電波傳播理論

1、第5章地面反射地面及地面覆蓋物構成了無線電波在自然環(huán)境中傳播的最主要邊界條件。地面及地面覆蓋物的影響， 概括起來，主要是對無線電波的反射、繞射和散射，以及對電波的衰減和吸收。對于超短波以上頻率而言， 主要關心無線電波在地面以上空間中的傳播，通常并不關注地波傳播問題，所以地面的影響主要表現在對 無線電波的反射、繞射和散射等方面。當無線電波在光滑地面（如水面、開闊的平地等）上傳播時，會出現鏡反射現象，即地反射射線與直 接射線在接收點相互干涉，合成場強可表現出強烈的衰落。當無線電波在粗糙地面上傳播時，地面會產生 散射（漫反射）波，它與直接射線之間不會形成干涉現象，只是功率相加，合成信號不會出現大幅度

2、的衰 落，只是表現為信號的閃爍與起伏。至于地面光滑與粗糙的判別標準，也有規(guī)矩可循，它就是雷利判據， 本章將有討論。地面及其覆蓋物對無線電波的阻擋將引起無線電波的繞射現象，繞射可造成電波的額外衰減。不過， 繞射問題這章不討論，將在下一章作詳細研究。5.1鏡反射和漫反射從嚴格的波動觀點看來，地面反射是個邊值問題。來自初始輻射源的電磁波在地面上激起傳導電流和 位移電流，致使地面成為二次輻射源，地面的每個元面都是二次波源。接收點的場強是初始輻射源在接收 點建立的場強和與所有二次輻射源在接收點建立的場強，兩者合成的總效果。從反射傳播的效果上說，地面可以分成兩種類型。一種是所謂的光滑地面，另一類是粗糙地面

3、。對于光滑地面而言，各個元反射面的取向是相同的，可以采用鏡反射的幾何光學方法處理地面對無線 電波傳播的影響，即所謂的鏡像法。鏡像法是說，如圖5.1（a）所示，T為初始輻射源，地面（平面）對 接收點R場強的貢獻完全等效于初始源T的鏡像T的貢獻，只是注意，真實源T與虛擬波源T之間有一 個相位差n。鏡反射波是相干波，它與直接射線之間的干涉疊加，可以使接收信號出現很深的衰落，可對 無線電通信的質量和可靠性造成破壞性的影響。對于粗糙地面而言，如圖5.1（b）所示，組成粗糙地面的諸多元面，其取向和高度等都可以是隨機的， 也就是說，其二次輻射波的幅度和相位都是隨機的。由于小元面的取向的隨機性，被各個小元面反

4、射的電 波的極化也是不一樣的。另外，由于小元面的取向的隨機性，入射波的能量可以被反射到各個方向。因此 粗糙表面的反射實質上是散射，光學上稱為漫射，也稱為漫反射。由大量隨機取向的小元面的反射波在接 收點合成的結果就是粗糙表面在接收點的漫反射（散射）波。該散射波與直接射線之間是非相干的。粗糙 表面的散射也稱為漫反射。漫反射不會形成很深的干涉衰落，對無線電通信的質量與可靠性一般不會構成現在的問題是，如何區(qū)分光滑地面與粗糙地面？很顯然，在現實中，絕對的光滑地面是不存在的，所 謂光滑只是相對的。應該有一個標準來判斷地面是光滑還是粗糙。如圖5.1 （b）所示，假設地面有險的高度起伏，向該地面投射一平面波，

5、射線1經地面A點反射， 射線2在具有高度Ah的B點反射。經反射之后，射線1和2之間必然有一個相位差，也即，在垂直于反 射線的平面上，這兩條射線的相位是不一樣的，這種相差是由路程差引起的。射線1與射線2之間的程差 相當于射線1與射線2之間的程差，因為在垂直于反射線的平面上，射線1與射線1具有相同的相位。顯 然，該程差可以表示為：（5.1）（5.2）Ar = 2(A（5.1）（5.2）其中，如圖5.1所示，W被稱為掠射角，相應的相差則為.4兀A = kAr = - Ah sin wA式中，A為波長。當Ah趨于0時，則A和Ar也趨于0，此時，A點附近的小元面和B點附近的小元面反射的電波具有相同的相位

6、，在接收點合成時表現出同相疊加增強信號的效果。但是，當Ah增加到足夠 大時，比如致使相差達到兀時，上述兩元面的反射波在接收點的疊加可以表現出反相合成減弱信號的效果。 所以，0與兀之間的某一個相位差值應該是判斷是鏡反射還是漫反射的標準。我們很容易想到0與兀之間 的中間值兀/2,因此引入以下判據：A兀 /2（5.3）Ar A /4（5.4）當該標準得到滿足時，就可以認為地面是光滑的，地面反射是鏡反射；否則為漫反射。這就是雷利準則。 以上判據可以表示為：(5.5)Ah v-A_(5.5)8sinw當地形粗粗度Ah滿足以上條件時，鏡反射占覺得優(yōu)勢；當遠遠偏離這個條件時，漫反射占絕對優(yōu)勢。若要使物理上粗

7、糙的地面可被看成為鏡面，那么，允許該表面的最大起伏應該是：AhAh=maxA8sinw（5.6）它與波長和掠射角有關。同樣的粗糙地面，在低頻率和低掠射角時可以被看成是鏡面，而在高頻率和高掠 射角時，則不能認為是鏡面。上述標準具有一定的隨意性，標準取得更嚴格一些時，可以是，AhAh=maxA16 sin w（5.7）實際上，在反射區(qū)內，地面上不同點的高度可能是服從某種統(tǒng)計分布（比如，正態(tài)分布）的隨機變量， 所以，第一，以上所述的Ah應該理解為某點地面高度相對于反射面內平均高度的高度差；第二，為了考 慮統(tǒng)計的效果，把高度差的標準偏差作為雷利判據的Ah。5.2地反射的幾何參數無論在理論研究還是在工程

8、實踐中，射線的幾何參數都是重要的，這些參數的計算必須考慮大氣折射 的影響，計算很麻煩。下面，我們將依據等效球面地球法計算這些參數，這樣既計及了大氣折射的影響， 而且因為等效地球上大氣是均勻的，射線是直線，計算也很簡便。從這可以看出引入等效地球的好處。TA海面TRh11hiihTH:等效平面；:TA海面TRh11hiihTH:等效平面；:A耳: :Ah匕反面_贏一hT(b)(a)圖5.2射線幾何圖5.2表明了射線的各種幾何參數。圖5.2 (a)中T和R分別代表反射點和接收點，P是反射點；AC是通過反射點P相切于反射面的平面， 稱為等效反射平面，它與入射線和反射線的夾角為W，W稱為掠射角；TE平行

9、于AC且與直接射線的夾 角為a。6r和6r分別為直接射線的出射角和到達角；0丁和0r分別為入射線的出射角和地面反射線的到 達角；dT和dR分別為反射點到發(fā)射站和接收站的地面距離；0,和*分別為入射線與直接射線的夾角和 地反射線與直接射線的夾角；。，和虬分別為入射線的地心張角和地反射線的地心張角。r =宵為等效地球半徑，其中ke為等效地球半徑因子，a為地球真實半徑。圖5.2 (b)表明了對于發(fā)射端的幾種高度的定義，對于接收端，完全與發(fā)射端類似。圖中，Ht為發(fā)射 站地面的海拔高度，hT為發(fā)射天線離發(fā)射端地面的高度，h1= Ht + hT為發(fā)射天線的海拔高度；H3為反射點(反射面)的海拔高度，h為發(fā)

10、射天線相對于等效反射平面的高度，h；= h -H3為發(fā)射天線相對于反射面的高度；Ah則為h與h之差。 / 7 -J ZJ 4 I 1 1 I I v I ij ； 丁 八、/ 7 t 。5.2.1等效反射平面與等效高度見圖5.2 (a)，AC是通過反射點P相切于反射面(球面)的平面，稱為等效反射平面，在該平面上可 應用鏡反射原理。發(fā)射和接收天線相對于該平面的高度分別被稱為發(fā)射天線和接收天線的等效高度，如圖5.2 (b)所示的hT和外?？紤]到，電路距離和天線高度等參數都遠遠小于地球半徑，可以證明，發(fā)射端和接收端的天線等效高度、和hR分別近似為:其中，, 一 d2 其中，, 一 d2 h = h

11、H TT 1132k ad 2h = h H 2T-e(5.8)(5.9)h11 = Ht +、一發(fā)射天線的海拔高度;ht發(fā)射站地面的海拔高度；hT發(fā)射天線離發(fā)射端地面的高度； dT 反射點到發(fā)射站的地面距離;H反射點（反射面）的海拔高度;3re = ka 等效地球半徑;ke等效地球半徑因子；a地球半徑;h22 = Hr + hR接收天線的海拔高度;Hr 接收站地面的海拔高度；hR接收天線離接收端地面的高度； dR 反射點到接收站的地面距離。5.2.2地反射線的掠射角考慮到，電路距離和天線高度等參數度都遠遠小于地球半徑，可以證明,地反射射線的掠射角可 以表示為：(5.10)h_ h_ hT +

12、 hq(5.10)d d dTR其中，d = dT + dR為電路的距離，其它參數同5.2.1節(jié)。5.2.3地反射射線的出射角和到達角見圖5.2（a），入射線與發(fā)射端地平線的夾角T被稱為入射線的出射角（俯仰角），地面反射線與接收 端地平線的夾角 R被稱為地反射線的到達角（俯仰角），它們可以表示為:6d W +-T-（5.11）Tk a66d W +-T-（5.11）Tk a6d W + -R-（5.12）Rk a值得注意的是，以上公式算出的結果總是正值，這對應于俯角。5.2.4直接射線的出射角和到達角如圖5.2（a）所示，直接射線與發(fā)射端地平線的夾角6T （俯仰角）被稱為直接射線的出射角，直接

13、射線與接收端地平線的夾角6R （俯仰角）被稱為直接射線的到達角（俯仰角），它們可以表示為:d h h2211d2k a（5.13）其中，各個參數的定義與5.2.1節(jié)相同。以上兩式中的6t和6 r包含了大氣折射的影響，d h - h +11 2k a d（5.14）等效地球半徑因子的出現就體現了這種影響。也就是說，6t和6r是存在大氣折射情況下，直接射線在發(fā)射端和接收端的視在俯仰角。而收發(fā)點之間的真實俯 仰角PT和P R在等效球面地球上是無法與視在俯仰角同時畫出的，只有在真實地球上才能同時畫出。但是，顯然，在等效地球半徑因子ke = 1時，也即等效地球蛻化為真實地球時，或者說，在均勻大氣無折射的

14、情 況下，式（5.13）和式（5.14）便轉化為真實俯仰角*和PR的表達式:（5.15）（5.16）r dh h（5.16）R 2a d值得指出的是，射線的視在俯仰角是隨大氣折射指數空間分布的變化而變化的，而電路的真實俯仰角 是與大氣的狀態(tài)無關，在收發(fā)點確定后它們都是個常數。5.3反射點的位置和反射面的費涅爾區(qū)總的說來，地面反射對于無線電通信業(yè)務是有害的。特別是，水面和平坦地面的反射可能產生很深的 干涉衰落，造成破壞性的影響。所以，在通信電路的規(guī)劃設計中，通常，總是希望避免地面反射的影響。 在某些情況下，這是可以做得到的，至少可以減少地反射的影響，只要在無線網絡和傳播電路的設計中適 當控制反射

15、點的位置。粗糙地面對電波的反射比較光滑地面要弱得多，地面、地物對入射線和反射線得阻 擋也可以大大削弱地反射的影響。為此首先必須估算反射點的的位置，而后才能加以調整?，F在來考慮反射點位置的計算問題。根據式 （5.10），我們有：hh(5.17)-T = R d d(5.17)T RdT為反射點到發(fā)射站的地面距離，dR為反射點其中，hdT為反射點到發(fā)射站的地面距離，dR為反射點到接收站的地面距離。再令也即d（也即d（5.18）dd_d_d, dT23dd =+ dR23（5.19）（5.20）最后將以上兩式以及等效高度的表達式（5.8）和式（5.9）代入式（5.17），整理后便得到d3所滿足的三次

16、 方程:d33 d33 -(5.21)kah + h -2H )+ 吃 e 112234 d, k ad (h“ - h22 )。3 -2=這個三次方程只有一個實解。求解該方程便可得到反射點的位置。決定地反射強弱的，不僅僅是反射點的位置，還有反射點周圍的地形、地貌特征。水面、平坦地面會 有強烈的地反射波，粗糙地形、森林地區(qū)、城市密集建筑物地區(qū)的地反射波就比較微弱。問題是，需要考 慮反射點周圍多大的地域范圍內的地面特性。下面我們討論這個問題。在使用鏡像法處理地面對波傳播的影響時，發(fā)射源的鏡像可取代地面的作用，因此，要討論的問題歸 結為：除去地面之后，發(fā)射源的鏡像與接收點之間的傳播問題。在這種情況

17、下，以前關于費涅爾區(qū)和波傳 播主要空間通道的討論在這里完全適用。此時費涅爾橢球的焦點是發(fā)射源的鏡像和接收點，該橢球與地面 反射的等效平面相交在地面上截取的部分地面就是地面反射的費涅爾區(qū)。這是反射面內的橢圓面。圖5.3反射面的費涅爾區(qū)如圖5.3所示，T為發(fā)射點，它離地面反射等效平面的高度為hT，其鏡像為T； R是接收點，離等 效平面的高度為hR ； T，V和 R均在YZ平面上。地面反射的等效平面與XY平面重合。P為反射點。圖 中所示的橢圓是以T和R為焦點的第n階費涅爾橢球被等效平面所截取的n階費涅爾區(qū)的邊界，它的中心 在C點。該橢圓的長軸在Y軸上，短軸通過橢圓中心平行于X軸。令P0為由輻射點（或

18、象）到反射點P的距離，%為由反射點P到接收點R的距離。在第n階費涅爾 橢圓上任取一點E，它對發(fā)射點（或象）和接收點的距離分別為為Pn和rn。根據費涅爾區(qū)的定義，n階費涅爾區(qū)為(P (P “+八 0+r)=nx?(5.22)顯然，由于P0和r0都是固定的值，所以這個方程是橢圓方程。根據這個方程，可以得到橢圓長半軸和端半軸的表達式，以及橢圓中心。的位置座標表達式。它們都 與階數n有關。當n = 1時，便得到地反射第一費涅爾區(qū)的相關參數。通常，對于地面通信電路而言，地 面反射第一費涅爾區(qū)的長半軸可達數公里，短半軸卻比長軸小得多。地面對電波的反射主要取決于反射區(qū)的頭幾個費涅爾帶。5.4費涅爾反射系數通

19、常，反射系數被定義為入射波場強與反射波場強之比。費涅爾反射系數是個很經典的論題。它主要討論，兩種不同電磁特性的均勻介質當具有共同的平面邊 界時，在該邊界上無線電波的傳播問題。類似的實際情況，如空氣與地球，在局部的空間范圍內，從電波傳播的角度看，其一，可近似地把空 氣看成是真空，即其介電常數和導磁率為 0和H。、相對介電常數為1的均勻介質；其二，同樣，在局部 范圍內，地球表面下的土壤或液態(tài)、固態(tài)水也可近似地看成是均勻介質；其三，地球表面（地面或水面， 水面又可以是海水或淡水）可以看成是平面。圖5.4平面地上的反射與折射如圖5.4所示，空氣與地面的分界面為地面S，發(fā)射點為T，接收點為R，反射點在分

20、界面S上的O 點。入射波（射線0）到達地面上O點后，一部分能量被地面反射，如圖中所示的射線1，另一部分能量 則被折射而進入地面內部，如圖中所示射線2。折射波進入地面內部后轉化為熱能被消耗掉，反射波則重 新返回空氣中，有可能到達接收點并與直接射線干涉，構成總的合成場強。圖5.4中，平地面與入射線或與反射線的夾角W稱為擦地角，平地面的法線與入射線和與反射線的夾 角i被稱為反射角，入射角等于反射角。在分界面S上的反射點0，入射波場強為E0，反射波場強為E1，折射波場強為E2。利用射線概念 和電磁場在邊界上兩邊的切線分量必須連續(xù)的約束條件，可得到反射場強與入射場強之比的表達式，即地反射系數七的表達式:

21、反射系數七的表達式:RF（5.23）（5.24）（5.25）SinV 一RF（5.23）（5.24）（5.25）/V 一門,p = v sinV +門其中，V擦地角；P 入射波的極化;H 水平極化；V垂直極化；廠地面介質的復相對介電常數; re r地面介質的相對介電常數；人一一真空中的波長，m；b 地面介質的導電率，S/m。從式（5.23）是可以看出，地反射系數的大小與電波的極化、波長（頻率）入射線的擦地角以及地面 的電氣特性有關。圖5.5對于兩種最典型的地面（海水和中等干燥土壤）給出了地反射系數的幅度和相位 作為擦地角函數的關系曲線，包括了水平極化和垂直極化，頻率分別對應于100，300，1

22、000和3000 MHz。從圖5.5可以得到以下重要結論。反射系數的幅度： 對于水平極化波，反射系數隨擦地角的增加而降低；當擦地角小于1時，反射系數非常接 近于1；當擦地角大于1時，反射系數在10.6之間變化。 對于垂直極化波，存在一個特殊的擦地角，在這個角度上反射系數達到最小值，這個角度叫 布勒斯特角。對于中等干燥土壤，布勒斯特角大約等于15，幾乎與頻率無關；而對于海水 而言，當頻率從300MHz變到3000MHz時，布勒斯特角處在56.5之間，隨頻率增加 而增加。 對于垂直極化波，反射系數可從1變到幾乎接近于0。當擦地角小于布勒斯特角時，反射系數隨擦地角的增加而降低；當擦地角大于布勒斯特角

23、時，反射系數隨擦地角的增加而增加。擦地角，度擦地角,度（a）海水（b）中等干燥土壤圖5.5地反射系數：海水和土壤4反射系數的相位：對水平極化波，反射系數的相位非常接近于180，幾乎與頻率、擦地角和地面電氣特性無 關。也就是說，在水平極化的情況下，入射波經地面反射之后，反射波相對于入射波有180 的相位突變（增加）。對于垂直極化波，反射系數的相位可從180（低擦地角為0）單調降低到0（擦地角為 90）。擦地角低于1和高于20時，反射系數相位隨擦地角的變化比較緩慢，但是，在 布勒斯特角附近反射系數的相位隨擦地角的增加而十分迅速地減少。5.5球面反射的擴散系數嚴格說來，鏡反射原理只能適用于反射面是平

24、面時的情況，地球表面實際上是個球面。所以，這一節(jié) 我們將討論球面反射與平面反射有何不同。平面反射與球面反射之間有一個明顯的差別，這就是兩者對波束的擴散不一樣。假如有有一個由源發(fā) 出的的錐形波束，在這波束內由源發(fā)出的功率是個定值，那么，由于能量沿射線傳播不會逸出波束外，所 以在離源點不同距離的波束橫截面內流過的能量也是個相同的定值。但是，由于不同距離上波束的橫截面 的大小不一樣，因此通過這些橫截面的能流密度就不一樣。顯然它反比于橫截面的面積。TT圖5.6球形地面對反射波的擴散為簡單起見，我們現在考慮一個由波源發(fā)出的圓錐形波束。對于平面反射而言，由波源發(fā)射的圓錐波 束可以等效于波源的鏡像發(fā)出的圓錐

25、波束，所以這個波束經地面反射后不會變形，截面仍然是圓，如同自 由空間傳播一樣。但是，對于球面反射而言，橫截面為圓形的入射波束經地面反射后成為橫截面為橢圓的 波束，因為反射點在入射面內的射線擴散較大，反射點不在入射面內的射線擴散較小。因此，費涅爾橢圓 的長軸在入射面內。圖5.6畫出了在入射面內的波束在平面和球面上的反射。圖中，T和T分別是波源和對于等效反射平 面S的波源鏡像，R是接收點，S是半徑為ka的反射球面。設波源T發(fā)射出角寬為259的圓錐波束，波 束的中心射線在反射點P，反射后到達接收點R。波束的兩邊緣射線在平面上的反射點分別為P1和P2，經 平面反射后分別到達S面的A和B點；兩邊緣射線在

26、球面上的反射點分別是Pi和P2，經球面反射后分別 到達S面的ANB點；S平面垂直于反射線PR。鏡反射線PR的掠射角為甲。由圖5.6可以看出，相對于平面的反射，在球面反射中波束有了明顯的擴散。在通過R且垂直于PR 的S平面上，平面反射后波束的橫截面是以RA+RB為直徑的圓面；而經球面反射后的波束的橫截面是以 RA + RB為長軸的橢圓。設該橢圓的短半軸為RC = RD （在圖中沒有畫出），我們定義，在接收點 R，球面反射后的場強E&）與平面反射后的場強E0 Q）之比為該球面的反射擴散系數D。場強正比于能 流密度的平方根值，反比于波束橫截面的平方根值。所以，(5.26(5.26)經過若干近似和推演

27、，最后我們可以得到(5.27)(5.27)其中，k ad tanwdT 反射點到發(fā)射站的地面距離;dR 反射點到接收站的地面距離；七=k a等效地球半徑；ke等效地球半徑因子；a地球半徑；d 電路程度；w 掠射角由式（5.27）可以看出，只有在低擦地角的情況下，擴散系數D才有明顯小于1的值。此時，由于球 形地面對反射波的擴散作用，便產生了球面反射引起的附加擴散損耗。5.6等效反射系數、有效反射系數與反射損耗5.6.1等效反射系數費涅爾反射系數只是表達了光滑、平面地面的理想條件下的反射情況，它僅是一個參考值，通?？梢?把它看成為真實地面反射系數的可能的最大值。真實地球表面是個球面，與平面地面比較

28、，球面引起的波束擴散損耗系數在上一節(jié)中已有過詳細的討 論，其表達式如式（5.27）所示。另外，與光滑地面相比較，當無線電波投射到粗糙地面時，除要考慮鏡反射波和折射波之外，還存在 所謂的散射問題。我們這樣來設想，我們把有效的地面反射區(qū)域劃分為數量足夠多、面積足夠小的小面元， 以致每一個小面元都可以被看成是一個小鏡面，那么，由于地面的粗糙性，必然會有部分小面元的反射波 可能會偏離接收點的方向，而把入射能量反射到其它各個方向上，這就是所謂的粗糙地面的散射。造成的 結果是，粗糙地面的反射系數必然要小于光滑地面的費涅爾反射系數。所以，與光滑地面相比較，粗糙地面的反射系數R可以寫為：（5.28）（5.28

29、）（5.29）Rr=a RF其中，a為粗糙地面引起的地反射射線的減弱因子，Rf為費涅爾反射系數。再考慮到球面地面對反射波的擴散效應，那么，粗糙球形地面的反射系數Re應是:Re=a DRf其中，D為球形地面的擴散系數。我們把Re稱為地面的等效反射系數，它代表，在地面反射點上，反射 線場強與入射線場強之比；它真實地反映了球形粗糙地面的綜合的反射能力。事實上，a是無法有效計算出來的，而且也很難實際測量；D雖然理論上可以計算，但實際上也是無 法單獨測量出來的。但是有效反射系數Re是可以測量出來的。5.6.2有效反射系數如圖5.7所示，令T和R分別為發(fā)射點和接收點，P為反射點，G （）和G （中）分別為

30、發(fā)射天線和接 收天線的方向性圖，入射線和反射線分別在M1和M2處受到地面的阻擋。那末，由于發(fā)射端天線方向性圖的耦合，入射線TP的場強必然會被減弱，比如減弱匕倍，Y,與天線 方向性圖和0，角的大小有關；同樣，地反射線PR場強由于接收端天線方向性圖的耦合會被減弱Y 倍，Yr 與天線方向性圖和r角的大小有關。這里，01和0r分別為入射線和地反射線與直接射線的夾角。MiMiM2圖5.7地反射線的強度另外，如圖5.7所示，入射線TP和地反射線PR分別在M1和M2受到地面的阻擋，也會對入射波和 地反射波的場強有所減弱，現在，令阻擋對入射線和地反射線場強的衰減系數分別為已和Hr。最后，在接收點R，地反射射線

31、的場強Er與直接射線場強E0之比可以表示為：R = E = YY H H R（5.30）E t r t r e0其中，Re為地面的有效反射系數，如式（5.27）所示。我們姑且可以把人稱之為有效反射系數，它反映在接收點反射線場強比直接射線場強衰減的倍數。在式（5.30）中，Yt，Yt，Ht和1,都是可以精確計算和實際測量出來的，Re也是可測量出來的。將式（5.27）代入式（5.30）中，我們得到：R =Y t Y r Ht HR DRp（5.31）這才是最后真正有效的反射系數。5.6.3場的疊加、相干和非相干相干當兩列或兩列以上的波在相同的空間中傳播時，空間中每一點的合成場強是這些波在該點的場強

32、的矢 量和，即合成總場。如果這些波的極化、相位和幅度以確定的、非隨機的方式改變，則這些波彼此互為相 干波。相干波在任何時刻的相位和幅度是確定的，所以它們的合成場強可以按通常的矢量相加的辦法確定。 應用這種方法可以合成場強的空間分布。最簡單的例子是具有相同極化和相同頻率的兩列波的相干疊加，在它們相位相同的空間點上，合成場強的幅度是兩個波的幅度的代數和；在這些點上，與單個場強比較， 合成場強得到明顯的增強。在它們的相位相反的空間點上，合成場強的幅度是兩列波幅度的代數差；在這 些點上，與單個場強比較，合成場強得到明顯的削弱；如果兩列波的幅度相等、相位相反，則在這些點上， 合成場強為零，這種波的相干現

33、象在光學上可以直接用肉眼感知。非相干如果波的極化、相位與幅度是以隨機的方式變化，則場強的在空間的分布將是隨機的，不會形成由于 兩列或多列波的疊加，在某些空間點上合成場強明顯加強或削弱的相干現象。甚至無法確定地預測在確定 空間點上和確定時刻的合成場強，只能研究它的統(tǒng)計規(guī)律。如果這些具有隨機相位和幅度的波在統(tǒng)計上是 彼此獨立的，則合成場強幅度的均方值顯然應等于各個波幅度的均方值之和。這就是非相干現象。鏡反射波是相干波，它可以直接與直接射線相干涉，形成一些重要的傳播現象，如地反射衰減和地反 射衰落等。粗糙地面的漫反射波以及對流層不均勻體的散射波都是非相干波，對于這些波不存在所謂的相 干現象。5.6.4地反射線和直接射線之間的程差與時延可以證明,地反射射線與直接射線之間的光程差等于它們的幾何長度之差。所以可以用等效球面地 球法來處理射線之間的程差。在等效球面地球法中，因為射線都是直線，程差的計算是很簡便的。在地面 通信中，總是滿足天線高度遠遠小于電路距離這個條件，在這種情況下，可得到地反射線與直接射線之間的程差,和相位差中的表達式分別為：Ar =2Ar =2hT hRd（5.32）赤4兀hThR丸二=人 d（5.33）（5.34（5.34）（5.35）（5.36）其中，hT和hR分別為發(fā)射端和接收端天線的等效高度，d為電路程度，人為真空中的波長。而地