中国电波研究简史文档格式.docx

1、在这70年的历史长河中，1962年中国电子学会电波传播分会的成立，1965年中国电波传播研究所的建立，1986年电波科学学报的正式发行，都有力地推动和促进了我国电波传播事业的发展。电波传播研究的发展，和整个科学技术的发展密切不可分。大致可以划分为，20-30年代以远距离通信为目标的，研究短波电离层传播时代；40-50年代超短波、微波技术兴起，电波传播进入了对流层传播研究期，研究各种类型的散射传播现象，以达到微波超视距传播的目的；50年代后期，人造卫星上天，卫星通信出现，电波传播研究围绕地空电路传播，开展了用卫星信标研究整个大气层的时代；70-80年代以来，计算机技术飞速发展，特别是微型机的出现

2、，带动了计算电磁学的发展，从而给电波传播提供了一种极其有力的研究方法和工具。传统的电波传播研究只有试验和理论分析两种方法。由于媒质特性和边界条件的多变性，电波传播难以进行模拟试验，试验都要在现场进行。所以电波传播试验规模大，花钱多，开展非常费力。也由于同样的原因，从马科斯韦方程出发的经典理论研究分析也非常困难，所能解决的问题极其有限。所以通过试验，收集数据，统计分析，得出经验性模式，成为电波传播研究的主要途径。用计算技术计算、模拟已经成为电波传播研究的第三途径。数值计算方法可以解决各种类型的复杂问题。可以模拟电波传播问题，不必进行现场测试；通过信号的接收，可以反演传播媒质和目标的特性；通过信号

3、处理，可以从接收信号中提取更多的信息。总之，计算电磁学的出现，极大地改变了电波传播研究的面貌。我国的电波传播研究，也是沿著这条轨道发展下来的。经过几代人的努力，在70年中，研究领域不断扩大，参加人员日益增多，几乎覆盖了国际上已经开展的所有领域。多数项目是跟踪国外，和国际水平有一定差距。但也有少数项目是和国外同步开展，独立地做出了成果的。个别项目，甚至领先于国外。电波传播研究所涉及的范围很广，有专门研究电波传播的机构和人员，还有许多无线电系统设计和应用部门的，从系统需要出发而研究电波传播的人士。电波传播研究与系统的开发和运用密切相关，吸引了整个信息电子界的关注和参与。70年来，电波传播研究成果众

4、多，是一棵参天大树。由于本人水平和接触面的限制，在此不可能一一列举和反映。挂一漏万，遗漏之处，敬请谅解。2 前辈们的一些优秀成果70 年来，老一辈的电磁波传播研究者，在条件远不如今天的艰苦情况下，凭藉对祖国忠诚，对科学热爱的赤子之心，在电波传播研究方面，做出了一些非常出色的成果。下面选出几项，以飨读者。2.1 赤道异常现象的发现。早在40年代，武汉大学梁百先教授就发现了磁赤道两侧电子浓度异常的现象。他写成论文，投寄给英国自然（Nature）杂志，于1947年发表。而国际上都把发现这个异常的桂冠加给英国的Appleton。从而称为Appleton异常。Appleton 的论文1946年也发表在这

5、份杂志上，比梁先生早一年。而两位先生文章中的曲线，却都是1944年各自的观测资料。Appleton的是3月份，而梁先生的曲线则是9月。两者相差不过6个月。由于种种原因，梁先生的论文晚发表了一年。而观测和分析都是各自独立分别进行的。公平地说，应该是Appleton 先生和梁先生共同发现了这一赤道两侧的驼峰异常现象。2.2 近地天线和埋地天线的理论分析。50 年代，通信战士们在朝鲜战场上，多次使用坑道中天线进行通信，获得了大量的第一手资料。陈敬熊、李桂生两位先生分析了这些实验资料，对埋地天线和近地面天线，进行了理论上的探讨，并且进行了实测验证。阐明了天线辐射特性以及传播机理。文章发表在中国人民解放

6、军电子科学研究院内部刊物电子学研究1957年第二期上。直到1963年3月，IEEE Trans. on AP杂志上才专辑发表美国的这方面的研究成果。可以说，关于埋地天线和坑道通信传播的研究，我们领先于美国。至少也应该说是各自独立进行研究的。2.3 对流层前向散射传播理论。国际上这方面的研究和试验开始于40年代后期。美国Book,H.G. 和 Gordon,W.E.发表于1950年PIRE杂志上的文章，首次阐明了对流层散射传播的传播机制。认为这种传播是由对流层的折射指数不均匀性引起的。Book先生是国际电波传播大师，40年代，他首次发表了大气波导传播理论。但是，他在推导散射截面的表达式时，用指数

7、函数来描述对流层折射指数不均匀性随高度的变化，带有很大的任意性，文章的数学推导也不够严谨。吕保维先生在1957年，采用了Kolmogorov-Obuhov的湍流统计理论所得出的，折射指数起伏的结构函数服从2/3次方定理。用（）表示折射指数相对起伏的相关函数，推导出散射截面的表达式=A这是一个从Maxwell方程出发的，不均匀介质散射的统一理论。推出的散射截面表达式是一个通式，既可用于对流层散射，也可以用于电离层散射。只要根据不同的媒质，代入不同的（）即可。吕先生的文章，发表在多份刊物上，这一散射截面通式也为以后的研究者经常采用。其数学推导的严格性，受到国际上的推崇。2.4 短波电离层传播的滑行

8、波理论。一般认为，电波在电离层和地面之间的传播，是在在电离层和地面之间一跳或者多跳，以达到远距离的传播。当频率高于一定值就将穿出电离层。吕先生首先从实际经验考虑，一般预测远距离短波通信的最高可用频率，都采用所谓控制点方法，所预测出的频率都高于用多跳模式所预测的频率。由此吕先生就认为在电离层传播中存在滑行波模式。以后他又从理论推导，证实了这种传播模式，并推导出了这种传播模式和电离层临界频率之间的关系式。滑行波传播可以用来解决地面与卫星之间的可靠短波通信。电离层短波滑行波传播理论，是吕保维先生在电波传播理论上做出的突出贡献。2.5 低纬哨声传播理论。梁百先先生在哨声传播理论方面，也做出了令人敬佩的

9、成果。他们从理论上阐明了哨声信号低纬传播的机制。认为低纬哨声可能存在非导管模和导管模混合传播方式。林为干先生、龙咸灵先生、王一平先生等都是我国电磁理论和电波传播界知名学者，都在科研和教学方面做出了重要贡献。由于篇幅所限，难以一一在此加以评价，遗漏之处，敬请谅解。3 电离层结构的测量与研究70年来，我国电波传播界开展了规模巨大，数目众多的测量。这里只能列举其中一些主要项目。3.1 电离层探测网的建立。1944 年在重庆开始了日常的垂直投射观测，以后逐步发展，50年代后期，我国的垂测网基本形成。1965年中国电波传播研究所（电波所）成立，继续改进我国的电离层观测网。在东经120度附近，形成了一条每

10、隔纬度5度左右一个站的观测链。北起满洲里、长春、北京、青岛、新乡、武汉，直到南端的广州、海南岛。考虑经度效应，西部则有兰州、乌鲁木齐、重庆、拉萨等站，以监测经度的影响。科学地覆盖了我国整个大陆地区。以后又向海外发展，在南极地区建立了中山站和长城站；北极地区也新设了观测站。从设站的数量，布站的合理性，以及资料积累时间长来看，我国的电离层垂直投射观测网，可以称得上是世界一流的。所积累的丰富资料，不仅可以用于当前各种电子系统，还可以为今后深入研究地球环境和日地关系之用。3.2 利用地面大功率雷达探测电离层。80 年代初，电波所利用大功率雷达对电离层的电子密度剖面进行了测量。同时还测量了电子和离子温度

11、。垂直投射观测只能观测到电离层最大电子浓度以下部分，而非相干散射雷达则可以探测到整个电离层。所以雷达观测是一种重要的手段。最近，电波所和欧洲非相干散射雷达观测网组织建立了合作关系，可以共享他们的观测资料。3.3 利用卫星信号观测电离层。50 年代，科学院周炜等曾经利用火箭携带探针直接探测电离层，获得了可贵的结果。但造价昂贵，只能少量为之。80年代以后，开始利用卫星信标来探测电离层。电波所和武汉大学（武大）先后利用ETS-II卫星和NNSS卫星信标来探测电离层。近年来则是利用GPS卫星信号（1.22760GHz，1.57542GHz）。测量两个频率之间的群时延差和相位差，可以得出电子总含量（TE

12、C）。在电波所的垂测网中，有5个站配备了TEC观测设备。形成了一个TEC观测网，积累了10年以上的数据。武大还利用GPS卫星信号，观测了日食对电离层TEC的影响。武大徐继生等，利用NNSS卫星信标，沿东经120度，设立6个接收站，同步测量卫星双频信标差分Doppler相位，用无线电CT技术，反演出水平距离延伸数千公里的电离层电子浓度随高度和纬度变化的二维图像。电波所吴健等，利用Mexico草帽小波对信号进行处理后，实现了用CT技术反演电离层。3.4 电离层斜向探测观测网。电波所利用大功率的HF发射设备，庞大的收发天线系统，组成了斜向投射观测网和返回散射观测系统。斜向投射探测网由新乡、乌鲁木齐、

13、北京、满洲里、青岛、重庆、广州等站组成。3.5 哨声观测。武大徐继生、梁百先、保宗悌等，在低纬地区设站（武昌，赤纬19.30；桂林，赤纬14.10；湛江，赤纬10.10），观测了低纬哨声的特性，分析了电离层导管和磁层导管性质的差别。研究了电离层导管对哨声模波的捕获和引导。认为，低纬哨声可能存在非导管模和导管模混合传播方式。他们还认为，电离层爆期间哨声活动和信号扩散的增加，是由于赤道电离层中沿场导管（field-aligned ducts）的形成有关。3.6 用Riometer 研究高纬度电离层。刘瑞源等，于1998年用Riometer 在南极中山站，观测了电离层的吸收。区分了两种由太阳爆发而引

14、起的吸收。一种是由爆发喷射出的紫外辐射和软X射线引起的所谓突然宇宙吸收（Sudden Cosmic Absorption）。另外一种是太阳爆发后约1小时的极冠吸收（PCA）。3.7 电离层闪烁（Scintillation）的研究。电离层闪烁对卫星信号产生影响。电波所利用卫星信号，在海口、广州、昆明、重庆、上海等地设观测站，组成VHF和UHF波段电离层闪烁监测网。得出了我国的电离层闪烁预报模型。利用多站的观测资料，研究了电离层不均匀体的特性。 Fan and Liu等曾对香港地区1978-1980年期间的4GHz信号幅度闪烁进行了分析。朱太平等1990年8-10月在广州对4GHz信号幅度闪烁进行了观测，并分析了其与海口站的VHF闪烁和扩展F的关系。龙其利等曾对海口地区/ 1989年12月至1990年12月期间的VHF波段.（136MHz）信号幅度闪烁进行了观测和分析。甄卫民、陈丽等对L波段和UHF波段在中低纬地区的闪烁，及其对通信的影响进行了分析。尚社平等，对赤道地区L波段的电离层闪烁形态进行了分析。3.8 低纬电离层漂移特性的研究。低纬地区电离层由于其特殊的地理位置，磁力线接近水平、科里奥利力小以及“喷泉效应”所形成的“赤