第十九講地面波傳播

1、 電波傳播5.1 電波傳播概述n1.微波技術n2.天線n3.電波傳播n三者都是研究無線電技術的一個重要組成部分，它們共同的基礎是電磁場理論，但三者研究的對象和目的有所不同。5.1 電波傳播概述n微波技術主要研究引導電磁波在微波傳輸系統(tǒng)中如何進行有效的傳輸，它希望電磁波按一定要求沿傳輸系統(tǒng)無輻射地傳輸。n天線是將微波導行波變成向空間定向輻射的電磁波，或?qū)⒖臻g的電磁波變?yōu)槲⒉ㄔO備中的導行波。 轉換器功能。n電波傳播研究電波在空間的傳播方式和特點。5.1 電波傳播概述n無線電波頻率范圍：頻率從幾十Hz到3000GHz（波長從幾十兆m到0.1mm）n無線電波傳播： 發(fā)射天線或者自然輻射源所輻射的無線電

2、波，通過媒質(zhì)到達觀察點的過程n無線電波研究對象及其應用： 總體來說就是研究各種媒質(zhì)中電磁波的傳播規(guī)律5.1 電波傳播概述n無線電波研究對象對無線電波傳播媒質(zhì)特性的研究研究媒質(zhì)的電特性對電波傳播的影響n無線電波研究的應用不斷完善對現(xiàn)有幾種傳播方式的傳播機制、傳輸特性的研究，提高接收點場強計算的準確度與精度加強對于新開拓頻段的電波傳播問題的研究不斷擴大無線電波在其他科學領域的應用eg：醫(yī)療光子帶隙結構光子帶隙結構-自然界中的例子自然界中的例子蝴蝶蛋白石海鼠5.1 電波傳播概述n電波傳播主要方式：地面波傳播天波傳播視距傳播對流層散射傳播波導傳播5.1 電波傳播概述n地面波傳播無線電波沿著地球表面?zhèn)鞑?/p>

3、，特點是信號比較穩(wěn)定，但電波頻率愈高，地面波隨距離的增加衰減愈快。所以，只適用于長波和中波波段n天波傳播電波經(jīng)高空電離層反射回來而到達地面接收點。長，中，短波都可以利用天波進行遠距離通信5.1 電波傳播概述n視距傳播收、發(fā)天線離地面高度遠大于波長，電波直接從發(fā)射天線傳到接收地點（有時有地面反射波）。這種傳播方式僅限于視線距離之內(nèi)。目前廣泛應用的微波接力電路和衛(wèi)星通信電路的傳播方式均屬這種傳播方式n對流層散射傳播利用對流層和電離層中介質(zhì)的不均勻性或流星通過大氣時的電離余跡對電磁波的散射作用實現(xiàn)超視距傳播。主要用于超短波和微波遠距離通信5.1 電波傳播概述n波導傳播電波在電離層下緣和地面所組成的同

4、心球殼形波導內(nèi)的傳播。長波，超長波或極長波利用這種傳播方式能以較小的衰減進行遠距離通信。n以上五中傳播方式，在實際通信中往往取其一種作為主要的傳播途徑，但并不排除某些條件下幾種傳播途徑并存的可能性。電波傳播的研究重點n電波傳播基本概念無線電波在自由空間內(nèi)的傳播自由空間嚴格來講是真空，只是一種理想情況實際上，總要受到存在媒質(zhì)以及障礙物的不同程度的影響，提出自由空間傳播概念只提供一個比較標準，簡化各種信道傳輸損耗的計算n傳輸媒質(zhì)對電波傳播的影響實際中電波是在各種空間場所內(nèi)（地表，低空大氣層，電離層等）傳播的，各種媒質(zhì)必然要對傳輸信號產(chǎn)生影響，例如使得信號衰減、畸變或者使電波的極化形式改變；引入干擾

5、、使接收端信噪比下降；改變電波的傳播方向或傳播速度等。此外，某些媒質(zhì)例如電離層的電參數(shù)具有明顯的隨機性，使得通過它而傳輸?shù)碾娦盘栆彩且粋€隨機信號，因此必須考慮實際媒質(zhì)對于電波傳播的影響。電波傳播的研究重點5.2 電波傳播基本概念n1 傳輸損耗n2 衰落現(xiàn)象n3 傳輸失真n4 電波的折射、反射和繞射現(xiàn)象n5 干擾與噪聲的影響研究方法n幾何光學法：射線理論直射、反射、繞射n物理光學法：電流近似積分n場論方法： Maxwell方程關鍵問題n損耗 定義：實際接收場強和自由空 間場強之比n衰落：吸收性衰落、干涉性衰落n失真：隨機多徑效應、色散效應020logEE 22LoutinRP=P G G4 rA

6、發(fā)0EAE地面波傳播n天線接近地面，最大輻射方向沿地面時形成的以地球表面作為導波系統(tǒng)沿地面?zhèn)鞑サ碾姴?。其特點是信號穩(wěn)定，多徑干擾小。 對于長波傳播，除高山以外都可以看作平坦地面，最主要的參數(shù)變?yōu)橥寥赖慕殡娤禂?shù)、導電率、介磁常數(shù)、地質(zhì)相對介電常數(shù)導電率（西/米）范圍平均范圍平均海水80800.66-6.64淡水80800.001-0.0240.001濕土10-30200.003-0.030.01干土2-640.00001-0.0020.001地面波傳播的菲涅爾區(qū)如上圖所示：電波在空氣（x0）和地面（X011jkz01y1jkz1x1EBeeHBeexxkjk2zE02jkz2zHFeexnX01

7、11jkz1zjkz1x1jkz01y1EeeEAeeHeexxxAjkAk 2zH0nX0222jkz2zjkz2x2jkz2y2EeeECeeHCeexxxcCjkk 1zH0TM（垂直極化）n邊界連續(xù)條件12jkjk0zz1z2zEeeEeexxxACAC12jkjk0zz001y2y1212Hee=HCeexxxccAkkkk 221002220ckk 2200c0c c0(60)rj 22kk TM（垂直極化）n參數(shù)121224022022240224022401k1(60)(60)k1(60)(60)1(60)rjrrjrrjrececec 0100200601arctan2160

8、601arctanarctan21606011arctanarctan2212rrrrr TM（垂直極化）n良導體參數(shù)K1有正的實部，所以E1的表達式中取exp(jk1x)，以滿足在x正無窮大時場有限 并且由于K1與導電率相關，所以空氣中場的分布受大地參數(shù)的影響K2有負的實部，所以E2的表達式中取exp(jk2x)，以滿足在x負無窮大時場有限 大地的導電率較大時，場僅能穿透大地的很淺一部分，但此時衰減減小。Z方向傳播因子中 有一正的實部，可見 由于 電磁波沿地表傳播時具有衰減。exp() z0110022045 ,( ),45 ,()90 ,( )0rrimag kimag kimag TM（垂直極化）nX=0處的場量由于E的z分量和x分量幅度的差別，形成了合成場量隨相位呈橢圓變化，在干土中，幾乎成沿長軸的線極化波。稱為波面傾斜。112012200112606060120 xzzrxzxrrxyyEEEjEEEjjEHH 2240arctan(60)r 地面波場強的計算1173(/)()rTxPDEAmV mr km短距離理想地平面波的場強估算：220.320.6A2202200(1)6060rrr 作業(yè)：電波在濕土表面?zhèn)鞑ヌ炀€輻射功率為10千瓦，方向系數(shù)為3，波長12km。求離開天線250