【题目编号】MC1-0718
【题目】有时,VHF/UHF 业余波段中可能出现远达 500 千米的“超视距传播”信号。这与下列哪 种现象密切相关?
【答案】A
[A]对流层散射
[B]D 层折射
[C]F2 层折射
[D]法拉第旋转
考点速览
题目给的线索是两段:频段是甚高频与特高频(very high frequency,VHF;ultra high frequency,UHF),距离是五百千米量级的超视距。视距之外还能收到这么远的信号,说明有东西把电波"拐"了出去,而这道题要选的是与这种传播最密切相关的那一个机制——对流层散射(tropospheric scatter)。答案选 A。
对流层散射是怎么发生的
对流层(troposphere)是大气最低的一层,赤道附近厚约十七千米,两极只有八千米上下,天气现象几乎都发生在这一层里。这一层空气并不均匀:地面受热不均、风切变、地形扰动都会造成湍流,形成一个个尺度不一、折射率略有差异的团块,它们随气流不断生灭和漂移。
当电波穿过这些团块时,如果团块的尺度与波长可以相比,电波就会向四面八方再辐射,这就是散射。收发两端的天线波束在高空某个高度上交叠,交叠出来的那一块公共体积里,总有散射能量被抛向接收方向。散射路径不要求两端互相看得见,链路因此可以远远越过地平线。
代价是损耗。散射只是入射能量中极小的一部分被折向接收端,接收到的功率大致与距离的高次方成反比,随距离衰减得比自由空间快得多。要维持可用信噪比,就得靠大功率发射、高增益窄波束天线、低噪声接收前端和足够带宽内的信号处理。工程上单跳对流层散射链路的典型跨度在数百千米量级,与题干的五百千米正好对上。
频段与实务面貌
对流层散射在数百兆赫到数吉赫的范围内都可工作,频率高时天线波束窄、增益高,但大气吸收也随之增加,因此常用频段落在几百兆赫到几吉赫之间,且多年来的主要用户是需要跨越山海、沙漠等无中继地形的固定通信系统。对业余爱好者来说,两米波段和七十厘米波段偶尔也能出现散射型的弱信号,特征是信号强度很低但相对平稳,可持续十几分钟乃至更久,不像突发 E 层那样说强就强、说没就没。
逐项辨析
选项 A 正确。对流层内折射率不均匀造成的散射,把电波送到视距之外数百千米,距离量级与题干完全吻合,是这类超视距信号最直接的成因。
选项 B 错误。D 层位于电离层最下部,白天因太阳辐射而存在,主要作用是吸收短波频段的电波,吸收量随频率升高而迅速减小。对数百兆赫以上的 VHF/UHF,D 层的电子密度远不足以产生可观的折射,谈不上把信号送回地面。把它当成因,既搞错了层次也搞错了机制。
选项 C 错误。F2 层折射是短波远距离通信的主渠道,靠的是电离层电子密度随高度变化形成的折射率梯度。VHF 电波的频率通常高于 F2 层的临界频率,会直接穿过去,只有太阳活动极强、最高可用频率(maximum usable frequency,MUF)被抬得很高的少数时段,六米波段才可能借电离层走远。这条路与"与对流层散射密切相关"的题意不符。
选项 D 错误。法拉第旋转(Faraday rotation)是线极化电波穿过电离层时,受地磁场作用下电子运动影响而发生的极化面旋转。它改变的是极化方向,会让固定极化的接收天线损失几个分贝,属于极化失配问题,并不改变传播距离,也不能把信号送到五百千米外。
把三种超视距机制摆在一起
对流层散射发生在对流层内,高度在十千米以下,距离量级是数百千米,信号弱而平稳;突发 E 层发生在约一百千米高的电离层 E 区,靠一层薄而稠密的强电离把 VHF 反射回地面,距离可达一千千米以上,信号突然出现、强度可观;大气波导则靠折射率异常层把电波"困"住并沿层导引,几百千米内损耗极小,信号强且稳定。三条路的产地、高度和手感都不一样,抓住高度和距离这两个坐标,就不会张冠李戴。
应试要点
记住"对流层散射等于几百千米、突发 E 层等于上千千米"这一组数量级对照。凡是把短波机制——D 层吸收、F2 层折射、法拉第旋转——拿来解释 VHF/UHF 超视距传播的选项,都属于层次错置,可以直接划掉。