《電波傳播理論》課件-自由空間和空間波傳播模式

第三章、自由空間和空間波傳播模式移動(dòng)通信無線電波主要是在地球周圍的大氣空間里傳播，或者沿地球表面?zhèn)鞑?。根?jù)大地和大氣對(duì)電波傳播的影響，自然界中的電波傳播模式分為3類：空間波、地表面波和天波。2022/12/221第三章、自由空間和空間波傳播模式移動(dòng)通信無線第1節(jié)、電波傳播的基本模式2022/12/222第1節(jié)、電波傳播的基本模式2022/12/182Propagationmodes2022/12/223Propagationmodes2022/12/183電波利用電離層的折射、反射和散射作用進(jìn)行傳播的方式稱為天波。

沿地球表面進(jìn)行傳播的電波傳播模式稱為地表面波。

在大氣對(duì)流層中進(jìn)行的電波傳播方式稱為空間波。

2022/12/224電波利用電離層的折射、反射和散射作用進(jìn)行傳播的方式稱為天波。GroundWavePropagationTheelectromagneticwaveformessentiallyfollowsthecontouroftheearthTransmissionbelow3MHzCanbeusedtolongdistancescommunicate2022/12/225GroundWavePropagationTheeleSkyWavePropagationSWmakesuseofthereflectingpropertiesoftheearth’satmosphereataltitudesfrom100to250milesforfrequenciesintheband,3-30MHz2022/12/226SkyWavePropagationSWmakesuLine-of-SightWavePropagationUsedbyfrequenciesabove30MHzThesewavestravelinastraightlineandpassthroughanyportionoftheatmosphereeasilyTheatmosphereofourplanetdoesnotrefractorbendtheelectromagneticwavemuch.2022/12/227Line-of-SightWavePropagation各種電波傳播模式的主要特點(diǎn)空間波：在傳播過程中，電波會(huì)發(fā)生折射、反射、散射等現(xiàn)象。在微波通信中采用視距傳播。天線架設(shè)在地面以上大于幾個(gè)波長(zhǎng)處。地表面波：長(zhǎng)波，中波一般采用這種傳播方式。天線直接架設(shè)在地面。

天波：只有這種電波傳播方式才能將電波傳送到數(shù)千公里以外。短波通信采用的就是這種傳播方式。

2022/12/228各種電波傳播模式的主要特點(diǎn)空間波：在傳播過程中，電波會(huì)發(fā)生折定義：所謂自由空間是指相對(duì)介電常數(shù)和相對(duì)磁導(dǎo)率均恒為1的均勻介質(zhì)所在空間介電常數(shù)和磁導(dǎo)率為

特點(diǎn)：無源，各向同性，電導(dǎo)率為零（σ＝0）

自由空間：第2節(jié)電波在自由空間中的傳播2022/12/229定義：所謂自由空間是指相對(duì)介電常數(shù)和相對(duì)磁導(dǎo)率均恒為1的均勻電波在自由空間中的傳播特點(diǎn)在自由空間中，電波的傳播是直線傳播，沒有反射、折射、繞射、色散、吸收、磁離子分裂等現(xiàn)象。電波傳播速度等于真空中的光速c＝3×108m/s。實(shí)際介質(zhì)與障礙物對(duì)電波傳播的影響可忽略的空間，可近似為自由空間。2022/12/2210電波在自由空間中的傳播特點(diǎn)在自由空間中，電波的傳播是直線傳播自由空間的電波傳播模型距離發(fā)射機(jī)為d時(shí)，自由空間中接收點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)為式中，E為場(chǎng)強(qiáng)，單位為dBV/m；

PΣ為輻射功率，單位為W；

Gt為發(fā)射天線的增益。

2022/12/2211自由空間的電波傳播模型距離發(fā)射機(jī)為d時(shí)，自由空間中接收點(diǎn)的場(chǎng)接收機(jī)輸入端的最大接收功率2022/12/2212接收機(jī)輸入端的最大接收功率2022/12/1812自由空間的傳輸損耗傳輸損耗：又稱為系統(tǒng)損耗，定義為輻射功率與接收功率之比。如果d的單位用km，f的單位用MHz，Ls的單位為dB，可得：2022/12/2213自由空間的傳輸損耗傳輸損耗：又稱為系統(tǒng)損耗，定義為輻射功率與自由空間的路徑損耗自由空間的路徑損耗：顯然，Lbs與收、發(fā)天線的特性無關(guān)，而僅與傳輸路徑有關(guān)

由上述公式我們也可以看出，在自由空間傳播條件下，電磁波的能量并沒有損失。自由空間的傳輸損耗實(shí)際指的是球面波擴(kuò)散損耗。

2022/12/2214自由空間的路徑損耗自由空間的路徑損耗：顯然，Lbs與收、發(fā)天在工程應(yīng)用中，我們常采用諾模圖來求接收功率、傳播損耗等例：

本圖適用于半波偶極子天線，標(biāo)尺2表示輻射功率為1W的場(chǎng)強(qiáng)作為距離（km）的函數(shù)，對(duì)于Pt（W）的輻射功率，應(yīng)在標(biāo)尺2的數(shù)值上增加一個(gè)校正值10lgpt（dB）。

標(biāo)尺2標(biāo)尺3標(biāo)尺4標(biāo)尺1距離d(km)頻率f(MHz)接收功率(dBw)場(chǎng)強(qiáng)E(dBu)10km57dBu100MHz2022/12/2215在工程應(yīng)用中，我們常采用諾模圖來求接收功率、傳播損耗等例：

標(biāo)尺2和標(biāo)尺4又表示了半波偶極天線的接收功率和場(chǎng)強(qiáng)之間的關(guān)系。當(dāng)頻率f=100MHz,E=50dBμ時(shí)，可查得

標(biāo)尺2標(biāo)尺3標(biāo)尺4標(biāo)尺1距離d(km)頻率f(MHz)接收功率(dBw)場(chǎng)強(qiáng)E(dBu)-95dBW2022/12/2216標(biāo)尺2和標(biāo)尺4又表示了半波偶極天線的接收功率和場(chǎng)強(qiáng)之第3節(jié)空間波傳播模式電磁波直接從發(fā)射天線傳播到接收天線，或經(jīng)過地面反射而到達(dá)接收天線。一般接收天線處的場(chǎng)強(qiáng)是直接波和反射波的合成場(chǎng)強(qiáng)。特點(diǎn)：直射波不受地面影響反射波要經(jīng)過地面的反射，因此要受到反射點(diǎn)地質(zhì)地形的影響傳播的距離受到地球曲率的影響收，發(fā)天線之間的最大距離被限制在視矩范圍內(nèi)，要擴(kuò)大通信距離，就必須增加天線高度2022/12/2217第3節(jié)空間波傳播模式電磁波直接從發(fā)射天線傳播到接收天線，最小有效天線高度h0

表面波起支配作用時(shí)的天線高度稱為天線最小有效高度。h0與波長(zhǎng)、極化方式、地面電特性參數(shù)有關(guān)。

在固定無線通信中，天線架設(shè)高度與波長(zhǎng)相比均很高，因此：

f<30MHz——表面波

30MHz<f<300MHz——空間波和表面波

f>300MHz——空間波2022/12/2218最小有效天線高度h0表面波起支配作用時(shí)的天線h1h2dTR直射波反射波地表面波

在光滑平面地面上傳播的波主要是直射波、反射波和地表面波的疊加。2022/12/2219h1h2dTR直射波反射波地表面波在光滑平面空間波傳播模式分類視矩傳播，應(yīng)用于微波中繼通信與衛(wèi)星通信、超短波與微波的定位測(cè)速對(duì)流層散射傳播，應(yīng)用于米波與分米波的遠(yuǎn)距離通信障礙繞射傳播，對(duì)于短波高端、超短波和微波無線通信電路，當(dāng)傳播途徑上存在山峰時(shí)，出現(xiàn)障礙繞射傳播大氣波導(dǎo)傳播，當(dāng)對(duì)流層的折射指數(shù)梯度滿足一定的條件時(shí)，對(duì)于米波至厘米波的無線電波會(huì)出現(xiàn)大氣波導(dǎo)傳播2022/12/2220空間波傳播模式分類視矩傳播，應(yīng)用于微波中繼通信與衛(wèi)星通信、超1、光滑平面地面上電波傳播的雙線反射模型

無線電波在空間傳播過程中將遇到空氣和地面兩種不同介質(zhì)的分界面。由此，將影響到電波傳播的特性。影響程度取決于：地球表面的電特性地球表面的形狀地球表面的起伏不平影響程度取決于地面起伏不平的幅度與波長(zhǎng)的比值判斷地面的起伏不平是否影響電波傳播特性的準(zhǔn)則———瑞利準(zhǔn)則2022/12/22211、光滑平面地面上電波傳播的雙線反射模型h1h2dTR直射波反射波地表面波

在光滑平面地面上傳播的波主要是直射波、反射波和地表面波的疊加。電波在光滑平面地面上的傳播2022/12/2222h1h2dTR直射波反射波地表面波在光滑平面

地面尺寸比波長(zhǎng)大得多地面起伏不平與波長(zhǎng)相比可忽略近似條件：在光滑平面地面上電波傳播的特點(diǎn)：

鏡面反射——反射損耗地面σ≠0，有地電流存在——吸收損耗空間波和地表面波兩種傳播模式同時(shí)存在光滑平面地面的近似及電波傳播特性2022/12/2223地面尺寸比波長(zhǎng)大得多近似條件：在光滑平面地面上電波傳播的當(dāng)電波主要以空間波的方式傳播時(shí)，接收點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)主要為直射波和反射波場(chǎng)強(qiáng)的疊加：h1h2ABA’dr1r22022/12/2224當(dāng)電波主要以空間波的方式傳播時(shí)，接收點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)主要為直射波和反a)垂直極化波：入射波與反射波的電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)均垂直于紙面，在同一水平方向入射波與反射波的相位差：不同反射點(diǎn)反射系數(shù)的相位差2022/12/2225a)垂直極化波：入射波與反射波的電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)均垂直于紙面，在同一接收點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)為：D1，D2為接收天線在直射波方向和反射波方向的方向性系數(shù)。其模為

2022/12/2226接收點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)為：D1，D2為接收天線在直射波方向和反射波方向b)水平極化波：入射波與反射波的電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)均在紙面內(nèi)，而不在同一方向h1h2ABA’dr1r2αγ2022/12/2227b)水平極化波：入射波與反射波的電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)均在紙面內(nèi)，而不在同首先將、分解為x,y方向上的分量，然后相加，得

其模為

2022/12/2228首先將、分解為x,y方向上的分量，然后近似條件一：則

在上述條件下，垂直極化與水平極化的結(jié)果相同（因?yàn)镋mx＝0）。和在同一方向上，得

2022/12/2229近似條件一：則在上述條件下，垂直極化與水平極化的結(jié)而當(dāng)，即

場(chǎng)強(qiáng)將隨天線高度h1，h2和通信距離d的變化而變化，這種起伏是電場(chǎng)干涉作用的結(jié)果。

2022/12/2230而當(dāng)，即場(chǎng)強(qiáng)將隨天線高度h1，h2和通信距離d的變近似條件二：通信距離足夠大，如維新斯基干涉場(chǎng)公式

由于存在地面的鏡像反射，輻射的能量集中分布在地表以上的半個(gè)空間，故其功率密度比自由空間增加一倍，但距離－損耗斜率也增加了一倍。

2022/12/2231近似條件二：通信距離足夠大，如維新斯基干涉場(chǎng)公式由近似條件三：在VHF,UHF波段，認(rèn)為天線的效率近似為100％，那么天線增益G與方向性系數(shù)相等，則對(duì)各向同性天線而言，場(chǎng)強(qiáng)有效值E為

其中，

如果天線增益采用相對(duì)于半波振子的增益Gd表示，那么上式為

2022/12/2232近似條件三：在VHF,UHF波段，認(rèn)為天線的效率近似為1002、光滑平面地面上電波傳播損耗損耗值以dB為單位的路徑損耗2022/12/22332、光滑平面地面上電波傳播損耗損耗值2022/12/1833傳播損耗的計(jì)算光滑地面上電波傳播的傳輸損耗：考慮實(shí)際地面狀態(tài)以后，傳輸損耗具有以下特點(diǎn)：

Lp與f有關(guān)，Lp∝f；

Lp不是一個(gè)恒值，而是一個(gè)隨時(shí)間和空間而變的隨機(jī)變量。它圍繞一個(gè)均值上下波動(dòng)，呈對(duì)數(shù)正態(tài)分布。2022/12/2234傳播損耗的計(jì)算光滑地面上電波傳播的傳輸損耗：考慮實(shí)際地面第4節(jié)光滑球面反射模型球面平面近似為平面地面的極限通信距離：2022/12/2235第4節(jié)光滑球面反射模型球面平面近似為平面地面的極限通信距離1、照明區(qū)，半陰影區(qū)和陰影區(qū)的劃分

當(dāng)天線的高度h1

和h2一定時(shí)，以h1的頂點(diǎn)A作一直線與地球相切，變動(dòng)h2的位置，使h2的頂點(diǎn)B正好落在切線上，此時(shí)兩天線之間的球面距離r0稱為視距。

定義：r>1.2r0的區(qū)域稱為陰影區(qū)；

r<0.7r0的區(qū)域稱為視區(qū)；

0.7r0≤r≤1.2r0的區(qū)域?yàn)榘腙幱皡^(qū)。

2022/12/22361、照明區(qū)，半陰影區(qū)和陰影區(qū)的劃分當(dāng)天線的高度h1和r0（視距）的確定：2、照明區(qū)內(nèi)光滑球面反射模型2022/12/2237r0（視距）的確定：2、照明區(qū)內(nèi)光滑球面反射模型2022/球面反射的擴(kuò)散特性AA’BAA’B3、球面反射的擴(kuò)散特性2022/12/2238球面反射的擴(kuò)散特性AA’BAA’B3、球面反射的擴(kuò)散特性201.球面反射系數(shù)與平面反射系數(shù)的關(guān)系為：

為擴(kuò)散因子

2.擴(kuò)散因子

①定義：

和分別表示在相同的入射波束張角時(shí)，接收天線處的球面和平面反射波束的截面。②計(jì)算公式

R為地球半徑

AA’B2022/12/22391.球面反射系數(shù)與平面反射系數(shù)的關(guān)系為：為擴(kuò)散因子2.球面視距內(nèi)求場(chǎng)照明區(qū)求場(chǎng)原理2022/12/2240球面視距內(nèi)求場(chǎng)照明區(qū)求場(chǎng)原理2022/12/18401.等效天線高度的計(jì)算

2.幾何反射點(diǎn)的確定（r1,r2的計(jì)算）

其中，2022/12/22411.等效天線高度的計(jì)算2.幾何反射點(diǎn)的確定（r1,r2的光滑無耗球面地面上視距內(nèi)場(chǎng)的計(jì)算：對(duì)于有耗光滑球面來講，考慮反射系數(shù)。2022/12/2242光滑無耗球面地面上視距內(nèi)場(chǎng)的計(jì)算：對(duì)于有耗光滑球面來講，考慮光滑地面上電波傳播接收功率的計(jì)算在實(shí)際工程中，計(jì)算時(shí)，上式簡(jiǎn)化為：2022/12/2243光滑地面上電波傳播接收功率的計(jì)算在實(shí)際工程中，計(jì)算時(shí)，上式簡(jiǎn)光滑平面地面上傳播損耗的計(jì)算若d的單位為km，ht、hr的單位為m，則2022/12/2244光滑平面地面上傳播損耗的計(jì)算若d的單位為km，ht、hr的單第5節(jié)、瑞利準(zhǔn)則（一）判斷地面是否可近似為光滑地面的標(biāo)準(zhǔn)——瑞利準(zhǔn)則h射線1射線2OBAθO’射線1和射線2的路程差：2022/12/2245第5節(jié)、瑞利準(zhǔn)則（一）判斷地面是否可近似為光滑地面的標(biāo)準(zhǔn)h射取作為地面平坦與否的分界點(diǎn)，則——瑞利準(zhǔn)則判別式設(shè)實(shí)際地面起伏高度為h，則：平坦地面：不平坦地面2022/12/2246取作為地面平坦與否的分例：，那么對(duì)于f=900MHz的電波來說，地面的起伏高度小于多少米才能認(rèn)為地面是平坦的？解：2022/12/2247例：，那么對(duì)于f=900MHz的

對(duì)于起伏不均勻的地面，定義某段距離內(nèi)以其起伏的10%與90%值的差值作為實(shí)際地面的起伏高度值。hd10%90%2022/12/2248對(duì)于起伏不均勻的地面，定義某段距離內(nèi)以其起伏第三章、自由空間和空間波傳播模式移動(dòng)通信無線電波主要是在地球周圍的大氣空間里傳播，或者沿地球表面?zhèn)鞑?。根?jù)大地和大氣對(duì)電波傳播的影響，自然界中的電波傳播模式分為3類：空間波、地表面波和天波。2022/12/2249第三章、自由空間和空間波傳播模式移動(dòng)通信無線第1節(jié)、電波傳播的基本模式2022/12/2250第1節(jié)、電波傳播的基本模式2022/12/182Propagationmodes2022/12/2251Propagationmodes2022/12/183電波利用電離層的折射、反射和散射作用進(jìn)行傳播的方式稱為天波。

沿地球表面進(jìn)行傳播的電波傳播模式稱為地表面波。

在大氣對(duì)流層中進(jìn)行的電波傳播方式稱為空間波。

2022/12/2252電波利用電離層的折射、反射和散射作用進(jìn)行傳播的方式稱為天波。GroundWavePropagationTheelectromagneticwaveformessentiallyfollowsthecontouroftheearthTransmissionbelow3MHzCanbeusedtolongdistancescommunicate2022/12/2253GroundWavePropagationTheeleSkyWavePropagationSWmakesuseofthereflectingpropertiesoftheearth’satmosphereataltitudesfrom100to250milesforfrequenciesintheband,3-30MHz2022/12/2254SkyWavePropagationSWmakesuLine-of-SightWavePropagationUsedbyfrequenciesabove30MHzThesewavestravelinastraightlineandpassthroughanyportionoftheatmosphereeasilyTheatmosphereofourplanetdoesnotrefractorbendtheelectromagneticwavemuch.2022/12/2255Line-of-SightWavePropagation各種電波傳播模式的主要特點(diǎn)空間波：在傳播過程中，電波會(huì)發(fā)生折射、反射、散射等現(xiàn)象。在微波通信中采用視距傳播。天線架設(shè)在地面以上大于幾個(gè)波長(zhǎng)處。地表面波：長(zhǎng)波，中波一般采用這種傳播方式。天線直接架設(shè)在地面。

天波：只有這種電波傳播方式才能將電波傳送到數(shù)千公里以外。短波通信采用的就是這種傳播方式。

2022/12/2256各種電波傳播模式的主要特點(diǎn)空間波：在傳播過程中，電波會(huì)發(fā)生折定義：所謂自由空間是指相對(duì)介電常數(shù)和相對(duì)磁導(dǎo)率均恒為1的均勻介質(zhì)所在空間介電常數(shù)和磁導(dǎo)率為

特點(diǎn)：無源，各向同性，電導(dǎo)率為零（σ＝0）

自由空間：第2節(jié)電波在自由空間中的傳播2022/12/2257定義：所謂自由空間是指相對(duì)介電常數(shù)和相對(duì)磁導(dǎo)率均恒為1的均勻電波在自由空間中的傳播特點(diǎn)在自由空間中，電波的傳播是直線傳播，沒有反射、折射、繞射、色散、吸收、磁離子分裂等現(xiàn)象。電波傳播速度等于真空中的光速c＝3×108m/s。實(shí)際介質(zhì)與障礙物對(duì)電波傳播的影響可忽略的空間，可近似為自由空間。2022/12/2258電波在自由空間中的傳播特點(diǎn)在自由空間中，電波的傳播是直線傳播自由空間的電波傳播模型距離發(fā)射機(jī)為d時(shí)，自由空間中接收點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)為式中，E為場(chǎng)強(qiáng)，單位為dBV/m；

PΣ為輻射功率，單位為W；

Gt為發(fā)射天線的增益。

2022/12/2259自由空間的電波傳播模型距離發(fā)射機(jī)為d時(shí)，自由空間中接收點(diǎn)的場(chǎng)接收機(jī)輸入端的最大接收功率2022/12/2260接收機(jī)輸入端的最大接收功率2022/12/1812自由空間的傳輸損耗傳輸損耗：又稱為系統(tǒng)損耗，定義為輻射功率與接收功率之比。如果d的單位用km，f的單位用MHz，Ls的單位為dB，可得：2022/12/2261自由空間的傳輸損耗傳輸損耗：又稱為系統(tǒng)損耗，定義為輻射功率與自由空間的路徑損耗自由空間的路徑損耗：顯然，Lbs與收、發(fā)天線的特性無關(guān)，而僅與傳輸路徑有關(guān)

由上述公式我們也可以看出，在自由空間傳播條件下，電磁波的能量并沒有損失。自由空間的傳輸損耗實(shí)際指的是球面波擴(kuò)散損耗。

2022/12/2262自由空間的路徑損耗自由空間的路徑損耗：顯然，Lbs與收、發(fā)天在工程應(yīng)用中，我們常采用諾模圖來求接收功率、傳播損耗等例：

本圖適用于半波偶極子天線，標(biāo)尺2表示輻射功率為1W的場(chǎng)強(qiáng)作為距離（km）的函數(shù)，對(duì)于Pt（W）的輻射功率，應(yīng)在標(biāo)尺2的數(shù)值上增加一個(gè)校正值10lgpt（dB）。

標(biāo)尺2標(biāo)尺3標(biāo)尺4標(biāo)尺1距離d(km)頻率f(MHz)接收功率(dBw)場(chǎng)強(qiáng)E(dBu)10km57dBu100MHz2022/12/2263在工程應(yīng)用中，我們常采用諾模圖來求接收功率、傳播損耗等例：

標(biāo)尺2和標(biāo)尺4又表示了半波偶極天線的接收功率和場(chǎng)強(qiáng)之間的關(guān)系。當(dāng)頻率f=100MHz,E=50dBμ時(shí)，可查得

標(biāo)尺2標(biāo)尺3標(biāo)尺4標(biāo)尺1距離d(km)頻率f(MHz)接收功率(dBw)場(chǎng)強(qiáng)E(dBu)-95dBW2022/12/2264標(biāo)尺2和標(biāo)尺4又表示了半波偶極天線的接收功率和場(chǎng)強(qiáng)之第3節(jié)空間波傳播模式電磁波直接從發(fā)射天線傳播到接收天線，或經(jīng)過地面反射而到達(dá)接收天線。一般接收天線處的場(chǎng)強(qiáng)是直接波和反射波的合成場(chǎng)強(qiáng)。特點(diǎn)：直射波不受地面影響反射波要經(jīng)過地面的反射，因此要受到反射點(diǎn)地質(zhì)地形的影響傳播的距離受到地球曲率的影響收，發(fā)天線之間的最大距離被限制在視矩范圍內(nèi)，要擴(kuò)大通信距離，就必須增加天線高度2022/12/2265第3節(jié)空間波傳播模式電磁波直接從發(fā)射天線傳播到接收天線，最小有效天線高度h0

表面波起支配作用時(shí)的天線高度稱為天線最小有效高度。h0與波長(zhǎng)、極化方式、地面電特性參數(shù)有關(guān)。

在固定無線通信中，天線架設(shè)高度與波長(zhǎng)相比均很高，因此：

f<30MHz——表面波

30MHz<f<300MHz——空間波和表面波

f>300MHz——空間波2022/12/2266最小有效天線高度h0表面波起支配作用時(shí)的天線h1h2dTR直射波反射波地表面波

在光滑平面地面上傳播的波主要是直射波、反射波和地表面波的疊加。2022/12/2267h1h2dTR直射波反射波地表面波在光滑平面空間波傳播模式分類視矩傳播，應(yīng)用于微波中繼通信與衛(wèi)星通信、超短波與微波的定位測(cè)速對(duì)流層散射傳播，應(yīng)用于米波與分米波的遠(yuǎn)距離通信障礙繞射傳播，對(duì)于短波高端、超短波和微波無線通信電路，當(dāng)傳播途徑上存在山峰時(shí)，出現(xiàn)障礙繞射傳播大氣波導(dǎo)傳播，當(dāng)對(duì)流層的折射指數(shù)梯度滿足一定的條件時(shí)，對(duì)于米波至厘米波的無線電波會(huì)出現(xiàn)大氣波導(dǎo)傳播2022/12/2268空間波傳播模式分類視矩傳播，應(yīng)用于微波中繼通信與衛(wèi)星通信、超1、光滑平面地面上電波傳播的雙線反射模型

無線電波在空間傳播過程中將遇到空氣和地面兩種不同介質(zhì)的分界面。由此，將影響到電波傳播的特性。影響程度取決于：地球表面的電特性地球表面的形狀地球表面的起伏不平影響程度取決于地面起伏不平的幅度與波長(zhǎng)的比值判斷地面的起伏不平是否影響電波傳播特性的準(zhǔn)則———瑞利準(zhǔn)則2022/12/22691、光滑平面地面上電波傳播的雙線反射模型h1h2dTR直射波反射波地表面波

在光滑平面地面上傳播的波主要是直射波、反射波和地表面波的疊加。電波在光滑平面地面上的傳播2022/12/2270h1h2dTR直射波反射波地表面波在光滑平面

地面尺寸比波長(zhǎng)大得多地面起伏不平與波長(zhǎng)相比可忽略近似條件：在光滑平面地面上電波傳播的特點(diǎn)：

鏡面反射——反射損耗地面σ≠0，有地電流存在——吸收損耗空間波和地表面波兩種傳播模式同時(shí)存在光滑平面地面的近似及電波傳播特性2022/12/2271地面尺寸比波長(zhǎng)大得多近似條件：在光滑平面地面上電波傳播的當(dāng)電波主要以空間波的方式傳播時(shí)，接收點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)主要為直射波和反射波場(chǎng)強(qiáng)的疊加：h1h2ABA’dr1r22022/12/2272當(dāng)電波主要以空間波的方式傳播時(shí)，接收點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)主要為直射波和反a)垂直極化波：入射波與反射波的電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)均垂直于紙面，在同一水平方向入射波與反射波的相位差：不同反射點(diǎn)反射系數(shù)的相位差2022/12/2273a)垂直極化波：入射波與反射波的電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)均垂直于紙面，在同一接收點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)為：D1，D2為接收天線在直射波方向和反射波方向的方向性系數(shù)。其模為

2022/12/2274接收點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)為：D1，D2為接收天線在直射波方向和反射波方向b)水平極化波：入射波與反射波的電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)均在紙面內(nèi)，而不在同一方向h1h2ABA’dr1r2αγ2022/12/2275b)水平極化波：入射波與反射波的電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)均在紙面內(nèi)，而不在同首先將、分解為x,y方向上的分量，然后相加，得

其模為

2022/12/2276首先將、分解為x,y方向上的分量，然后近似條件一：則

在上述條件下，垂直極化與水平極化的結(jié)果相同（因?yàn)镋mx＝0）。和在同一方向上，得

2022/12/2277近似條件一：則在上述條件下，垂直極化與水平極化的結(jié)而當(dāng)，即

場(chǎng)強(qiáng)將隨天線高度h1，h2和通信距離d的變化而變化，這種起伏是電場(chǎng)干涉作用的結(jié)果。

2022/12/2278而當(dāng)，即場(chǎng)強(qiáng)將隨天線高度h1，h2和通信距離d的變近似條件二：通信距離足夠大，如維新斯基干涉場(chǎng)公式

由于存在地面的鏡像反射，輻射的能量集中分布在地表以上的半個(gè)空間，故其功率密度比自由空間增加一倍，但距離－損耗斜率也增加了一倍。

2022/12/2279近似條件二：通信距離足夠大，如維新斯基干涉場(chǎng)公式由近似條件三：在VHF,UHF波段，認(rèn)為天線的效率近似為100％，那么天線增益G與方向性系數(shù)相等，則對(duì)各向同性天線而言，場(chǎng)強(qiáng)有效值E為

其中，

如果天線增益采用相對(duì)于半波振子的增益Gd表示，那么上式為

2022/12/2280近似條件三：在VHF,UHF波段，認(rèn)為天線的效率近似為1002、光滑平面地面上電波傳播損耗損耗值以dB為單位的路徑損耗2022/12/22812、光滑平面地面上電波傳播損耗損耗值2022/12/1833傳播損耗的計(jì)算光滑地面上電波傳播的傳輸損耗：考慮實(shí)際地面狀態(tài)以后，傳輸損耗具有以下特點(diǎn)：

Lp與f有關(guān)，Lp∝f；

Lp不是一個(gè)恒值，而是一個(gè)隨時(shí)間和空間而變的隨機(jī)變量。它圍繞一個(gè)均值上下波動(dòng)，呈對(duì)數(shù)正態(tài)分布。2022/12/2282傳播損耗的計(jì)算光滑地面上電波傳播的傳輸損耗：考慮實(shí)際地面第4節(jié)光滑球面反射模型球面平面近似為平面地面的極限通信距離：2022/12/2283第4節(jié)光滑球面反射模型球面平面近似為平面地面的極限通信距離1、照明區(qū)，半陰影區(qū)和陰影區(qū)的劃分

當(dāng)天線的高度h1

和h2一定時(shí)，以h1的頂點(diǎn)A作一直線與地球相切，變動(dòng)h2的位置，使h2的頂點(diǎn)B正好落在切線上，此時(shí)兩天線之間的球面距離r0稱為視距。

定義：r>1.2r0的區(qū)域稱為陰影區(qū)；