第8章__電波傳播的基礎(chǔ)知識(shí)

1、電波傳播的基礎(chǔ)知識(shí)電波傳播的基礎(chǔ)知識(shí) 地面波傳播地面波傳播 天波傳播天波傳播 視距傳播視距傳播 地面移動(dòng)通信中接收?qǐng)鰪?qiáng)的預(yù)測(cè)地面移動(dòng)通信中接收?qǐng)鰪?qiáng)的預(yù)測(cè) 課程要求課程要求 1.1.掌握電波傳播的基本概念；掌握電波傳播的基本概念； 2.2.掌握電波傳播的基本特點(diǎn)和規(guī)律；掌握電波傳播的基本特點(diǎn)和規(guī)律； 3.3.了解地面移動(dòng)通信接收?qǐng)鰪?qiáng)的預(yù)測(cè)方法。了解地面移動(dòng)通信接收?qǐng)鰪?qiáng)的預(yù)測(cè)方法。 課程研究?jī)?nèi)容課程研究?jī)?nèi)容 無(wú)線電波傳播的基本特性及其變化規(guī)律。無(wú)線電波傳播的基本特性及其變化規(guī)律。 第第8章章 電波傳播的基礎(chǔ)知識(shí)電波傳播的基礎(chǔ)知識(shí) 重點(diǎn)：重點(diǎn)：自由空間電波傳播自由空間電波傳播 難點(diǎn)：難點(diǎn)：電波傳播的

2、菲涅爾區(qū)電波傳播的菲涅爾區(qū) 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 8.1 概述概述 8.2 自由空間電波傳播自由空間電波傳播 8.3 電波傳播的菲涅爾區(qū)電波傳播的菲涅爾區(qū) 第第8 8章章 電波傳播的基礎(chǔ)知識(shí)電波傳播的基礎(chǔ)知識(shí) 8.1 8.1 概述概述 1.1.什么是電磁波？什么是電磁波？ 電磁波是電磁場(chǎng)的一種運(yùn)動(dòng)形態(tài)。變化的電場(chǎng)電磁波是電磁場(chǎng)的一種運(yùn)動(dòng)形態(tài)。變化的電場(chǎng) 和變化的磁場(chǎng)構(gòu)成了一個(gè)不可分離的統(tǒng)一的場(chǎng)，這和變化的磁場(chǎng)構(gòu)成了一個(gè)不可分離的統(tǒng)一的場(chǎng)，這 就是電磁場(chǎng)，而變化的電磁場(chǎng)在空間的傳播形成了就是電磁場(chǎng)，而變化的電磁場(chǎng)在空間的傳播形成了 電磁波。電磁波。 電場(chǎng)電場(chǎng) 磁場(chǎng)磁場(chǎng) 3.3.無(wú)線電波：無(wú)線電波

3、： 按序排列的頻率分布，也稱波譜。按序排列的頻率分布，也稱波譜。 無(wú)線電波、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線、無(wú)線電波、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線、 x射線、射線、射線射線 把各波段按頻率由低至高依次排列，分別是：把各波段按頻率由低至高依次排列，分別是： 2.2.頻譜：頻譜： 頻率從幾十赫茲到頻率從幾十赫茲到3000GHz的電磁波。的電磁波。 按照波長(zhǎng)或頻率的順序把電磁波排列起來(lái)，按照波長(zhǎng)或頻率的順序把電磁波排列起來(lái)， 就是電磁頻譜。就是電磁頻譜。 無(wú)線電波頻段的劃分無(wú)線電波頻段的劃分 電磁場(chǎng)理論發(fā)展簡(jiǎn)史電磁場(chǎng)理論發(fā)展簡(jiǎn)史 1電磁場(chǎng)理論的建立電磁場(chǎng)理論的建立 電、磁現(xiàn)象是一種重要的自然現(xiàn)象，也是最電、磁現(xiàn)象

4、是一種重要的自然現(xiàn)象，也是最 早被科學(xué)家們關(guān)心和研究的物理現(xiàn)象。早被科學(xué)家們關(guān)心和研究的物理現(xiàn)象。 19世紀(jì)以前，電、磁現(xiàn)象作為兩個(gè)獨(dú)立的物理世紀(jì)以前，電、磁現(xiàn)象作為兩個(gè)獨(dú)立的物理 現(xiàn)象，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)電與磁的聯(lián)系。但這些研究為電磁現(xiàn)象，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)電與磁的聯(lián)系。但這些研究為電磁 學(xué)理論的建立奠定了基礎(chǔ)。學(xué)理論的建立奠定了基礎(chǔ)。 庫(kù)侖于庫(kù)侖于17791779年通過(guò)年通過(guò) 實(shí)驗(yàn)和采用類比方法歸實(shí)驗(yàn)和采用類比方法歸 納、導(dǎo)出了兩個(gè)靜止點(diǎn)納、導(dǎo)出了兩個(gè)靜止點(diǎn) 電荷間的相互作用規(guī)律，電荷間的相互作用規(guī)律， 即庫(kù)侖定律，是靜電學(xué)即庫(kù)侖定律，是靜電學(xué) 理論建立的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。理論建立的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。 奧斯特從奧斯特從180

5、71807年開(kāi)始研究電磁之間的年開(kāi)始研究電磁之間的 關(guān)系。關(guān)系。18201820年，他發(fā)現(xiàn)電流以力作用于年，他發(fā)現(xiàn)電流以力作用于 磁針。磁針。 近于同時(shí)，安培發(fā)現(xiàn)磁力作用的規(guī)近于同時(shí)，安培發(fā)現(xiàn)磁力作用的規(guī) 律律安培力公式。安培力公式。 法拉第于法拉第于18211821年開(kāi)始探年開(kāi)始探 索磁生電的實(shí)驗(yàn)。索磁生電的實(shí)驗(yàn)。18311831年他年他 發(fā)現(xiàn)，當(dāng)磁捧插入導(dǎo)體線圈發(fā)現(xiàn)，當(dāng)磁捧插入導(dǎo)體線圈 時(shí)，導(dǎo)線圈中就產(chǎn)生電流，時(shí)，導(dǎo)線圈中就產(chǎn)生電流， 這表明：電與磁之間存在著這表明：電與磁之間存在著 密切的聯(lián)系。法拉第發(fā)現(xiàn)了密切的聯(lián)系。法拉第發(fā)現(xiàn)了 電磁感應(yīng)定律。電磁感應(yīng)定律。 麥克斯韋在法拉第實(shí)驗(yàn)的麥克

6、斯韋在法拉第實(shí)驗(yàn)的 基礎(chǔ)上，總結(jié)了宏觀電磁現(xiàn)象基礎(chǔ)上，總結(jié)了宏觀電磁現(xiàn)象 的規(guī)律，于的規(guī)律，于18641864年提出了一套年提出了一套 偏微分方程來(lái)表達(dá)電磁現(xiàn)象的偏微分方程來(lái)表達(dá)電磁現(xiàn)象的 基本規(guī)律，稱為基本規(guī)律，稱為麥克斯韋方程麥克斯韋方程 組組，是經(jīng)典電磁場(chǎng)理論的基本，是經(jīng)典電磁場(chǎng)理論的基本 方程。方程。 18871887年，德國(guó)科學(xué)家赫茲用年，德國(guó)科學(xué)家赫茲用 火花隙激勵(lì)一個(gè)環(huán)狀天線，用火花隙激勵(lì)一個(gè)環(huán)狀天線，用 另一個(gè)帶隙的環(huán)狀天線接收，另一個(gè)帶隙的環(huán)狀天線接收， 證實(shí)了麥克斯韋關(guān)于電磁波存證實(shí)了麥克斯韋關(guān)于電磁波存 在的預(yù)言，這一重要的實(shí)驗(yàn)導(dǎo)在的預(yù)言，這一重要的實(shí)驗(yàn)導(dǎo) 致了后來(lái)無(wú)線電

7、報(bào)的發(fā)明。從致了后來(lái)無(wú)線電報(bào)的發(fā)明。從 此開(kāi)始了電磁場(chǎng)理論應(yīng)用與發(fā)此開(kāi)始了電磁場(chǎng)理論應(yīng)用與發(fā) 展時(shí)代。展時(shí)代。 2 2、電磁場(chǎng)理論的應(yīng)用和發(fā)展、電磁場(chǎng)理論的應(yīng)用和發(fā)展 無(wú)線電報(bào)無(wú)線電報(bào) 1895年，馬可尼成功地進(jìn)行了年，馬可尼成功地進(jìn)行了 2.5公里距離的無(wú)公里距離的無(wú) 線電報(bào)傳送實(shí)驗(yàn)。線電報(bào)傳送實(shí)驗(yàn)。1896年，波波夫進(jìn)行了約年，波波夫進(jìn)行了約250米距米距 離的類似試驗(yàn)離的類似試驗(yàn), 1899 年年, 無(wú)線電報(bào)跨越英吉利海峽的無(wú)線電報(bào)跨越英吉利海峽的 試驗(yàn)成功；試驗(yàn)成功；1901 年，跨越大西洋的年，跨越大西洋的3200公里距離的公里距離的 試驗(yàn)成功。試驗(yàn)成功。 馬可尼以其在無(wú)線電報(bào)等領(lǐng)域

8、的成就，獲得馬可尼以其在無(wú)線電報(bào)等領(lǐng)域的成就，獲得 了了1909年的諾貝爾獎(jiǎng)金物理學(xué)獎(jiǎng)。無(wú)線電報(bào)的發(fā)年的諾貝爾獎(jiǎng)金物理學(xué)獎(jiǎng)。無(wú)線電報(bào)的發(fā) 明，開(kāi)始了利用電磁波時(shí)期。明，開(kāi)始了利用電磁波時(shí)期。 有線電話有線電話 1876年年,（美）（美）A.G.貝爾在美國(guó)建國(guó)貝爾在美國(guó)建國(guó)100周年周年 博覽會(huì)上展示了他所發(fā)明博覽會(huì)上展示了他所發(fā)明 的有線電話。此后的有線電話。此后,有線有線 電話便迅速普及開(kāi)來(lái)。電話便迅速普及開(kāi)來(lái)。 1906年，（美）費(fèi)森登用年，（美）費(fèi)森登用50千赫頻率發(fā)電機(jī)作千赫頻率發(fā)電機(jī)作 發(fā)射機(jī)，用微音器接入天線實(shí)現(xiàn)調(diào)制，使大西洋航發(fā)射機(jī)，用微音器接入天線實(shí)現(xiàn)調(diào)制，使大西洋航 船上的報(bào)

9、務(wù)員聽(tīng)到了他從波士頓播出的音樂(lè)。船上的報(bào)務(wù)員聽(tīng)到了他從波士頓播出的音樂(lè)。1919 年，第一個(gè)定時(shí)播發(fā)語(yǔ)言和音樂(lè)的無(wú)線電廣播電臺(tái)年，第一個(gè)定時(shí)播發(fā)語(yǔ)言和音樂(lè)的無(wú)線電廣播電臺(tái) 在英國(guó)建成。次年，在美國(guó)的匹茲堡城又建成一座在英國(guó)建成。次年，在美國(guó)的匹茲堡城又建成一座 無(wú)線電廣播電臺(tái)。無(wú)線電廣播電臺(tái)。 廣播廣播 電視電視 1884年，（德）尼普科夫提出機(jī)械掃描電視的年，（德）尼普科夫提出機(jī)械掃描電視的 設(shè)想，設(shè)想，1927年，（英）貝爾德成功地用電話線路把年，（英）貝爾德成功地用電話線路把 圖像從倫敦傳至大西洋中的船上。茲沃霄金圖像從倫敦傳至大西洋中的船上。茲沃霄金1923和和 1924年相繼明了攝像

10、管和顯像管。年相繼明了攝像管和顯像管。1931年，他組年，他組 裝成世界上第一個(gè)全電子電視系統(tǒng)。裝成世界上第一個(gè)全電子電視系統(tǒng)。 雷達(dá)雷達(dá) 19361936年，（英）瓦特設(shè)計(jì)的警戒雷達(dá)最先投入了年，（英）瓦特設(shè)計(jì)的警戒雷達(dá)最先投入了 運(yùn)行。有效地警戒了來(lái)自德國(guó)的轟炸機(jī)。運(yùn)行。有效地警戒了來(lái)自德國(guó)的轟炸機(jī)。 19381938年，年， 美國(guó)研制成第一部能指揮火炮射擊的火炮控制雷達(dá)。美國(guó)研制成第一部能指揮火炮射擊的火炮控制雷達(dá)。 19441944年，能夠自動(dòng)跟蹤飛機(jī)的雷達(dá)研制成功。年，能夠自動(dòng)跟蹤飛機(jī)的雷達(dá)研制成功。19451945 年，能消除背景干擾顯示運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的顯示技術(shù)的發(fā)年，能消除背景干擾顯示

11、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的顯示技術(shù)的發(fā) 明，使雷達(dá)更加完善。在整個(gè)第二次世界大戰(zhàn)期間明，使雷達(dá)更加完善。在整個(gè)第二次世界大戰(zhàn)期間, , 雷達(dá)成了電磁場(chǎng)理論最活躍的部分。雷達(dá)成了電磁場(chǎng)理論最活躍的部分。 衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信 19581958年年, , 美國(guó)發(fā)射低軌的美國(guó)發(fā)射低軌的“斯科爾斯科爾”衛(wèi)星成功，衛(wèi)星成功， 這是第一顆用于通信的試驗(yàn)衛(wèi)星。這是第一顆用于通信的試驗(yàn)衛(wèi)星。19641964年，借助年，借助 定點(diǎn)同步通信衛(wèi)星首次實(shí)現(xiàn)了美、歐、非三大洲定點(diǎn)同步通信衛(wèi)星首次實(shí)現(xiàn)了美、歐、非三大洲 的通信和電視轉(zhuǎn)播。的通信和電視轉(zhuǎn)播。19651965年，第一顆商用同步衛(wèi)年，第一顆商用同步衛(wèi) 星投入運(yùn)行。星投入運(yùn)行。19

12、691969年年, , 大西洋、太平洋和印度洋上大西洋、太平洋和印度洋上 空均已有定點(diǎn)同步通信衛(wèi)星，衛(wèi)星地球站已遍布空均已有定點(diǎn)同步通信衛(wèi)星，衛(wèi)星地球站已遍布 世界各國(guó)，這些衛(wèi)星地球站又和本國(guó)或本地區(qū)的世界各國(guó)，這些衛(wèi)星地球站又和本國(guó)或本地區(qū)的 通信網(wǎng)接通。通信網(wǎng)接通。 全球定位系統(tǒng)（全球定位系統(tǒng)（GPS） 19571957年衛(wèi)星發(fā)射成功后，人們?cè)噲D將雷達(dá)引年衛(wèi)星發(fā)射成功后，人們?cè)噲D將雷達(dá)引 入衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)以衛(wèi)星為基地對(duì)地球表面及近地空入衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)以衛(wèi)星為基地對(duì)地球表面及近地空 間目標(biāo)的定位和導(dǎo)航。間目標(biāo)的定位和導(dǎo)航。19581958年底，美國(guó)開(kāi)始研究年底，美國(guó)開(kāi)始研究 實(shí)施這一計(jì)劃，于實(shí)施這一

13、計(jì)劃，于19641964年研究成功子午儀衛(wèi)星導(dǎo)年研究成功子午儀衛(wèi)星導(dǎo) 航系統(tǒng)。航系統(tǒng)。19731973年美國(guó)提出年美國(guó)提出 GPSGPS計(jì)劃，其含義是利計(jì)劃，其含義是利 用導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)時(shí)和測(cè)距。用導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)時(shí)和測(cè)距。19901990年最終的年最終的 GPSGPS 方案是由方案是由2121顆工作衛(wèi)星和顆工作衛(wèi)星和3 3顆在軌備用衛(wèi)星組成。顆在軌備用衛(wèi)星組成。 無(wú)線電波的典型應(yīng)用無(wú)線電波的典型應(yīng)用 地質(zhì)結(jié)構(gòu)探測(cè)，電離層與磁層研究，對(duì)潛通地質(zhì)結(jié)構(gòu)探測(cè)，電離層與磁層研究，對(duì)潛通 信，地震電磁輻射前兆檢測(cè)。信，地震電磁輻射前兆檢測(cè)。 （1）超低頻（）超低頻（SLF） （2）極低頻（）極低頻（ELF

14、） 對(duì)潛通信對(duì)潛通信，地下通信，全球通信，地下遙，地下通信，全球通信，地下遙 感，電離層與磁層研究。感，電離層與磁層研究。 （3）甚低頻（）甚低頻（VLF） 超遠(yuǎn)程及水下相位差導(dǎo)航系統(tǒng)，全球電報(bào)通信超遠(yuǎn)程及水下相位差導(dǎo)航系統(tǒng)，全球電報(bào)通信 及對(duì)潛指揮通信，時(shí)間頻率標(biāo)準(zhǔn)傳遞，地質(zhì)探測(cè)。及對(duì)潛指揮通信，時(shí)間頻率標(biāo)準(zhǔn)傳遞，地質(zhì)探測(cè)。 遠(yuǎn)程脈沖相位差導(dǎo)航系統(tǒng)，時(shí)間頻率標(biāo)準(zhǔn)傳遠(yuǎn)程脈沖相位差導(dǎo)航系統(tǒng)，時(shí)間頻率標(biāo)準(zhǔn)傳 遞，遠(yuǎn)程通信廣播。遞，遠(yuǎn)程通信廣播。 （4）低頻（）低頻（LF） 廣播、通信、導(dǎo)航（機(jī)場(chǎng)著陸系統(tǒng)）。廣播、通信、導(dǎo)航（機(jī)場(chǎng)著陸系統(tǒng)）。 （5）中頻（）中頻（MF） 通信廣播，超視距雷達(dá)，超視距

15、地通信廣播，超視距雷達(dá)，超視距地-空通信?？胀ㄐ?。 （6）高頻（）高頻（HF） （7）米波（）米波（VHF） 語(yǔ)音廣播，移動(dòng)（包括衛(wèi)星移動(dòng)）通信，接語(yǔ)音廣播，移動(dòng)（包括衛(wèi)星移動(dòng)）通信，接 力通信，航空導(dǎo)航信標(biāo)。力通信，航空導(dǎo)航信標(biāo)。 電視廣播，飛機(jī)導(dǎo)航、著陸，警戒雷達(dá)，衛(wèi)星電視廣播，飛機(jī)導(dǎo)航、著陸，警戒雷達(dá)，衛(wèi)星 導(dǎo)航，衛(wèi)星跟蹤、數(shù)傳及指令網(wǎng)，蜂窩無(wú)線通信。導(dǎo)航，衛(wèi)星跟蹤、數(shù)傳及指令網(wǎng)，蜂窩無(wú)線通信。 （8）分米波（）分米波（UHF） （9）厘米波（）厘米波（SHF） 多路語(yǔ)音與電視信道，雷達(dá)，衛(wèi)星遙感，衛(wèi)星多路語(yǔ)音與電視信道，雷達(dá)，衛(wèi)星遙感，衛(wèi)星 通信。通信。 （10）毫米波（）毫米波（EH

16、F） 通信，雷達(dá)，衛(wèi)星遙感。通信，雷達(dá)，衛(wèi)星遙感。 （11）亞毫米波）亞毫米波 短路徑通信短路徑通信 電波傳播：無(wú)線電波在媒質(zhì)（如地表、地球大氣層電波傳播：無(wú)線電波在媒質(zhì)（如地表、地球大氣層 或宇宙空間等）中的傳播過(guò)程?；蛴钪婵臻g等）中的傳播過(guò)程。 8.1.2 幾種主要的電波傳播方式幾種主要的電波傳播方式 1.地面波傳播：地面波傳播： 優(yōu)點(diǎn)：傳播信號(hào)質(zhì)量好優(yōu)點(diǎn)：傳播信號(hào)質(zhì)量好 缺點(diǎn)：頻率越高，地面對(duì)電波的吸收越嚴(yán)重。缺點(diǎn)：頻率越高，地面對(duì)電波的吸收越嚴(yán)重。 地面波傳播地面波傳播 電波沿著地球表面?zhèn)鞑サ姆绞綖榈孛娌▊鞑?。電波沿著地球表面?zhèn)鞑サ姆绞綖榈孛娌▊鞑ァ?天波傳播天波傳播 2. 天波傳播：

17、天波傳播： 發(fā)射天線向高空輻射的電波在電離層內(nèi)經(jīng)過(guò)連發(fā)射天線向高空輻射的電波在電離層內(nèi)經(jīng)過(guò)連 續(xù)折射而返回地面到達(dá)接收點(diǎn)的傳播方式稱為天波續(xù)折射而返回地面到達(dá)接收點(diǎn)的傳播方式稱為天波 傳播。傳播。 優(yōu)點(diǎn)：傳播距離遠(yuǎn)優(yōu)點(diǎn)：傳播距離遠(yuǎn) 缺點(diǎn)：衰落現(xiàn)象比較嚴(yán)重缺點(diǎn)：衰落現(xiàn)象比較嚴(yán)重 3.視距傳播視距傳播 電波依靠發(fā)射天線與接收天線之間的直視的傳播電波依靠發(fā)射天線與接收天線之間的直視的傳播 方式稱為視距傳播。方式稱為視距傳播。 視距傳播視距傳播 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 直射波與地面反射波之間存在干涉現(xiàn)象，降直射波與地面反射波之間存在干涉現(xiàn)象，降 雨和大氣對(duì)電波傳播有衰減及散射作用，山、建筑物雨和大氣對(duì)電波傳播有

18、衰減及散射作用，山、建筑物 和樹(shù)木對(duì)電波的散射和繞射作用顯著。和樹(shù)木對(duì)電波的散射和繞射作用顯著。 不均勻介質(zhì) 散射傳播散射傳播 4.散射傳播散射傳播 利用非均勻介質(zhì)團(tuán)利用非均勻介質(zhì)團(tuán) 對(duì)電波具有散射特性來(lái)對(duì)電波具有散射特性來(lái) 達(dá)到傳播的目的。達(dá)到傳播的目的。 對(duì)流層散射對(duì)流層散射 電離層散射電離層散射 優(yōu)點(diǎn)：距離遠(yuǎn)，抗毀性好，保密性強(qiáng)。優(yōu)點(diǎn)：距離遠(yuǎn)，抗毀性好，保密性強(qiáng)。 電波傳播特性的決定性因素電波傳播特性的決定性因素 媒質(zhì)的電參數(shù)（媒質(zhì)的電參數(shù)（ ）的空間分布）的空間分布 和時(shí)間變化及邊界狀態(tài)。和時(shí)間變化及邊界狀態(tài)。 、 8.2 自由空間電波傳播自由空間電波傳播 天線置于自由空間天線置于自由

19、空間A處，其輻射功率為處，其輻射功率為Pr，方，方 向系數(shù)為向系數(shù)為D，在最大輻射方向上距離為，在最大輻射方向上距離為 r 的點(diǎn)的點(diǎn)M處處 產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)振幅為產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)振幅為 A M r Pr 60 r P D E r 自由空間的電波傳播自由空間的電波傳播 （821） 自由空間傳播損耗：自由空間傳播損耗： 當(dāng)發(fā)射天線與接收天線的方向系數(shù)都為當(dāng)發(fā)射天線與接收天線的方向系數(shù)都為1時(shí)，時(shí)， 發(fā)射天線的輻射功率發(fā)射天線的輻射功率Pr與接收天線的最佳接收功與接收天線的最佳接收功 率率PL的比值，記為的比值，記為L(zhǎng)0，即，即 0 0 10lg r L r L P L P P LdB P （822） 2 4

20、r av P S r （823） D=1的無(wú)方向性接收天線的有效接收面積為的無(wú)方向性接收天線的有效接收面積為 2 4 e A （824） 所以該接收天線的接收功率為所以該接收天線的接收功率為 2 () 4 Laver PS AP r （825） D=1的無(wú)方向性發(fā)射天線產(chǎn)生的功率密度為的無(wú)方向性發(fā)射天線產(chǎn)生的功率密度為 于是自由空間傳播損耗為于是自由空間傳播損耗為 0 4 10lg20lg r L Pr LdB P （826） 或或 0 32.4520lg()20lg () 121.9820lg ()20lg () Lf MHzr km r kmcm （827） 當(dāng)電波頻率提高當(dāng)電波頻率提高1

21、 1倍或傳播距離增加倍或傳播距離增加1 1倍時(shí)，自由倍時(shí)，自由 空間傳播損耗分別增加空間傳播損耗分別增加6dB6dB。 dB6301. 0202lg20 衰減因子：衰減因子： 0 E A E （828） 相應(yīng)的衰減損耗為相應(yīng)的衰減損耗為 0 1 20lg20lg F E L AE （829） E：實(shí)際情況下的接收點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)：實(shí)際情況下的接收點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng) E0：自由空間傳播的場(chǎng)強(qiáng)：自由空間傳播的場(chǎng)強(qiáng) A與工作頻率、傳播距離、媒質(zhì)電參數(shù)、地貌與工作頻率、傳播距離、媒質(zhì)電參數(shù)、地貌 地物、傳播方式等因素有關(guān)。地物、傳播方式等因素有關(guān)。 基本傳輸損耗：基本傳輸損耗： 0bF LLLdB （8210） 如果發(fā)

22、射天線的輸入功率為如果發(fā)射天線的輸入功率為Pin，增益系數(shù)為，增益系數(shù)為 Gr，接收天線的增益系數(shù)為，接收天線的增益系數(shù)為GL，則相應(yīng)的功率密，則相應(yīng)的功率密 度和最佳接收功率分別為度和最佳接收功率分別為 2 2 22 4 () 4 inr av LaveinrL P G SA r PS AP A G G （8211） （8212） 衰減損耗衰減損耗 自由空間傳播損耗自由空間傳播損耗 2 2 0 41 () in LrL FrL Pr L PA G G LLLGGdB （8213） （8214） 在路徑傳輸損耗在路徑傳輸損耗Lb為客觀存在的前提下，降為客觀存在的前提下，降 低傳輸損耗低傳輸損耗

23、L的重要措施就是提高收、發(fā)天線的的重要措施就是提高收、發(fā)天線的 增益系數(shù)。增益系數(shù)。 電道的傳輸損耗：電道的傳輸損耗： 發(fā)射天線輸入功率與接收天線輸出功率（滿足發(fā)射天線輸入功率與接收天線輸出功率（滿足 匹配條件）之比，即匹配條件）之比，即 【例【例8-2-1】設(shè)微波中繼通信的段距為】設(shè)微波中繼通信的段距為r =50km，工，工 作波長(zhǎng)為作波長(zhǎng)為7.5cm，收發(fā)天線的增益系數(shù)都為，收發(fā)天線的增益系數(shù)都為 45dB， 饋線及分路系統(tǒng)一端損耗為饋線及分路系統(tǒng)一端損耗為 3.6dB，該路徑的衰減，該路徑的衰減 因子因子A=0.7。若發(fā)射天線的輸入功率為。若發(fā)射天線的輸入功率為 10W，求其，求其 收信

24、電平。收信電平。 L0=121.98+20lgr(km) 20lg(cm) =121.98+20lg5020lg7.5 =121.98+33.9817.5 =138.46dB 解：解： 考慮到饋線及分路系統(tǒng)一端損耗后，該電道的考慮到饋線及分路系統(tǒng)一端損耗后，該電道的 總傳輸損耗總傳輸損耗L為為 LL0LFGrGL23.6 138.4620lg0.7245+23.6 58.8dB 因?yàn)橐驗(yàn)?Pin=10W=40dBm（分貝毫瓦）（分貝毫瓦） 于是收信電平即接收天線的輸出功率為于是收信電平即接收天線的輸出功率為 PLPin L40 58.8 18.8dBm 菲涅爾帶菲涅爾帶 r1 RR R R r

25、2 r0 P A N1 N2 N3 N4 (a)(b) S 8.3 電波傳播的菲涅爾區(qū)電波傳播的菲涅爾區(qū) 空間空間A處有一球面波源，做一個(gè)與之同心、半徑為處有一球面波源，做一個(gè)與之同心、半徑為R的球面，的球面， P點(diǎn)與點(diǎn)與A點(diǎn)相距點(diǎn)相距d=R+r0，將球面，將球面S分成許多環(huán)形帶分成許多環(huán)形帶Nn(n=1,2,3,)， 并使相鄰兩帶的邊緣到觀察點(diǎn)的距離相差半個(gè)波長(zhǎng)（物理學(xué)上并使相鄰兩帶的邊緣到觀察點(diǎn)的距離相差半個(gè)波長(zhǎng)（物理學(xué)上 稱這種環(huán)帶為菲涅爾帶稱這種環(huán)帶為菲涅爾帶)。 菲涅爾帶：菲涅爾帶： 10 20 0 2 2() 2 () 2 n RrRr RrRr RrRrn （831） r1 RR

26、 R R r2 r0 P A N1 N2 N3 N4 (a)(b) S 在這種情況下，相鄰兩帶的對(duì)應(yīng)部分的惠更斯在這種情況下，相鄰兩帶的對(duì)應(yīng)部分的惠更斯 源在源在P點(diǎn)的輻射將有點(diǎn)的輻射將有/2的的波程差波程差，因而有，因而有180的的相相 位差位差，起著互相削弱的作用。，起著互相削弱的作用。 可以證明，當(dāng)可以證明，當(dāng)r0時(shí)各帶的面積大致相等。設(shè)時(shí)各帶的面積大致相等。設(shè) 第第 n 個(gè)菲涅爾半波帶在個(gè)菲涅爾半波帶在 P點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)振幅為點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)振幅為 En(n=1,2,3,.)，由于每個(gè)菲涅爾半波帶的輻射路徑，由于每個(gè)菲涅爾半波帶的輻射路徑 不一樣，因此有以下的關(guān)系式不一樣，因此有以下的關(guān)系式

27、 1231nn EEEEE （832） 1234 EEEEE（833） 如 果 將 上 式 的 奇 數(shù) 項(xiàng) 拆 成 兩 部 分 ， 即如 果 將 上 式 的 奇 數(shù) 項(xiàng) 拆 成 兩 部 分 ， 即 En=En/2+En/2，則式（，則式（83 3）可以重新寫(xiě)為）可以重新寫(xiě)為 1133557 246 ()()() 2222222 EEEEEEE EEEE （834） 從平均角度而言，相鄰兩帶對(duì)從平均角度而言，相鄰兩帶對(duì)P點(diǎn)的貢獻(xiàn)反相，點(diǎn)的貢獻(xiàn)反相， 于是于是P點(diǎn)的合成場(chǎng)振幅為點(diǎn)的合成場(chǎng)振幅為 1133557 246 ()()() 2222222 EEEEEEE EEEE 仔細(xì)觀察上式，如果總帶數(shù)

28、足夠大，利用下式仔細(xì)觀察上式，如果總帶數(shù)足夠大，利用下式 （832）的結(jié)論，）的結(jié)論， 1 2 E E （835） 可以認(rèn)為可以認(rèn)為 1231nn EEEEE （832） 上式給我們一個(gè)重要的啟示，盡管在自由空上式給我們一個(gè)重要的啟示，盡管在自由空 間從波源間從波源A輻射到觀察點(diǎn)輻射到觀察點(diǎn)P的電波，從波動(dòng)光學(xué)的的電波，從波動(dòng)光學(xué)的 觀點(diǎn)看，可以認(rèn)為是通過(guò)許多菲涅爾區(qū)傳播的，觀點(diǎn)看，可以認(rèn)為是通過(guò)許多菲涅爾區(qū)傳播的， 但起最重要作用的是但起最重要作用的是第一菲涅爾區(qū)第一菲涅爾區(qū)。作為粗略近。作為粗略近 似，只要保證第一菲涅爾區(qū)的一半不被地形地物似，只要保證第一菲涅爾區(qū)的一半不被地形地物 遮擋，

29、就能得到自由空間傳播時(shí)的場(chǎng)強(qiáng)。遮擋，就能得到自由空間傳播時(shí)的場(chǎng)強(qiáng)。 1 2 E E （835） 令第一菲涅爾區(qū)的半徑為令第一菲涅爾區(qū)的半徑為F1，根據(jù)第一菲涅爾，根據(jù)第一菲涅爾 區(qū)半徑的定義區(qū)半徑的定義 2222 1112 2 FdFdd （836） 通常通常d1F1,d2F1，將上式作一級(jí)近似，可得，將上式作一級(jí)近似，可得 12 1 d d F d （837） R r1 F1 N1 d1d2 d 顯然，該半徑在中點(diǎn)顯然，該半徑在中點(diǎn)d1=d2=d/2處達(dá)到最大值處達(dá)到最大值 1max 1 2 Fd （838） 劃分菲涅爾半波帶的球面是任意選取的，因此劃分菲涅爾半波帶的球面是任意選取的，因此 當(dāng)球面半徑當(dāng)球面半徑R R變化時(shí)，盡管各菲涅爾區(qū)的尺寸也在變化時(shí)，盡管各菲涅爾區(qū)的尺寸也在 變化，但是它們的幾何定義不變。而它們的幾何定變化，但是它們的幾何定義不變。而它們的幾何定 義恰恰就是以義恰恰就是以A A、P P兩點(diǎn)為焦點(diǎn)的橢圓定義。兩點(diǎn)為焦點(diǎn)的橢圓定義。 菲涅爾橢球菲涅爾橢球 AP 2F 1 如果考慮到以傳播路徑為軸線的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性，如果考慮到以傳播路徑為軸線的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性， 不同位置的同一菲涅爾半波帶的外