微波技術(shù)與天線-第7章

1、信息科學(xué)與工程學(xué)院 孔繁敏 Email:No.1第7章 電波傳播概論7.1電波傳播的基本概念電波傳播的基本概念 1. 無(wú)線電波在自由空間的傳播無(wú)線電波在自由空間的傳播 天線置于自由空間中, 假設(shè)發(fā)射天線是一理想的無(wú)方向性天線, 若它的輻射功率為P瓦, 則離開天線r處的球面上的功率流密度為 功率流密度又可以表示為202(/)4PSW mr(7-1-1)2001Re()2240ESEHn(7-1-2)信息科學(xué)與工程學(xué)院 孔繁敏 Email:No.2第7章 電波傳播概論 由此, 離天線為r處的電場(chǎng)強(qiáng)度E0值為 060PEr 又假設(shè)發(fā)射天線是一實(shí)際天線, 其輻射功率仍為P, 設(shè)它的輸入功率為Pi, 若

2、以Gi表示實(shí)際天線的增益系數(shù), 則在離實(shí)際天線r處的最大輻射方向上的場(chǎng)強(qiáng)為060iiPGEr(7-1-3)(7-1-4) 如果接收天線的增益系數(shù)為GR, 有效接收面積為Ae, 則在距離發(fā)射天線r處的接收天線所接收的功率為44220RiieRGrGPASP(7-1-5)信息科學(xué)與工程學(xué)院 孔繁敏 Email:No.3第7章 電波傳播概論 將輸入功率與接收功率之比定義為自由空間的基本傳輸損耗: 241ibfRiRPrLPG G將上式取對(duì)數(shù)得 10lgibfRPLP)()()(lg20)(lg2045.32dBGdBGkmrMHZfRi(7-1-6)(7-1-7) 由上式可見: 若不考慮天線的因素,

3、 則自由空間中的傳輸損耗, 是球面波在傳播的過程中隨著距離的增大，能量自然擴(kuò)散而引起的, 它反映了球面波的擴(kuò)散損耗。 信息科學(xué)與工程學(xué)院 孔繁敏 Email:No.4第7章 電波傳播概論 2. 傳輸媒質(zhì)對(duì)電波傳播的影響傳輸媒質(zhì)對(duì)電波傳播的影響 (1) 傳輸損耗（信道損耗） 電波在實(shí)際的媒質(zhì)（信道）中傳播時(shí)是有能量損耗的。電波在實(shí)際的媒質(zhì)（信道）中傳播時(shí)是有能量損耗的。 這種能量損耗可能是由于大氣對(duì)電波的吸收或散射引起的這種能量損耗可能是由于大氣對(duì)電波的吸收或散射引起的, 也也可能是由于電波繞過球形地面或障礙物的繞射而引起的?？赡苁怯捎陔姴ɡ@過球形地面或障礙物的繞射而引起的。 在傳播距離、工作頻

4、率、發(fā)射天線、輸入功率和接收天線都相同的情況下, 設(shè)接收點(diǎn)的實(shí)際場(chǎng)強(qiáng)E、功率PR，而自由空間的場(chǎng)強(qiáng)為E0、功率為PR， 則信道的衰減因子A為0()20lg10lgRREPA dBEP(7-1-8)信息科學(xué)與工程學(xué)院 孔繁敏 Email:No.5第7章 電波傳播概論則傳輸損耗Lb為10lg10lg10lg()iiRbbfRRRPPPLLAdBPPP 若不考慮天線的影響, 即令Gi = GR = 1, 則實(shí)際的傳輸損耗為 )()(lg20)(lg2045.32dBAkmrMHzfLb 式中, 前三項(xiàng)為自由空間損耗Lbf； A為實(shí)際媒質(zhì)的損耗。 不同的傳播方式、傳播媒質(zhì)不同的傳播方式、傳播媒質(zhì), 信

5、道的傳輸損耗不同。信道的傳輸損耗不同。 (7-1-9)(7-1-10)信息科學(xué)與工程學(xué)院 孔繁敏 Email:No.6第7章 電波傳播概論 (2) 衰落現(xiàn)象 所謂衰落所謂衰落, 一般是指信號(hào)電平隨時(shí)間的隨機(jī)起伏。一般是指信號(hào)電平隨時(shí)間的隨機(jī)起伏。 根據(jù)引起衰落的原因分類, 大致可分為： 吸收型衰落：吸收型衰落主要是由于傳輸媒質(zhì)電參數(shù)的變吸收型衰落主要是由于傳輸媒質(zhì)電參數(shù)的變化化, 使得信號(hào)在媒質(zhì)中的衰減發(fā)生相應(yīng)的變化而引起的。使得信號(hào)在媒質(zhì)中的衰減發(fā)生相應(yīng)的變化而引起的。如大氣中的氧、水汽以及由后者凝聚而成的云、霧、雨、雪等都對(duì)電波有吸收作用。由于氣象的隨機(jī)性, 這種吸收的強(qiáng)弱也有起伏, 形成

6、信號(hào)的衰落。由這種原因引起的信號(hào)電平的變化較慢, 所以稱為慢衰落, 如圖 7-1(a)所示。慢衰落通常是指信號(hào)電平的中值（五分鐘中值、小時(shí)中值、月中值等）在較長(zhǎng)時(shí)間間隔內(nèi)的起伏變化。 信息科學(xué)與工程學(xué)院 孔繁敏 Email:No.7第7章 電波傳播概論圖 7 1 衰落現(xiàn)象信息科學(xué)與工程學(xué)院 孔繁敏 Email:No.8第7章 電波傳播概論干涉型衰落：干涉型衰落主要是由隨機(jī)多徑干涉現(xiàn)象引起的。干涉型衰落主要是由隨機(jī)多徑干涉現(xiàn)象引起的。在某些傳輸方式中, 由于收、發(fā)兩點(diǎn)間存在若干條傳播路徑, 典型的如天波傳播、 不均勻媒質(zhì)傳播等，在這些傳播方式中, 傳輸媒質(zhì)具有隨機(jī)性, 因此使到達(dá)接收點(diǎn)的各路徑的

7、時(shí)延隨機(jī)變化, 致使合成信號(hào)幅度和相位都發(fā)生隨機(jī)起伏。這種起伏的周期很短, 信號(hào)電平變化很快, 故稱為快衰落, 如圖 7 -1(b)所示。 這種衰落在移動(dòng)通信信道中表現(xiàn)得更為明顯。 快衰落疊加在慢衰落之上。在較短的時(shí)間內(nèi)觀察時(shí), 前者表現(xiàn)明顯, 后者不易被察覺。信號(hào)的衰落現(xiàn)象嚴(yán)重地影響電波傳播的穩(wěn)定性和系統(tǒng)的可靠性, 需要采取有效措施（如分集接收等）來(lái)加以克服。 信息科學(xué)與工程學(xué)院 孔繁敏 Email:No.9第7章 電波傳播概論 (3) 傳輸失真 無(wú)線電波通過媒質(zhì)除產(chǎn)生傳輸損耗外, 還會(huì)產(chǎn)生失真振幅失真和相位失真。產(chǎn)生失真的原因有兩個(gè)： 媒質(zhì)的色散效應(yīng)：色散效應(yīng)是由于不同頻率的無(wú)線電波在色散

8、效應(yīng)是由于不同頻率的無(wú)線電波在媒質(zhì)中的傳播速度有差別而引起的信號(hào)失真。媒質(zhì)中的傳播速度有差別而引起的信號(hào)失真。載有信號(hào)的無(wú)線電波都占據(jù)一定的頻帶, 當(dāng)電波通過媒質(zhì)傳播到達(dá)接收點(diǎn)時(shí), 由于各頻率成分傳播速度不同, 因而不能保持原來(lái)信號(hào)中的相位關(guān)系, 引起波形失真。 至于色散效應(yīng)引起信號(hào)畸變的程度, 則要結(jié)合具體信道的傳輸情況而定。 隨機(jī)多徑傳輸效應(yīng)：多徑傳輸也會(huì)引起信號(hào)畸變。多徑傳輸也會(huì)引起信號(hào)畸變。 這是因這是因?yàn)闊o(wú)線電波在傳播時(shí)通過兩個(gè)以上不同長(zhǎng)度的路徑到達(dá)接收點(diǎn)為無(wú)線電波在傳播時(shí)通過兩個(gè)以上不同長(zhǎng)度的路徑到達(dá)接收點(diǎn), 接收天線檢拾的信號(hào)是幾個(gè)不同路徑傳來(lái)的電場(chǎng)強(qiáng)度之和。接收天線檢拾的信號(hào)是

9、幾個(gè)不同路徑傳來(lái)的電場(chǎng)強(qiáng)度之和。 信息科學(xué)與工程學(xué)院 孔繁敏 Email:No.10第7章 電波傳播概論 設(shè)接收點(diǎn)的場(chǎng)是兩條路徑傳來(lái)的相位差為=的兩個(gè)電場(chǎng)的矢量和。最大的傳輸時(shí)延與最小的傳輸時(shí)延的差值定義為多徑時(shí)延。對(duì)所傳輸信號(hào)中的每個(gè)頻率成分, 相同的值引起不同的相差。 例如對(duì) f1，若1=1=, 則因二矢量反相抵消, 此分量的合成場(chǎng)強(qiáng)呈現(xiàn)最小值；而對(duì)f2, 若2=2=2, 則因二矢量同相相加, 此分量的合成場(chǎng)強(qiáng)呈現(xiàn)最大值， 如圖 7 2(b)所示。 其余各成分依次類推。 顯然顯然, 若信號(hào)帶寬過大若信號(hào)帶寬過大, 就會(huì)引起較明顯的失真。所以一般就會(huì)引起較明顯的失真。所以一般情況下情況下,

10、信號(hào)帶寬不能超過信號(hào)帶寬不能超過1/。 因此，引入相關(guān)帶寬的概念，定義相關(guān)帶寬:1f信息科學(xué)與工程學(xué)院 孔繁敏 Email:No.11第7章 電波傳播概論圖圖7-2 多徑傳輸效應(yīng)多徑傳輸效應(yīng)信息科學(xué)與工程學(xué)院 孔繁敏 Email:No.12第7章 電波傳播概論 (4) 電波傳播方向的變化 當(dāng)電波在無(wú)限大的均勻、線性媒質(zhì)內(nèi)傳播時(shí), 射線是沿直線傳播的。 然而電波傳播實(shí)際所經(jīng)歷的空間場(chǎng)所是復(fù)雜多樣的: 不同媒質(zhì)的分界處將使電波折射、 反射; 媒質(zhì)中的不均勻體如對(duì)流層中的湍流團(tuán)將使電波產(chǎn)生散射; 球形地面和障礙物將使電波產(chǎn)生繞射; 某些傳輸媒質(zhì)的時(shí)變性使射線軌跡隨機(jī)變化, 使得到達(dá)接收天線處的射線入

11、射角隨機(jī)起伏, 使接收信號(hào)產(chǎn)生嚴(yán)重的衰落。 因此, 在研究實(shí)際傳輸媒質(zhì)對(duì)電波傳播的影響問題時(shí), 電波傳播方向的變化也是重要內(nèi)容之一。 信息科學(xué)與工程學(xué)院 孔繁敏 Email:No.13第7章 電波傳播概論外外層層大大氣氣50050平平流流層層 H:公里對(duì)對(duì)流流層層+-電電離離層層201000003085中中間間層層微波短波臭氧層臭氧層長(zhǎng)波不同無(wú)線電波的傳播途不同無(wú)線電波的傳播途徑徑信息科學(xué)與工程學(xué)院 孔繁敏 Email:No.14第7章 電波傳播概論7.2 視距傳播視距傳播 所謂視距傳播所謂視距傳播, 是指發(fā)射天線和接收天線處于相互能看見是指發(fā)射天線和接收天線處于相互能看見的視線距離內(nèi)的傳播方

12、式。地面通信、衛(wèi)星通信以及雷達(dá)等都的視線距離內(nèi)的傳播方式。地面通信、衛(wèi)星通信以及雷達(dá)等都可以采用這種傳播方式。它主要用于超短波和微波波段的電波可以采用這種傳播方式。它主要用于超短波和微波波段的電波傳播。傳播。 1. 視線距離視線距離 設(shè)發(fā)射天線高度為h1、接收天線高度為h2（圖7-3）, 由于地球曲率的影響, 當(dāng)兩天線A、B間的距離rrv時(shí), 兩天線互相“看得見”, 當(dāng)rrv時(shí), 兩天線互相“看不見”, 距離rv為收、發(fā)天線高度分別為h2和h1時(shí)的視線極限距離, 簡(jiǎn)稱視距。信息科學(xué)與工程學(xué)院 孔繁敏 Email:No.15第7章 電波傳播概論圖7-3 視線距離)(221hharv32110)(

13、57. 3hhrv地球半徑a=6.370106m信息科學(xué)與工程學(xué)院 孔繁敏 Email:No.16第7章 電波傳播概論 視距傳播時(shí), 電波是在地球周圍的大氣中傳播的, 大氣對(duì)電波產(chǎn)生折射與衰減。 由于大氣層是非均勻媒質(zhì), 其壓力、溫度與濕度都隨高度而變化, 大氣層的介電常數(shù)是高度的函數(shù)。 在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下, 大氣層的介電常數(shù)r隨高度增加而減小， 并逐漸趨近于1, 因此大氣層的折射率n= 隨高度的增加而減小。若將大氣層分成許多薄片層, 每一薄層是均勻的, 各薄層的折射率n隨高度的增加而減小。這樣當(dāng)電波在大氣層中依次通過每個(gè)薄層界面時(shí), 射線都將產(chǎn)生偏折, 因而電波射線形成一條向下彎曲的弧線， 如圖

14、 7-4 所示。 r信息科學(xué)與工程學(xué)院 孔繁敏 Email:No.17第7章 電波傳播概論圖 7 4 大氣層對(duì)電波的折射信息科學(xué)與工程學(xué)院 孔繁敏 Email:No.18第7章 電波傳播概論 當(dāng)考慮大氣的不均勻性對(duì)電波傳播軌跡的影響時(shí), 視距公式應(yīng)修正為)(10)(12. 4)(232121mhhhharev 在光學(xué)上, rrv的區(qū)域稱為照明區(qū), rrv的區(qū)域稱為陰影區(qū)。 由于電波頻率遠(yuǎn)低于光學(xué)頻率, 故不能完全按上述幾何光學(xué)的觀點(diǎn)劃分區(qū)域。通常把r0.8rv的區(qū)域稱為照明區(qū), 將r1.2rv的區(qū)域稱為陰影區(qū), 而把0.8rvr1.2rv的區(qū)域稱為半照明半陰影區(qū)。 信息科學(xué)與工程學(xué)院 孔繁敏

15、Email:No.19第7章 電波傳播概論2. 大氣對(duì)電波的衰減大氣對(duì)電波的衰減 大氣對(duì)電波的衰減主要來(lái)自兩個(gè)方面： 云、霧、 雨等小水滴對(duì)電波的熱吸收及水分子、氧分子對(duì)電波的諧振吸收。 熱吸收與小水滴的濃度有關(guān), 諧振吸收與工作波長(zhǎng)有關(guān)。 云、霧、雨等小水滴對(duì)電波的散射, 散射衰減與小水滴半徑的六次方成正比, 與波長(zhǎng)的四次方成反比。 當(dāng)工作波長(zhǎng)短于5cm時(shí), 就應(yīng)該考慮大氣層對(duì)電波的衰減, 尤其當(dāng)工作波長(zhǎng)短于3cm時(shí), 大氣層對(duì)電波的衰減將趨于嚴(yán)重。 就云、霧、雨、雪對(duì)微波傳播的影響來(lái)說, 降雨引起的衰減最為嚴(yán)重, 對(duì)10千兆赫以上的頻率, 由降雨引起的電波衰減在大多數(shù)情況下是可觀的。因此在

16、地面和衛(wèi)星通信線路的設(shè)計(jì)中都要考慮由降雨引起的衰減。 信息科學(xué)與工程學(xué)院 孔繁敏 Email:No.20第7章 電波傳播概論3. 場(chǎng)場(chǎng) 分分 析析 在視距傳播中, 除了自發(fā)射天線直接到達(dá)接收天線的直射波外, 還存在從發(fā)射天線經(jīng)由地面反射到達(dá)接收天線的反射波， 如圖 7-5 所示。因此接收天線處的場(chǎng)是直射波與反射波的疊加。圖圖 7 5 直射波與反射波直射波與反射波dh1h2h1z信息科學(xué)與工程學(xué)院 孔繁敏 Email:No.21第7章 電波傳播概論 設(shè)h1為發(fā)射天線高度, h2為接收天線高度, d為收、 發(fā)天線間距, E為接收點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng), E1為直射波, E2為反射波。根據(jù)上面的分析, 接收點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)

17、為 1020jkrjkreEE freERE fr 式中, R為反射點(diǎn)處的反射系數(shù), R=|R|e j, f()為天線方向函數(shù)。 (7-2-4)(7-2-5)12EEE信息科學(xué)與工程學(xué)院 孔繁敏 Email:No.22第7章 電波傳播概論0( )jkreEa E fFr)(1rrkjeRF式中，而dhhdhhdhhrr2121222122)(2)(將其代入式（7 2 7）得)/(2121dhhkjeRF(7-2-6)(7-2-7)(7-2-8)(7-2-9)如果兩天線間距離dh1, h2, 則有信息科學(xué)與工程學(xué)院 孔繁敏 Email:No.23第7章 電波傳播概論 對(duì)于視距通信電路來(lái)說, 電波

18、的射線仰角是很小的（通常小于1）, 所以有)2sin(2121/221dhheFdhhjk 當(dāng)?shù)孛骐妼?dǎo)率為有限值時(shí), 若射線仰角很小, 則有 RHRV-1 式中, RH為水平極化波的反射系數(shù); RV垂直極化波的反射系數(shù)。(7-2-10)(7-2-11)信息科學(xué)與工程學(xué)院 孔繁敏 Email:No.24第7章 電波傳播概論 圖 7 6 接收點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)隨天線高度的變化曲信息科學(xué)與工程學(xué)院 孔繁敏 Email:No.25第7章 電波傳播概論圖 7 7 接收點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)隨間距d的變化曲線信息科學(xué)與工程學(xué)院 孔繁敏 Email:No.26第7章 電波傳播概論 由上式可得到下列結(jié)論: 當(dāng)工作波長(zhǎng)和收、發(fā)天線間距不變

19、時(shí), 接收點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)隨天線高度h1和h2的變化而在零值與最大值之間波動(dòng)，如圖 7- 6 所示。 當(dāng)工作波長(zhǎng)和兩天線高度h1和h2都不變時(shí), 接收點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)隨兩天線間距的增大而呈波動(dòng)變化, 間距減小，波動(dòng)范圍減小， 如圖 7 -7所示。當(dāng)兩天線高度h1和h2和間距d不變時(shí), 接收點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)隨工作波長(zhǎng)呈波動(dòng)變化， 如圖 7 - 8 所示。 信息科學(xué)與工程學(xué)院 孔繁敏 Email:No.27第7章 電波傳播概論圖 7 8 接收點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)隨工作波長(zhǎng)的變化曲線信息科學(xué)與工程學(xué)院 孔繁敏 Email:No.28第7章 電波傳播概論 總之, 在微波視距通信設(shè)計(jì)中, 為使接收點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)穩(wěn)定, 希望反射波的成分愈小愈好。 所以在通

20、信信道路徑的設(shè)計(jì)和選擇時(shí), 要盡可能地利用起伏不平的地形或地物, 使反射波場(chǎng)強(qiáng)削弱或改變反射波的傳播方向, 使其不能到達(dá)接收點(diǎn), 以保證接收點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)穩(wěn)定。 信息科學(xué)與工程學(xué)院 孔繁敏 Email:No.29第7章 電波傳播概論7.3 天波傳播天波傳播 1. 電離層概況電離層概況 電離層是地球高空大氣層的一部分, 從離地面60km的高度一直延伸到1000km的高空。由于電離層電子密度不是均勻分布的, 因此, 按電子密度隨高度的變化相應(yīng)地分為D, E, F1, F2四層, 每一個(gè)區(qū)域的電子濃度都有一個(gè)最大值, 如圖 7 - 9所示。 電離層主要是太陽(yáng)的紫外輻射形成的, 因此其電子密度與日照密切相關(guān)白

21、天大, 晚間小, 而且晚間D層消失; 電離層電子密度又隨四季不同而發(fā)生變化。信息科學(xué)與工程學(xué)院 孔繁敏 Email:No.30第7章 電波傳播概論圖 7- 9 電離層電子密度的高度分布 信息科學(xué)與工程學(xué)院 孔繁敏 Email:No.31第7章 電波傳播概論 2. 無(wú)線電波在電離層中的傳播無(wú)線電波在電離層中的傳播 仿照電波在視距傳播中的介紹方法, 可將電離層分成許多薄片層, 每一薄片層的電子密度是均勻的, 但彼此是不等的。 根據(jù)經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)可求得自由電子密度為Ne的各向同性均勻媒質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)為28 .801fNer其折射率為18 .8012fNne式中, f為電波的頻率。 (7-3-1)(7

22、-3-2)信息科學(xué)與工程學(xué)院 孔繁敏 Email:No.32第7章 電波傳播概論 當(dāng)電波入射到空氣電離層界面時(shí), 由于電離層折射率小于空氣折射率, 折射角大于入射角, 射線要向下偏折。當(dāng)電波進(jìn)入電離層后, 由于電子密度隨高度的增加而逐漸減小, 因此各薄片層的折射率依次變小, 電波將連續(xù)下折, 直至到達(dá)某一高度處電波開始折回地面。 可見, 電離層對(duì)電波的反射實(shí)質(zhì)上是電波在電離層中連續(xù)折射的結(jié)果。 如圖 7 - 10, 在各薄片層間的界面上連續(xù)應(yīng)用折射定律可得 n0 sin0=n1 sin1= ni sini 式中, n0為空氣折射率, n0=1,0為電波進(jìn)入電離層時(shí)的入射角。 (7-3-3)信息

23、科學(xué)與工程學(xué)院 孔繁敏 Email:No.33第7章 電波傳播概論圖 7 10 電離層對(duì)電波的連續(xù)折射信息科學(xué)與工程學(xué)院 孔繁敏 Email:No.34第7章 電波傳播概論208 .801sinfNnii0sec8 .80iNf 上式揭示了天波傳播時(shí), 電波頻率f(Hz)與入射角0和電波折回處的電子密度Ni（電子數(shù)/m3）三者之間的關(guān)系。(7-3-4)(7-3-5) 設(shè)電波在第i層處到達(dá)最高點(diǎn), 然后即開始折回地面, 則將i=90代入上式得信息科學(xué)與工程學(xué)院 孔繁敏 Email:No.35第7章 電波傳播概論式中, Nmax為電離層的最大電子密度。 也就是說, 當(dāng)電波入射角0一定時(shí), 隨著頻率

24、的增高, 電波反射后所到達(dá)的距離越遠(yuǎn)。當(dāng)電波工作頻率高于fmax時(shí), 由于電離層不存在比Nmax更大的電子密度, 因此電波不能被電離層“反射”回來(lái)而穿出電離層，見圖 7 - 11 所示, 這正是超短波和微波不能以天波傳播的原因。（1） 最高可用頻率 由式（7 -3 -5）可求得當(dāng)電波以0角度入射時(shí), 電離層能把電波“反射”回來(lái)的最高可用頻率為0maxmaxsec8 .80Nf(7-3-6)天波傳播的基本概念天波傳播的基本概念信息科學(xué)與工程學(xué)院 孔繁敏 Email:No.36第7章 電波傳播概論圖 7 11 0 一定而頻率不同時(shí)的射線0f1f2f3 fmaxf3 f2 f1信息科學(xué)與工程學(xué)院 孔

25、繁敏 Email:No.37第7章 電波傳播概論2maxmin08 .801arcsinfN 由于入射角00min的電波不能被電離層“反射”回來(lái), 使得以發(fā)射天線為中心的、一定半徑的區(qū)域內(nèi)就不可能有天波到達(dá), 從而形成了天波的靜區(qū)。 （3） 多徑效應(yīng) 由于天線射向電離層的是一束電波射線, 各根射線的入射角稍有不同, 它們將在不同的高度上被“反射”回來(lái), 因而有多條路徑到達(dá)接收點(diǎn)（圖 7 - 13）, 這種現(xiàn)象稱為多徑傳輸。 (7-3-7)（2） 天波靜區(qū) 由式（7 -3 -4）可得電離層能把頻率為f(Hz)的電波“反射”回來(lái)的最小入射角0 min為信息科學(xué)與工程學(xué)院 孔繁敏 Email:No.

26、38第7章 電波傳播概論圖 7 12 頻率一定時(shí)通信距離與入射角的關(guān)系 0靜區(qū)23 11 2 3 44信息科學(xué)與工程學(xué)院 孔繁敏 Email:No.39第7章 電波傳播概論圖 7 13 多徑效應(yīng)信息科學(xué)與工程學(xué)院 孔繁敏 Email:No.40第7章 電波傳播概論 （4） 最佳工作頻率fopt 電離層中自由電子的運(yùn)動(dòng)將耗散電波的能量, 使電波發(fā)生衰減, 但電離層對(duì)電波的吸收主要是D層和E層。因此，為了減小電離層對(duì)電波的吸收, 天波傳播應(yīng)盡可能采用較高的工作頻率。然而當(dāng)工作頻率過高時(shí)，電波需到達(dá)電子密度很大的地方才能被“反射”回來(lái)，這就大大增長(zhǎng)了電波在電離層中的傳播距離，隨之也增大了電離層對(duì)電波

27、的衰減。為此，通常選最佳工作頻率fopt為還需要注意的是, 電離層的D層對(duì)電波的吸收是很嚴(yán)重的, 夜晚, D層消失, 致使天波信號(hào)增強(qiáng), 這正是晚上能接收到更多短波電臺(tái)的原因。 max0.85optff信息科學(xué)與工程學(xué)院 孔繁敏 Email:No.41第7章 電波傳播概論天波通信的特點(diǎn)天波通信的特點(diǎn) 頻率的選擇很重要, 頻率太高, 電波穿透電離層射向太空; 頻率太低, 電離層吸收太大, 以致不能保證必要的信噪比。 因此，通信頻率必須選擇在最佳頻率附近。 天波傳播的隨機(jī)多徑效應(yīng)嚴(yán)重, 多徑時(shí)延較大, 信道帶寬較窄。 天波傳播不太穩(wěn)定, 衰落嚴(yán)重, 在設(shè)計(jì)電路時(shí)必須考慮衰落影響, 使電路設(shè)計(jì)留有足

28、夠的電平余量。 電離層所能反射的頻率范圍是有限的, 一般是短波范圍。 由于波段范圍較窄, 因此短波電臺(tái)特別擁擠, 電臺(tái)間的干擾很大，尤其是夜間；由于電離層吸收減小, 電波傳播條件有所改善, 臺(tái)間干擾更大。 信息科學(xué)與工程學(xué)院 孔繁敏 Email:No.42第7章 電波傳播概論 由于天波傳播是靠高空電離層的反射, 因而受地面的吸收及障礙物的影響較小, 也就是說這種傳播方式的傳輸損耗較小, 因此能以較小功率進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信。 天波通信, 特別是短波通信, 建立迅速，機(jī)動(dòng)性好, 設(shè)備簡(jiǎn)單, 是短波天波傳播的優(yōu)點(diǎn)之一。 信息科學(xué)與工程學(xué)院 孔繁敏 Email:No.43第7章 電波傳播概論7.4 地面波

29、傳播地面波傳播 設(shè)有一直立天線架設(shè)于地面之上, 輻射的垂直極化波沿地面?zhèn)鞑r(shí), 若大地是理想導(dǎo)體, 則接收天線接收到的仍是垂直極化波（圖 7 - 14）。 實(shí)際上, 大地是非理想導(dǎo)電媒質(zhì), 垂直極化波的電場(chǎng)沿地面?zhèn)鞑r(shí), 就在地面感應(yīng)出與其一起移動(dòng)的正電荷, 進(jìn)而形成電流, 從而產(chǎn)生歐姆損耗, 造成大地對(duì)電波的吸收; 并沿地表面形成較小的電場(chǎng)水平分量, 致使波前傾斜, 并變?yōu)闄E圓極化波, 如圖 7 - 15所示。 顯然, 波前的傾斜程度反映了大地對(duì)電波的吸收程度。 信息科學(xué)與工程學(xué)院 孔繁敏 Email:No.44第7章 電波傳播概論圖 7 14 理想導(dǎo)電地面的場(chǎng)結(jié)構(gòu)信息科學(xué)與工程學(xué)院 孔繁敏

30、 Email:No.45第7章 電波傳播概論圖 7 15 非理想導(dǎo)電地面的場(chǎng)結(jié)構(gòu)信息科學(xué)與工程學(xué)院 孔繁敏 Email:No.46第7章 電波傳播概論地面波傳播的特點(diǎn)地面波傳播的特點(diǎn) 垂直極化波沿非理想導(dǎo)電地面?zhèn)鞑r(shí), 由于大地對(duì)電波能量的吸收作用, 產(chǎn)生了沿傳播方向的電場(chǎng)縱向分量Ez1, 因此可以用Ez1的大小來(lái)說明傳播損耗的情況。當(dāng)?shù)孛娴碾妼?dǎo)率越小或電波頻率越高, Ez1越大, 說明傳播損耗越大。 地面波的波前傾斜現(xiàn)象在接收地面上的無(wú)線電波中具有實(shí)用意義。由于Ex1Ez1, 故在地面上采用直立天線接收較為適宜。但在某些場(chǎng)合, 由于受到條件的限制, 也可以采用低架水平天線接收。 地面波由于地

31、表面的電性能及地貌、地物等并不隨時(shí)間很快地變化, 并且基本上不受氣候條件的影響, 因此信號(hào)穩(wěn)定, 這是地面波傳播的突出優(yōu)點(diǎn)。 信息科學(xué)與工程學(xué)院 孔繁敏 Email:No.47第7章 電波傳播概論 應(yīng)該指出, 地面波的傳播情況與電波的極化形式有很大關(guān)系。大多數(shù)地質(zhì)情況下, 大地的磁導(dǎo)率0, 很難存在橫電波模式，因此關(guān)于地面波的討論都是針對(duì)橫磁波模式的。根據(jù)橫磁波存在的各場(chǎng)分量Ex1, Ez1, Hy1, 其電場(chǎng)分量在入射平面內(nèi), 故稱為垂直極化波。換句話說, 只有垂直極化波才能進(jìn)行只有垂直極化波才能進(jìn)行地面波傳播。地面波傳播。 信息科學(xué)與工程學(xué)院 孔繁敏 Email:No.48第7章 電波傳播概論 7.5 不均勻媒質(zhì)的散射傳播不均勻媒質(zhì)的散射傳播 除了上述三種基本傳輸方式外, 還有散射波傳播。 電波在電波在低空對(duì)流層或高空電離層下緣遇到不均勻的低空對(duì)流層