电波一般指无线电，无线电传播是指无线电波从一个点传播到另一个点或者进入到大气层的各个部分的行为。[1] 作为电磁辐射的一种形式，无线电波像光波一样会受到反射、折射、衍射、吸收、偏振和散射现象的影响。[2]了解不同条件对无线电传播的影响有许多实际应用，从为国际短波广播电台选择频率，到设计可靠的移动电话系统，到无线电导航，再到雷达系统的操作。
实际的无线电传输系统中使用了几种不同的传播方式。视距传输是指从发射天线到接收天线沿直线传播的无线电波。视距传输用于中程无线电传输，如手机、无绳电话、对讲机、无线网络、调频广播和电视广播及雷达，以及卫星通信（卫星电视）。地球表面的视距传输受限于可视地平线的距离，这取决于发射和接收天线的高度。这是微波及以上频段的唯一的传播方法。在微波频率下，大气中的水分(雨衰)会降低传输效率。
在中频、低频和甚低频波段的较低频段，由于衍射，无线电波可以通过绕射越过像小山一样的障碍物，并作为沿着地球轮廓的表面波传播到地平线之外，被称为地波。调幅广播电台使用地波覆盖他们的收听区域。随着频率的降低，无线电波的随距离的衰减程度也在减小，因此甚低频和极低频地波可以用于全球通信。甚低频(VLF)和极低频(ELF)波可以穿透水和地球并传播很远的距离，这些频率可用于水雷通信和与水下潜艇的军事通信。
在中波和短波频率(中频和高频波段)，无线电波被大气层中称为电离层的一层带电粒子(离子)折射。这意味着以一定角度发射到天空的无线电波可以通过反射传播地平线以外的地方，甚至是横跨大陆的距离，称为天波传播。业余无线爱好者用它与其他国家和国际广播的短波广播电台进行交谈。天波通信是不稳定的，取决于高层大气的条件；它在晚上和冬天最可靠。由于它的不可靠性，自20世纪60年代通信卫星出现以来，许多以前使用天波的远程通信都改为卫星通信。
此外，还有几种不太常见的无线电传播机制，如对流层散射(对流层散射仪)和近垂直入射天波(NVIS)，它们用于专门的通信系统。
在自由空间，所有电磁波(无线电、光、x光等)。都遵守平方反比定律，即来自点源的电磁波的功率密度ρ与距离r平方的倒数成正比：[3]
在离发射机超过一定距离时，发射天线通常可以近似为点源。将接收器与发射器的距离增加一倍意味着在新位置辐射波的功率密度降低到其先前值的四分之一。
每个表面单位的功率密度与电场和磁场强度的乘积成正比。因此，将与发射器的传播路径距离加倍，可以将自由空间路径上的每个接收场强降低一半。
真空中的无线电波以光速传播。地球的大气层非常薄，以至于大气中的无线电波传播速度非常接近光速，但是大气密度和温度的变化会导致电波在一定距离内轻微折射(弯曲)。
在不同的频率下，无线电波通过不同的机制或模式在大气中传播:[4]
| 无线电频率及其主要传播模式 | ||||
| 频带 | 频率 | 波长 | 传播路径 | |
| ELF | 极低频 | 3–30赫兹 | 100，000-10，000公里 | 地球和D电离层之间 |
| SLF | 超低频 | 30–300赫兹 | 10，000-1，000公里 | 地球和电离层之间 |
| ULF | 超低频率 | 0.3-3千赫兹(300-3，000赫兹) | 1，000-100公里 | 地球和电离层之间 |
| VLF | 超低频 | 3-30千赫(3，000-30，000赫兹) | 100-10公里 | 在地球和电离层之间 |
| LF | 低频 | 30-300千赫(30，000-300，000赫兹) | 10-1公里 | 在地球和电离层之间 地波 |
| MF | 中频 | 300-3000千赫(300，000-3，000，000赫兹) | 1000–100米 | 地波 D电离层吸收减弱时，夜间E、 F电离层折射 |
| HF | 高频(短波) | 3–30兆赫(3，000，000–30，000，000赫兹) | 100–10米 | E层电离层折射. 有时有F1、F2层电离层折射 |
| VHF | 特高频 | 30–300兆赫(30，000，000–300，000，000赫兹) | 10–1米 | 视距传播。 E电离层折射。在高达50兆赫的太阳黑子活动期间，罕见的F2层电离层折射很少达到80兆赫。有时有对流层波导现象或流星散射 |
| UHF | 超高频 | 300–3000兆赫(300，000，000–3，000，000，000赫兹) | 100–10厘米 | 视距传播。有时有对流层波导现象。 |
| SHF | 超高频 | 3-30千兆赫(3，000，000，000-30，000，000，000赫兹) | 10–1厘米 | 视距传播。有时有雨散射现象。 |
| EHF | 极高频率 | 30-300千兆赫(30，000，000，000-300，000，000，000赫兹) | 10–1毫米 | 视距传播，被大气吸收限制在几公里之内 |
| THF | 极高的频率 | 0.3–3太赫兹(300，000，000，000–3，000，000，000，000赫兹) | 1–0.1毫米 | 视距传播。 |
视距传播是指从发射天线到接收天线直线传播的无线电波。它不一定需要一条畅通的视距路径；在较低的频率下，无线电波可以穿过建筑物、树叶和其他障碍物。这是甚高频和更高频率下最常见的传播模式，也是微波和更高频率下唯一可能的模式。在地球表面，视距传播被视界限制在40英里(64公里)左右。这是手机、无线电话、对讲机、无线网络、点对点微波无线电中继链路、调频和电视广播以及雷达使用的传播方式。卫星通信使用更长的视距路径；例如，家用卫星天线接收来自地球上方22，000英里(35，000公里)的通信卫星的信号，利用这种中继卫星的通信方式地面站就可以与距离地球数十亿英里的航天器进行通信。
地平面反射效应是甚高频视距传播的一个重要因素。直接光束视距和地面反射光束之间的干涉常常导致地面有限辐射的反四次幂(1/距离4)定律。
较低频率(30至3000千赫)的垂直极化无线电波可以作为表面波沿着地球的轮廓传播；这叫做地波传播。
在这种模式下，无线电波通过与导电的地球表面相互作用而传播。波浪“附着”在地表上，因此随地球的曲率，地波可以越过山脉，越过地平线。地波以垂直极化传播，因此需要垂直天线(单极子)。由于地面不是一个完美的电导体，地波在跟随地球表面时会衰减。衰减与频率成正比，因此地波是中频、低频和甚低频波段的主要模式。地波用于中频和低频波段的无线电广播站，也用于时间信号和无线电导航系统。
在更低的频率下，在甚低频到极低频波段，地球-电离层波导机制允许更长距离的传输。这些频率用于安全的军事通信。它们也能深入海水很深，因此被用于与水下潜艇的单向军事通信。
20世纪20年代中期以前的早期远距离无线电通信(无线电报)使用长波波段的低频，并且完全依赖于地波进行传播。高于3 MHz的频率被认为是无用的，并给予了业余爱好者(无线电业余爱好者)。大约在1920年，电离层反射或天波传播机制的发现使得中波和短波频率对远距离通信极为有用，并被分配给商业和军事用户。[5]
天波传播，也称为跳跃，是依赖于电离层无线电波反射和折射的任何模式的总称。电离层是大气中大约60至500公里(37至311英里)的区域，其中包含可将无线电波折射回地球的带电粒子(离子)层。以一定角度射向天空的无线电波可以被这些电离层层反射回地平线以外的位置，从而实现远距离无线电传输。尽管F1、E和D层也发挥着重要作用，但F2层是长距离、多跳高频传播最重要的电离层。当在阳光照射期间出现时，D层会导致大量信号损失，E层的最大可用频率可升至4兆赫及以上，从而阻止更高频率的信号到达F2层。这些层，或者更恰当地说是“区域”，直接受到太阳日周期、季节周期和11年太阳黑子周期的影响，并决定了这些模式的效用。在太阳最大值或太阳黑子高峰和峰值期间，通常可以全天候使用高达30兆赫的整个高频范围，根据每日太阳通量10.7厘米的辐射值，经常观察到高达50兆赫的F2传播。在太阳极小或太阳黑子最小计数为零期间，通常15 MHz以上的频率传播已经不可用。
尽管通常认为沿着给定路径的双向高频传播是互逆的，也就是说，如果来自位置A的信号以一定的强度到达位置B，那么来自位置B的信号在位置A将是相似的，这是因为在两个方向的路径是相同的。然而，电离层过于复杂，不断变化，无法支持互易定理。两个方向的路径从来都不是完全相同的。[6] 简而言之，路径两端的条件通常会导致不同的极化偏移，从而分裂成普通射线和非常射线或彼得森射线（ordinary rays and extraordinary or Pedersen rays），这些射线由于电离密度、偏移顶角、地球磁偶极子轮廓的影响、天线辐射模式、地面条件和其他变量的不同而具有不同的传播特性。
业余无线爱好者、商业海运和空运通信以及短波广播公司都对天波模式的预测非常感兴趣。实时传播可以通过监听来自特定信标发射机的传输进行评估。
流星散射
流星散射依赖于从流星产生的高度电离的空气柱反射无线电波。虽然这种模式持续时间非常短，每次事件通常只有几分之一秒到几秒，但数字流星突发通信允许远程站与数百英里到1000英里(1600公里)以外的站通信，而不需要卫星链路的费用。这种模式在30至250兆赫之间的甚高频频率上最常用。
极光逆散射
在极光椭圆逆向散射无线电波内（包括高频和甚高频无线电波），存在着100公里高度的强极光电离柱。逆向散射对角度非常敏感——入射光线与柱的磁场线必须非常接近直角。围绕场线盘旋的电子的随机运动产生了多普勒散射，将发射光谱扩大到或多或少像噪声的程度，这取决于使用的射频频率有多高。射电极光大多在高纬度观测到，很少延伸到中纬度。射电极光的出现取决于太阳活动(耀斑、冕洞、日冕物质抛射)，每年在太阳周期最大值期间，极光出现的更多。无线电极光包括所谓的下午无线电极光，它产生更强但更失真的信号，在哈兰极小值（Harang-minima）之后，深夜无线电极光(次风暴阶段)以可变的信号强度和更小的多普勒散射返回。这种主要逆向散射模式在东西平面的传播范围可达约2000公里，但最强的信号常在同一纬度的北部被观察到。
E-极光跟随着强射电极光的现象很不常见，这在某些方面类似于两种传播类型。
分散E层传播
在高频和甚高频波段可以观察到分散E层 (Es)传播。[7] 它不能与普通高频电子层传播混淆。中纬度地区的分散E层传播主要发生在夏季，北半球从5月到8月，南半球从11月到2月。这种神秘的传播模式没有确定的原因。反射发生在大约90公里高的电离薄层中。电离碎片以每小时几百公里的速度向西漂移。在季节期间有一个微弱的周期性，通常在连续1至3天内可以观察到Es，并在几天后再次出现。Es不会在凌晨发生；活动通常在黎明开始，下午有一个高峰，晚上有第二个高峰。[8] 通常在当地午夜前结束。
根据对工作在28.2 MHz、50 MHz和70 MHz左右的无线电传播信标的观察表明，在夏季的大多数日子里，发现Es的最大观察频率在30 MHz左右，但有时在10分钟内，最高观测频率（MOF）可能高达100 MHz或甚至更高，并随后在接下来的几个小时内缓慢下降。峰值相位包括周期性约为5到10分钟的MOF振荡。Es单跳的传播范围通常为1000至2000公里，但对于多跳，传播距离可以提高一倍，并且信号非常强，但也有缓慢的深度衰减特性。
甚高频和超高频波段的无线电波由于对流层(20公里以下的大气层底层)的折射，可能会传播到可视地平线之外。[9][4]这是由于空气折射率随温度和压力的变化而变化。对流层延迟是无线电测距技术中（全球定位系统GPS）的一个误差源。[10] 此外，在不寻常的条件下，有时会传播更远的距离:
对流层大气波导现象
大气垂直湿度和温度剖面的突然变化会在任意情况下使超高频、甚高频和微波信号传播数百公里，甚至超过正常的无线电水平，约2000公里(1200英里)，对于波导模式来说甚至更远。逆温层主要是在高压区域观测到的，但是有几种对流层天气条件产生了这些随机出现的传播模式。对于非波导模式，逆温层的高度通常在100到1000米(330到3280英尺)之间，对于波导模式，逆温层的高度通常在500到3000米(1600到9800英尺)之间，事件的持续时间通常从几个小时到几天。较高频率的信号强度增加最为显著，而在低甚高频和高频时，这种影响可以忽略不计。传播路径衰减可能低于自由空间损耗。与暖地和冷空气含水量有关的一些较小的逆温类型在一年中的某些时间和一天中的某些时间有规律地发生。一个典型的例子可能是夏末清晨对流层的增强，这种增强会在几个小时内从几百公里以外的地方带来信号，直到被太阳的变暖效应抵消。
对流层散射
在甚高频和更高频率下，高度约6英里(9.7公里)的大气密度的微小变化(乱流)会将一些正常视距的射频能量束散射回地面。在对流层散射(对流层散射)通信系统中，强有力的微波束瞄准地平线上方，地平线以上的高增益天线瞄准波束对流层的散射，接收微小的散射信号。对流层散射系统可以在相距500英里(800公里)的站点之间实现超视距通信，军方在20世纪60年代以前开发了覆盖阿拉斯加（Alaska）全境的网络“白爱丽丝通信系统”（White Alice Communications System），但在当时通信卫星已基本上取代了它们。
雨水散射
雨水散射纯粹是一种微波传播模式，在10 GHz左右观察效果最好，但可以延伸到几千兆赫——极限是散射粒子大小与波长的关系。当使用水平极化和具有垂直极化的侧面散射时，这种模式主要向前和向后散射信号。前向散射通常产生800公里的传播范围。雪花和冰粒也会发生散射，但是没有水表面的冰散射效果较差。这种现象最常见的应用是微波雨雷达，但是雨散射传播也可能是一种干扰，导致不需要的信号在不预期或不期望的地方间歇传播。在较低的海拔和较短的距离范围内，类似的反射也可能发生在昆虫身上。雨水还会导致点对点和卫星微波链路衰减。在热带暴雨期间，30千兆赫观测到衰减值高达30dB。
飞机散射
飞机散射(或最常见的反射)是通过微波在甚高频上观察到的，除了后向散射之外，即使在山区也能产生高达500公里的瞬时传播。最常见的后向散射应用是空中交通雷达、双基地前向散射制导导弹和飞机探测跳线雷达，以及美国太空雷达。
闪电散射
闪电散射有时可以在约500公里的甚高频和超高频上观察到。炽热的闪电通道在不到一秒的时间内散射无线电波。闪电产生的射频噪声使开放通道的初始部分无法使用，电离作用由于在低海拔和高气压下的复合而迅速消失。虽然用微波雷达可以短暂地观察到热闪电通道，但在通信中还没有发现这种模式的实际用途。
衍射
刀口衍射是无线电波围绕弯曲锋利边缘的传播模式。例如，当视距路径不可用时，该模式用于在山区发送无线电信号。然而，角度不能太尖锐，否则信号不会发生衍射。衍射模式需要增加信号强度，因此比等效的视距路径需要更高的功率或更好辐射效率的天线。
衍射取决于波长和障碍物大小之间的关系。换句话说，障碍的大小与波长相比拟。较低的频率更容易绕过较大的平滑障碍物（如山丘）。例如，在许多情况下，甚高频(或更高频率)通信由于被山遮蔽而不可用，但仍然可以使用高频带的上部频段进行通信，其中表面波用处不大。
小障碍物的衍射现象在高频下也很重要。城市蜂窝电话信号在城市环境的屋顶上传播时，往往受到地平面效应的支配。然后它们在屋顶边缘衍射到街上，此时多径传播、吸收和衍射现象占主导地位。
吸收
低频无线电波很容易穿过砖块和石头，甚低频甚至可以穿透海水。随着频率的上升，吸收效应变得更加重要。在微波或更高频率下，大气中分子共振的吸收(主要来自水（H2O）和氧气（O2）)是影响无线电传播的主要因素。例如，在58–60 Ghz波段有一个主要的吸收峰，这使得该波段对于长距离传输没有益处。这种现象是在第二次世界大战的雷达研究中首次被发现的。在大约400千兆赫以上，地球大气阻挡了大部分光谱，同时仍有一些（包括被臭氧阻挡的紫外光）可见光和一些近红外光是透射的。大雨和降雪对微波吸收产生一定的影响。
一般人可以通过几种方式注意到无线电传播变化的影响。
在调幅AM广播中，中波波段段由于夜间发生的电离层剧烈变化推动了一个独特的广播许可方案，它具有完全不同发射机功率输出水平和定向天线模式，以应对夜间的天波传播。很少有电台可以在黑暗的时候不加修改地运行，通常只有北美的那些电台可以再在畅通无阻的频道上运行。[13]许多电台车站没有授权在夜间运行。否则，如果没有这些修改，从黄昏到黎明的整个广播波段将会受到干扰。
对于调频FM广播(以及仅存的低频电视台)，天气是影响甚高频传播变化的主要因素，当天空大多没有被云层覆盖时，会造成电波传播的一些日常变化。[14]这些变化在逆温期间最为明显，比如在深夜和清晨天气晴朗的时候，地面及其附近的空气冷却得较快。这不仅会导致露水、霜冻或雾，还会对无线电波频段底部产生轻微的“阻力”，使电波信号能够在正常的无线电地平线上跟随地球的曲率向下弯曲。通常会导致是从其他媒体频道听到几个电台——通常是邻近的，但有时是几百公里以外的。冰暴也是反演的结果，但是这些通常会导致更分散的全向传播，从而主要造成信号干扰（主要发生在气象电台之间）。在春末夏初，其他大气因素的综合作用有时会导致大功率信号跳过大气波导到达1000多公里以外的地方。
非广播信号也会受到影响。手机信号在超高频波段（范围从700兆赫到2600兆赫以上），这一频段信号传播更容易受到天气变化的影响。在人口密度高的城市(以及人口数目达到一定程度的郊区)地区，这部分被使用较小的蜂窝单元抵消，这些蜂窝单元使用较低的有效辐射功率和波束倾斜来减少干扰，从而增加频率重用和用户容量。然而，由于这在人口聚集度较低农村地区不是很划算（蜂窝单元较大），因此当传播条件允许时，有可能造成长距离的干扰。
尽管由于蜂窝网络处理蜂窝间切换的方式对于用户来说通常是透明的，但是当涉及到跨境信号时，即使根本没有离开该国，但是也可能会发生国际漫游的意外费用。这通常发生在美国/墨西哥（U.S./Mexico border）边境西端的圣地亚哥南部和蒂华纳北部（southern San Diego and northern Tijuana ）之间，以及美国/加拿大（ U.S./Canada border）边境上底特律东部和温莎西部（ eastern Detroit and western Windsor）之间。由于信号可以不受阻碍地在比底特律河大得多的水体上传播，而且冷水温度也会导致地面空气的逆温，这种“边缘漫游”有时会发生在五大湖之间，以及加勒比海（ Caribbean）的岛屿之间。信号可以从多米尼加共和国（Dominican Republic）跳到波多黎各（Puerto Rico ）的山坡上，反之亦然，或者在美国和英属维尔京群岛（ British Virgin Islands）之间等等。虽然移动电话公司的计费系统通常会自动删除非预期的跨境漫游，但通常岛屿间漫游不会被删除。
^H. P. Westman et al., (ed), Reference Data for Radio Engineers, Fifth Edition, 1968, Howard W. Sams and Co., ISBN 0-672-20678-1, Library of Congress Card No. 43-14665 page 26-1.
^Demetrius T Paris and F. Kenneth Hurd, Basic Electromagnetic Theory, McGraw Hill, New York 1969 ISBN 0-07-048470-8, Chapter 8.
^Westman Reference data page 26-19.
^Seybold, John S. (2005). Introduction to RF Propagation. John Wiley and Sons. pp. 3–10. ISBN 0471743682..
^Clinton B. DeSoto (1936). 200 meters & Down - The Story of Amateur Radio. W. Hartford, CT: The American Radio Relay League. pp. 132–146. ISBN 0-87259-001-1..
^G.W. Hull, "Nonreciprocal characteristics of a 1500km HF Ionospheric Path," Proceedings of the IEEE, 55, March 1967, pp. 426-427; "Origin of non-reciprocity on high-frequency ionospheric paths," Nature, pp. 483-484, and cited references..
^Davies, Kenneth (1990). Ionospheric Radio. IEE Electromagnetic Waves Series #31. London, UK: Peter Peregrinus Ltd/The Institution of Electrical Engineers. pp. 184–186. ISBN 0-86341-186-X..
^George Jacobs and Theodore J. Cohen, Shortwave Propagation Handbook. Hicksville, New York: CQ Publishing (1982), pp. 130-135. ISBN 978-0-943016-00-9.
^"Tropospheric propagation". Electronics-notes.com. 2016. Retrieved March 3, 2017..
^Frank Kleijer (2004), Troposphere Modeling and Filtering for Precise GPS Leveling Archived 2008-09-07 at the Wayback Machine. Ph. D. thesis, Department of Mathematical Geodesy and Positioning, Delft University of Technology.
^WSPR Propagation Conditions Map: http://wsprnet.org/drupal/wsprnet/map.
^Network of CW Signal Decoders for Realtime Analysis: http://www.reversebeacon.net/.
^"Why AM Stations Must Reduce Power, Change Operations, or Cease Broadcasting at Night". Federal Communications Commission (in 英语). 2015-12-11. Retrieved 2017-02-11..
^"VHF/UHF Propagation - Radio Society of Great Britain - Main Site : Radio Society of Great Britain – Main Site". rsgb.org (in 英语). Retrieved 2017-02-11..
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