    调频和短波的传播方式不一样的。短波更依赖于电离层反射,其受太阳黑子影响更大。不过总体来说,晚间的杂波会比白天少,所以传播条件更好一点。

  17. 少许糖
    @3 years ago
    2755349

    “先生您好,这里是华盛顿广播电台,请问有什么可以为您服务?”
    “为什么我白天收不到你们电台节目只能晚上收到?”
    “对不起,我们的广播时间为19:00至23:00,欢迎您继续关注我们的节目。”
    “。。。。。。。”

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