電波受媒質(zhì)和媒質(zhì)交界面的作用，產(chǎn)生反射、散射、折射、繞射和吸收等現(xiàn)象。

基本介紹
關(guān)于無(wú)線電波在地球、地球大氣層和宇宙空間中傳播過(guò)程的理論。電波受媒質(zhì)和媒質(zhì)交界面的作用，產(chǎn)生反射、散射、折射、繞射和吸收等現(xiàn)象，使電波的特性參量如幅度、相位、極化、傳播方向等發(fā)生變化。電波傳播已形成電子學(xué)的一個(gè)分支，它研究無(wú)線電波與媒質(zhì)間的這種相互作用，闡明其物理機(jī)理，計(jì)算傳播過(guò)程中的各種特性參量，為各種電子系統(tǒng)工程的方案論證、最佳工作條件選擇和傳播誤差修正等提供數(shù)據(jù)和資料。根據(jù)電波傳播原理，用無(wú)線電波來(lái)進(jìn)行探測(cè)，是研究電離層、磁層等的有效手段。電波傳播為大氣物理和高層大氣物理等的研究提供探測(cè)方法，積累大批資料，提供數(shù)據(jù)分析的理論基礎(chǔ)。
電磁波頻譜的范圍極其寬廣，是一種巨大的資源。電波傳播的研究是開(kāi)拓利用這些資源的重要方面。它主要研究幾赫（有時(shí)遠(yuǎn)小于 1赫）到3000吉赫的無(wú)線電波，同時(shí)也研究3000吉赫到384太赫的紅外線,384太赫到770太赫的光波的傳播問(wèn)題。
電波傳播所涉及的媒質(zhì)有地球（地下、水下和地球表面等）、地球大氣（對(duì)流層、電離層和磁層等）、日地空間以及星際空間等。這些媒質(zhì)多數(shù)是自然界存在的，但也有許多人工產(chǎn)生的媒質(zhì)，如火箭噴焰等離子體和飛行器再入大氣層時(shí)產(chǎn)生的等離子體等，也是電波傳播的研究對(duì)象。這些媒質(zhì)的結(jié)構(gòu)千差萬(wàn)別，電氣特性各異。但就其在傳播過(guò)程中的作用可以分為三種類型：

①連續(xù)的（均勻的或不均勻的）傳播媒質(zhì)，如對(duì)流層和電離層等；

②媒質(zhì)間的交界面(粗糙的或光滑的)，如海面和地面等；

③離散的散射體如雨滴、雪、飛機(jī)、導(dǎo)彈等，它可以是單個(gè)的，也可以是成群的。這些媒質(zhì)的特性多數(shù)隨時(shí)間和空間而隨機(jī)地變化。因而與它相互作用的波的幅度和相位也隨時(shí)間和空間而隨機(jī)變化。因此，媒質(zhì)和傳播波的特性需要用統(tǒng)計(jì)方法來(lái)描述。

歷史情況
對(duì)電波傳播的研究最早可以追溯到1864年。在這一年，英國(guó)物理學(xué)家J.C.麥克斯韋在向皇家學(xué)會(huì)提出的題為《電磁場(chǎng)的動(dòng)力學(xué)理論》的論文中全面闡述了他的電磁理論。他提出了位移電流的概念；建立了電磁場(chǎng)的基本方程組──麥克斯韋方程組；預(yù)言了電磁波的存在。1887年,德國(guó)的H.R.赫茲用實(shí)驗(yàn)演示證明,火花放電器激發(fā)一個(gè)偶極子而發(fā)射的波具有和光同樣的傳播特性。這是最早的電波傳播實(shí)驗(yàn)研究，證實(shí)了麥克斯韋的預(yù)言。19世紀(jì)90年代，俄國(guó)的А.С.波波夫和意大利的G.馬可尼都各自進(jìn)行了多次電波傳播試驗(yàn)。1901年，馬可尼在3000多公里的距離上接收了越過(guò)大西洋的無(wú)線電信號(hào)。人們當(dāng)時(shí)企圖用導(dǎo)電球體的繞射傳播來(lái)解釋這一現(xiàn)象。這一繞射問(wèn)題的研究，涉及極其復(fù)雜的數(shù)學(xué)問(wèn)題。在這方面L.瑞利(1903)、J.H.龐加萊(1910)、H.M.麥克唐納(1914)等人作出了貢獻(xiàn)。當(dāng)時(shí)的技術(shù)只能在長(zhǎng)波上獲得足夠大的輻射功率，因此，試驗(yàn)主要是在中長(zhǎng)波上進(jìn)行的。理論和實(shí)驗(yàn)都表明，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，繞射損耗越小。
電離層的發(fā)現(xiàn)是電波傳播發(fā)展史上的另一個(gè)重要里程碑。在短的波長(zhǎng)上進(jìn)行遠(yuǎn)距離試驗(yàn)表明，接收?qǐng)鰪?qiáng)比繞射理論計(jì)算的大，而且信號(hào)有明顯的晝夜變化。必須假設(shè)存在電離層，才能滿意地解釋這些實(shí)驗(yàn)事實(shí)。其中最有代表性的是G.N.沃森(1919)的工作。1924年以后E.V.阿普頓和M.A.F.巴尼特在英國(guó)，G.布賴特和M.A.圖夫在美國(guó)用實(shí)驗(yàn)方法證實(shí)了電離層的存在。1931年，S.查普曼提出了電離層的形成理論。1932年，提出了阿普頓－哈特里公式，建立了系統(tǒng)的磁離子理論。從證實(shí)電離層存在到第二次世界大戰(zhàn)前后，圍繞短波電離層傳播開(kāi)展了廣泛的研究工作。
第二次世界大戰(zhàn)期間，許多雷達(dá)發(fā)現(xiàn)了超視距目標(biāo)。起初，人們用對(duì)流層折射指數(shù)梯度反常而引起的波導(dǎo)傳播或超折射效應(yīng)來(lái)解釋這一現(xiàn)象。1946年，H.G.布克和W.瓦金肖系統(tǒng)地闡述了對(duì)流層波導(dǎo)傳播理論。對(duì)流層對(duì)電波傳播的影響開(kāi)始受到重視。
隨著實(shí)驗(yàn)資料的不斷積累，人們發(fā)現(xiàn)除了偶爾出現(xiàn)的由對(duì)流層反常傳播引起的信號(hào)外，還存在一種強(qiáng)度雖然很弱但卻經(jīng)常存在的超視距信號(hào)。這一現(xiàn)象無(wú)法用繞射傳播或超折射效應(yīng)來(lái)解釋。1950年，布克和W.E.戈登發(fā)表了對(duì)流層散射理論，開(kāi)始了一個(gè)研究媒質(zhì)隨機(jī)不均勻性對(duì)電波傳播影響的新時(shí)期。在對(duì)流層電波散射傳播理論的影響下，又發(fā)現(xiàn)了電離層散射傳播和流星余跡電波散射傳播。1958年，戈登提出了自由電子對(duì)電波的非相干散射理論，這個(gè)理論很快就為實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，遂出現(xiàn)了一個(gè)用大功率雷達(dá)探測(cè)地球大氣層的新時(shí)期。
70年代以后，電波傳播研究的頻率向高、低兩端延伸。在低端，研究極低頻的傳播；在高端，開(kāi)展對(duì)10吉赫以上的電波傳播研究。大氣吸收、降水影響、去極化和目標(biāo)散射特性等研究蓬勃開(kāi)展，建立了許多理論模型，反演理論也獲得了迅速的發(fā)展。
在電波傳播研究中，對(duì)傳播媒質(zhì)的研究進(jìn)行了廣泛的國(guó)際合作。為協(xié)調(diào)和促進(jìn)電波傳播的發(fā)展，國(guó)際上成立了專門(mén)的研究組織。在國(guó)際無(wú)線電咨詢委員會(huì)(CCIR)中設(shè)有第5組“非電離媒質(zhì)中的傳播”和第6組“電離媒質(zhì)中的電波傳播”；在國(guó)際無(wú)線電科學(xué)聯(lián)合會(huì)(URSI)中設(shè)有F委員會(huì)“遙感和波的傳播”和G委員會(huì)“電離層無(wú)線電和傳播”等。
中國(guó)早在1936年就在上海開(kāi)始了對(duì)電離層的探測(cè)。1937～1938年在武昌，1944年在重慶都用自制的儀器對(duì)電離層進(jìn)行了較長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)。重慶站自1945年 8月、武昌站自1946年 8月開(kāi)始連續(xù)進(jìn)行觀測(cè)。中華人民共和國(guó)成立后，先后又建成了滿洲里、長(zhǎng)春、烏魯木齊、北京、蘭州、廣州、海口等觀測(cè)站，形成了電離層觀測(cè)網(wǎng)。從1956年起，中國(guó)開(kāi)展對(duì)流層散射傳播的研究；1957年5月,建成了第一條對(duì)流層散射傳播試驗(yàn)電路。在以后的10多年中進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)和理論工作。中國(guó)還開(kāi)展了哨聲傳播研究，并于1983年在低緯度的西沙群島接收到了哨聲信號(hào)。目前，專門(mén)從事電波傳播研究的中國(guó)電波傳播研究所已經(jīng)擁有一支理論和測(cè)試隊(duì)伍，開(kāi)展了傳播理論、媒質(zhì)結(jié)構(gòu)和工程應(yīng)用等多方面的研究，研究的范圍從甚低頻一直到幾十吉赫。高等院校從50年代起先后設(shè)置了電波傳播專業(yè)，培養(yǎng)了這方面大批專門(mén)人才。

研究方法

電波傳播研究歷來(lái)就是用理論和實(shí)驗(yàn)兩種方法來(lái)進(jìn)行的。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，用計(jì)算機(jī)模擬已成為一種獨(dú)立的研究方法。電波傳播研究主要有理論研究、實(shí)驗(yàn)觀測(cè)和計(jì)算機(jī)模擬三種研究方法。

理論研究
電波傳播主要研究媒質(zhì)與電波的相作用過(guò)程。有時(shí)候媒質(zhì)特性可以用若干參數(shù)來(lái)表征，而且這些參數(shù)盡管可能有時(shí)空的規(guī)律變化和隨機(jī)變化，但并不因電波的存在而發(fā)生變化。這時(shí)用理論方法研究電波傳播問(wèn)題時(shí),可以根據(jù)媒質(zhì)的物理模型,對(duì)媒質(zhì)或者媒質(zhì)分界面的時(shí)空變化采用一定的數(shù)學(xué)模型加以描述，研究傳播特性就歸結(jié)為求解電磁方程組的數(shù)學(xué)問(wèn)題。媒質(zhì)模型的選擇首先取決于人們對(duì)媒質(zhì)結(jié)構(gòu)和媒質(zhì)特性的認(rèn)識(shí)；但在處理實(shí)際問(wèn)題時(shí)，更為重要的是考慮模型的合理性和求解方程式的實(shí)際可能性。針對(duì)一個(gè)合理的模型，如果可以得到解析解或數(shù)值解，則這種方法對(duì)于認(rèn)識(shí)傳播機(jī)制、概括地了解傳播特性是有效的。由于實(shí)驗(yàn)工作的局限性，這種理論知識(shí)對(duì)于指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)和測(cè)試資料的分析處理都是十分必要的。但是，在處理問(wèn)題時(shí)模型都要經(jīng)過(guò)不同程度的理想化,同實(shí)際的媒質(zhì)有一定差別,而且只有很少量的問(wèn)題能夠得出解析解，因此理論研究結(jié)果的具體運(yùn)用就有一定的局限性。在某些情況下，媒質(zhì)的特性參數(shù)與電波的存在與否有關(guān)。例如，在電離層中的傳播就是如此,理論問(wèn)題變得更加復(fù)雜。另一方面,當(dāng)介質(zhì)特性與傳播特征的主要關(guān)系弄清楚以后，人們有可能根據(jù)已知的傳播特征來(lái)反推媒質(zhì)或媒質(zhì)介面的特性。這類反演問(wèn)題也是理論研究的一個(gè)重要方面。反演理論是遙感技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)。

實(shí)驗(yàn)觀測(cè)
由于自然媒質(zhì)的結(jié)構(gòu)和特性非常復(fù)雜，并且隨時(shí)間、空間而隨機(jī)變化，要用理論方法得出可以用于工程應(yīng)用的精確資料是困難的。因此，實(shí)驗(yàn)觀測(cè)方法歷來(lái)就是電波傳播研究的最基本的方法。電波傳播研究通過(guò)大量的實(shí)地觀測(cè)，探測(cè)媒質(zhì)的結(jié)構(gòu)，監(jiān)視媒質(zhì)的變化,積累傳播特性的數(shù)據(jù)資料,從中總結(jié)出電波傳播的規(guī)律。電波傳播觀測(cè)一般在實(shí)際的環(huán)境、有代表性的不同地區(qū)進(jìn)行。在同一地區(qū)的實(shí)驗(yàn)，又須積累較長(zhǎng)時(shí)間的資料，才能反映出傳播特性和媒質(zhì)特性隨時(shí)間、空間的變化規(guī)律。這是電波傳播實(shí)驗(yàn)的一個(gè)重要特點(diǎn)。當(dāng)然,由于電波傳播實(shí)驗(yàn)只能在有限的時(shí)間和空間進(jìn)行,同時(shí)也由于實(shí)驗(yàn)是在自然條件下進(jìn)行，影響傳播的諸因素不受控制，在處理測(cè)試資料時(shí)會(huì)遇到困難。為了從有限的測(cè)試結(jié)果中總結(jié)出比較普遍適用的規(guī)律，理論指導(dǎo)和理論分析是十分必要的。

計(jì)算機(jī)模擬
隨著計(jì)算機(jī)和計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，可以用計(jì)算機(jī)模擬介質(zhì)特性的變化和傳播過(guò)程。它可以部分地克服理論方法中媒質(zhì)模型理想化和方程式求解困難所帶來(lái)的局限性。同時(shí)，也可部分地彌補(bǔ)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)方法需要耗費(fèi)大量人力、物力和時(shí)間的不足，是一種很有發(fā)展前景的研究方法。
當(dāng)然，進(jìn)行電波傳播研究時(shí)往往不是單一地采用某種方法，各種方法各有短長(zhǎng)，常常需要結(jié)合運(yùn)用，互相配合，互相補(bǔ)充。