2.2　散射通信的电波传播基本原理

关于对流层对无线电波的前向散射作用的原理是电波传播科学研究的范畴。为方便感兴趣的读者阅读，同时也为了下文更好地讨论散射信道的特点，下面摘录了一些有关电波传播机理的主流理论，本节的介绍十分浅简，详情请参考文献[1]。

散射电波传播专家们根据大量的外线试验数据提出了三种不同的假设：散射理论、反射理论和多模理论。

2.2.1　散射理论

散射理论（湍流非相干散射）认为，电波在对流层中的散射传播是湍流不相干散射传播，如图2-3所示。由于在对流层中不断产生大气涡流（湍流），使温度、湿度和气压发生随机变化，引起大气折射指数N _s 的变化。当电磁波进入这种折射指数不断起伏的区域（散射体）时，由大气的不均匀性产生散射。部分前向散射波落到接收天线的波束内从而形成超视距传播。

这种散射机理假设，散射体内的大量有极分子相当于一个个小偶极子天线，它们受到发射电波的激励后按照偶极子天线的方向图产生二次辐射。这些“偶极子天线”的排列是无序的，杂乱无章的，而且随机变化。只有其中少量与发射波的波前相切的“偶极子天线”（即“偶极子天线”的轴向与发射天线的线极化方向一致）才能受到最大的激励，它们的二次辐射波最强，形成前向散射波。同理，也只有这少量“偶极子天线”的轴向与接收天线的线极化方向一致，因而其落到接收天线的主波束内的二次辐射波（前向散射波）才能被接收天线有效接收。接收到的信号是这些“偶极子天线”二次辐射信号的矢量和。

2.2.2　反射理论

反射理论（稳定层相干反射）认为，在对流层中经常存在折射指数的不均匀层，接收信号是这些不均匀层反射信号之矢量和。由于各层相对稳定，所以各层反射的电波有确定的相位关系，因此是相干反射。采用这种反射机理很容易解释只有通信方向上存在反射波，该反射波在接收天线主波束内被有效接收。该理论的原理示意图如图2-4所示。

2.2.3　多模理论

多模理论（不规则层非相干反射）认为，某些条件下大气中会形成一种折射指数锐变层，这种锐变层很多，形状强度不一，位置取向极不规则，并随气流作杂乱无章的运动。这种不规则的锐变层对入射的电波产生部分反射。由于各层在电气性能上互相独立，这种反射是不相干的，因此有的多模论者也称这种传播为不规则层的非相干反射。既然同样是反射机理，所以只有通信方向上存在的反射波在接收天线主波束内被有效接收。该理论的原理示意图如图2-5所示。

对流层中电波超视距传播现象的这三种解释都有理论推导可循，也都有一些实验数据作为支撑，不过依照散射理论可解释的问题范围更广泛，因而通常称这种传播为对流层“散射”。它们都可用作解释散射通信本身具有抗截获、抗干扰特性的原因，但从反射（相干或者不相干反射）的角度更好理解，这就好像光线被镜面反射到特定的地点，其他的地方则无反射光。