第11章 视距传播

第一章绪论1.掌握正常的和反常的两种类型传播模式的基本概念；正常的传播机制总是存在，如图1.1所示：反常的传播机制偶然存在，如图1.2所示：2.掌握超短波和微波的主要传播效应。

1、晴空条件下的视距传播——在晴朗天气的情况下，当传播路径两端点之间没有障碍阻挡或者障碍阻挡可以忽略时，超短波和微波按照视距传播。

【视距传播不仅仅是自由空间的传播（即空间扩散损耗）；还要计及大气气体对无线电波的吸收损耗（水汽和氧气对电波的吸收损耗）。

晴空大气中，还存在许多其他复杂的重要的视距传播现象（晴空大气中的层结以及湍流不均匀体对无线电波的反射、折射、多径传播、散射、散焦和聚焦效应等等）。

）】2、绕射传播——当传播路径两端点之间的传播余隙小于第一费涅尔半径时，即波传播的空间受到地面地物某种程度的阻挡时，就会产生绕射损耗。

【对于非视距和超视距传播的情况，绕射损耗可以是很严重的。

绕射损耗的大小与频率、余隙、障碍的位置和形状等因素有关。

为了计算因地面地物障碍阻挡引起的对无线电波的绕射损耗，首先必须制作准确的电路地形剖面图，定义和计算相关的几何参数。

在出现负折射的情况下，绕射损耗尤其严重；在超折射条件下绕射损耗则变小。

所以，当气象条件不稳定时，容易出现绕射衰落。

】3、地形、地物的散射和反射4、雨、水凝体和沙尘对电波的散射和衰减5、多径传播和聚焦效应：【多径传播——大气层结的反射和折射以及地面地物的反射和散射使得在接收点所接收到的信号是多条射线合成的总效果。

这些多径射线具有各自不同的相位和幅度，所以多径射线的合成是向量的合成。

并且由于各条射线幅度和相位的随机变化，最终产生所谓的多径衰落现象，这是对无线电通信的质量水平具有非常重要的影响。

聚焦效应——当射线在对流层中传播时，由于大气折射指数的不均匀性会产生聚焦和散焦效应。

聚焦会使信号大大增强，相反散焦会使信号减弱。

聚焦、散焦何时出现和强度如何均与气象条件有关，而气象变化也是随机的。

电波主要传播方式2008-06-05 11:25:45 作者：不详电波传输不依靠电线，也不象声波那样，必须依靠空气媒介帮它传播，有些电波能够在地球表面传播，有些波能够在空间直线传播，也能够从大气层上空反射传播，有些波甚至能穿透大气层，飞向遥远的宇宙空间。

任何一种无线电信号传输系统均由发信部分、收信部分和传输媒质三部分组成。

传输无线电信号的媒质主要有地表、对流层和电离层等，这些媒质的电特性对不同波段的无线电波的传播有着不同的影响。

根据媒质及不同媒质分界面对电波传播产生的主要影响，可将电波传播方式分成下列几种：地表传播对有些电波来说，地球本身就是一个障碍物。

当接收天线距离发射天线较远时，地面就象拱形大桥将两者隔开。

那些走直线的电波就过不去了。

只有某些电波能够沿着地球拱起的部分传播出去，这种沿着地球表面传播的电波就叫地波，也叫表面波。

地面波传播无线电波沿着地球表面的传播方式，称为地面波传播。

其特点是信号比较稳定，但电波频率愈高，地面波随距离的增加衰减愈快。

因此，这种传播方式主要适用于长波和中波波段。

天波传播声音碰到墙壁或高山就会反射回来形成回声，光线射到镜面上也会反射。

无线电波也能够反射。

在大气层中，从几十公里至几百公里的高空有几层“电离层”形成了一种天然的反射体，就象一只悬空的金属盖，电波射到“电离层’就会被反射回来，走这一途径的电波就称为天波或反射波。

在电波中，主要是短波具有这种特性。

电离层是怎样形成的呢？原来，有些气层受到阳光照射，就会产生电离。

太阳表面温度大约有6000℃，它辐射出来的电磁波包含很宽的频带。

其中紫外线部分会对大气层上空气体产生电离作用，这是形成电离层的主要原因。

电离层一方面反射电波，另一方面也要吸收电波。

电离层对电波的反射和吸收与频率(波长)有关。

频率越高，吸收越少，频率越低，吸收越多。

所以，短波的天波可以用作远距离通讯。

此外，反射和吸收与白天还是黑夜也有关。

白天，电离层可把中波几乎全部吸收掉，收音机只能收听当地的电台，而夜里却能收到远距离的电台。

视距计算公式
视距是指人眼或摄像机能够观测到的最远距离，是一个重要的物理概念。

在很多领域中，如建筑设计、交通规划、气象预测等，都需要对视距进行准确的计算。

视距计算公式是计算视距的数学公式，其计算结果可以用来确定视觉范围，并且对于安全和规划方面的决策至关重要。

视距计算公式通常涉及以下几个因素：
1. 人眼或摄像机的高度：人眼或摄像机的高度会直接影响到视距的范围。

2. 大气折射率：大气折射率与空气中的物理量有关，如温度、气压等，而这些因素会影响到光线的传播速度，从而影响视距的计算。

3. 目标高度：目标的高度会影响到视线的高度，从而影响到视距的计算。

基于以上这些因素，一般的视距计算公式可以表示为：
S = 3.57 √(h + 1.5H)
其中， S 表示视距（单位：千米），h 表示人眼或摄像机的高度（单位：米），H 表示目标的高度（单位：米）。

这个公式是基于一个假设：空气层的折射率是常数。

但实际情况下，空气层的折射率会随着高度和气温等因素的变化而变化，因此这个公式只是一个近似值。

此外，还有其他一些视距计算公式，如 Beranek 公式、Mills 公式等，它们的计算方法也略有不同，但都基于以上几个因素。

总之，视距计算公式可以帮助我们计算出视距的范围，并且对于建筑设计、交通规划等领域的决策起到了很大的作用。

但需要注意的是，由于实际情况的复杂性，这些公式只是近似值，计算结果可能会存在误差。

因此，在实际应用中，需要结合具体情况进行计算和判断。

超视距传播原理
超视距传播是一种指在通信系统中，信号传输的距离超过了人眼可视范围的现象。

它主要应用于无线电通信、雷达、卫星通信等领域，可以有效地扩展通信距离和提高通信质量。

超视距传播的原理主要涉及两个方面：空间波束传输和大气折射。

首先，空间波束传输是指通过发射器将无线电波束成一个窄束，使得波束在传输过程中的辐射能量集中在一个相对较小的角度范围内。

由于波束的方向性较强，可以减小信号在传输过程中的衰减和散射，从而实现远距离传播。

其次，大气折射是指由于大气密度的变化，导致电磁波传播过程中发生折射现象。

在地球的大气层中，空气密度会随着高度的变化而变化，导致电磁波传播路径的曲线。

当信号从地面向上传播时，由于大气折射的作用，信号可以被折射到地面之外的较远处，实现超视距传播。

此外，超视距传播还受到地形、大气状况、频率和信号功率等因素的影响。

地形因素会影响信号的传播路径和传播衰减，如山脉和建筑物可能会阻挡信号的传播。

大气状况因素指的是大气层中湿度、温度和压力等环境参数的变化，会导致信号速度和传播路径的变化。

频率和信号功率决定了信号在传播过程中的衰减和传输质量，因此需要根据实际情况选择合适的频率和适当增加信号功率。

总之，超视距传播的原理主要包括空间波束传输和大气折射。

通过合理设计和优化信号传输路径、选择合适的频率和信号功率，并考虑到各种环境因素的影响，可以有效地实现超视距传播，扩展通信距离和提高通信质量。

天线与电波传播天线部分：引言天线是一种用来发射或接收电磁波的器件，是任何无线电系统中的基本组成部分。

换句话说，发射天线将传输线中的导行电磁波转换为“自由空间”波，接收天线则与此相反。

于是信息可以在不同地点之间不通过任何连接设备传输，可用来传输信息的电磁波频率构成了电磁波谱。

人类最大的自然资源之一就是电磁波谱，而天线在利用这种资源的过程中发挥了重要的作用。

第一讲：传输线基础知识在通信系统中，传输线(馈线)是连接发射机与发射天线或接收机与接收天线的器件。

为了更好的了解天线的性能与参数，首先简单介绍有关传输线的基础知识。

传输线根据频率的使用范围区分有两种类型：1、低频传输线；2、微波传输线。

这里重点介绍微波传输线中无耗传输线的基础知识，主要包括反映传输线任一点特性的参量：反射系数Γ、阻抗Z 和驻波比ρ。

一、反射系数Γ这里定义传输线上任一点处的电压反射系数为()()''''''''2()()()00j z j z j zl U z z U z U z e Uzee βββ-+--+-Γ=====Γ (1)由上式可以看出，反射系数的模是无耗传输线系统的不变量，即 ()'l z Γ=Γ (2) 此外，反射系数呈周期性，即()()''/2g z m z λΓ+=Γ (3) 二、阻抗Z这里定义传输线上任一点处的阻抗为 ()()()'''U z Z z I z =(4)经过一系列的推导，得出阻抗的最终表达式()''00'0tan tan l l Z jZ z Z z Z Z jZ zββ+=+ (5) 三、驻波比ρ(VSWR)这里定义传输线上任一点处的驻波比为 ()()'max 'minU z U zρ=(6)经过一系列的推导，得出阻抗的最终表达式 11l lρ+Γ=-Γ (7)此外，这里还给出反射系数与阻抗的关系表达式()()()()()()''''''011z Z z Z z Z z Z z Z z Z +Γ=-Γ-Γ=+ (8)这里还简单介绍一下传输线理论所要用到的一些基本参数，例如特性阻抗0Z 以与相位常数β，具体表达式如下： 02,L Z LC C πβωλ===(9) 此外，不同的系统有不同的特性阻抗0Z ，为了统一和便于研究，常常提出归一化的概念，即阻抗()'0Z z Z 称为归一化阻抗()()''Z z Z z Z =(10)第二讲：基本振子的辐射一、电基本振子的辐射电基本振子(Electric short Dipole)又称电流元，无穷小振子或赫兹电偶极子， 它是指一段理想的高频电流直导线，其长度l 远小于波长λ，其半径a 远小于l ，同时振子沿线的电流I 处处等幅同相。

移动通信试题库第一章1.移动通信系统中，150MHz 的收发频率间隔为________， 450MHz 的收发频率间隔为________，900MHz 的收发频率间隔为________ 。

（5.7MHz, 10MHz, 45MHz ）2.移动通信按用户的通话状态和频率使用的方法可分为________ , ________ ，________三种工作方式。

（单工制，半双工制和双工制）3.(多选) 常用的多址技术有哪几种：_________( ABCD )A. 频分多址(FDMA)B.时分多址(TDMA)C.码分多址(CDMA)D.空分多址(SDMA)4. 移动通信主要使用VHF 和UHF 频段的主要原因有哪三点？答：1）VHF/UHF 频段较适合移动通信。

2）天线较短，便于携带和移动。

3）抗干扰能力强。

5.信道编码和信源编码的主要差别是什么？答：信道编码的基本目的是通过在无线链路的数据传输中引入冗余来改进信道的质量。

信道编码是为了对抗信道中的噪音和衰减，通过增加冗余，如校验码等，来提高抗干扰能力以及纠错能力。

相对地，信源编码的目标就是使信源减少冗余，更加有效、经济地传输，最常见的应用形式就是压缩。

第二章1.在实际应用中，用________，________，________三种技术来增大蜂窝系统容量。

(小区分裂，频段扩展，多信道复用)2. 什么是近端对远端的干扰？如何克服？答：当基站同时接收从两个距离不同的移动台发来的信号时，距基站近的移动台B （距离）到达基站的功率明显要大于距离基站远的移动台A(距离，<<)的到达功率，2d 1d 2d 1d 若二者功率相近，则距基站近的移动台B 就会造成对接收距离距基站远的移动台A 的有用信号的干扰或抑制，甚至将移动台A 的有用信号淹没。

这种现象称为近端对远端的干扰。

克服近端对远端的干扰的措施有两个：一是使两个移动台所用频道拉开必要的时间间隔；二是移动台端加自动(发射)功率控制(APC)，使所有工作的移动台到达基站功率基本一致。

第一章1.天线的定义：用来辐射和接收无线电波的装置2.天线的作用：3.天线基本辐射单元：电基本振子、磁基本振子、惠更斯元4.电基本振子又称电流元，其辐射场是球面波（等相位面的形状），辐射的是线极化波，传输的波的模式是横电磁波（TEM 波，沿传播方向电场、磁场分量为0）5.媒质波阻抗η自由空间（120ηπ=Ω）电基本振子E H θηϕ=磁基本振子E H ϕθη=-6.磁基本振子又称磁流元、磁偶极子7.电基本振子归一化方向函数(,)sin F θϕθ=理想电源归一化方向函数(,)1F θϕ=8.方向图：E 面H 面9.电基本振子E 面方向函数()sin E F θθ=，H 面()1H F ϕ=磁基本振子E 面方向函数()1E F θ=，H 面()sin H F ϕϕ=10.方向系数：在同一距离及相同辐射功率条件下，某天线在最大辐射方向上的辐射功率密度（场强的平方）和无方向性天线（点源）的辐射功率密度（场强的平方）之比11.电基本振子D=1.5半波振子D=1.6412.增益系数：在同一距离及相同输入功率条件下，某天线在最大辐射方向上的辐射功率密度（场强的平方）和无方向性天线（点源）的辐射功率密度（场强的平方）之比13.天线效率：物理意义（表述了天线能量转换的有效程度）14.A G Dη=15.天线极化可分为：线极化、圆极化、椭圆极化16.有效长度17.输入阻抗18.频带宽度19.有效接收面积是衡量接收天线接收无线电波能力的重要指标。

20.对称振子中间馈电，极化方式为线极化，辐射场为球面波。

计算输入阻抗采用“等值传输线法”，最终等效成具有一平均特性阻抗的有耗传输线。

对称振子天线振子越粗，平均特性阻抗越小。

21.末端效应：由于对称振子末端具有较大的端面电容，末端电流实际不为零。

22.采用天线阵是为了加强天线的定向辐射能力。

23.方向图乘积定理P2624.水平线天线镜像一定时负镜像；垂直对称线天线正镜像垂直驻波单导线半波正垂直驻波单导线全波负25.无限大理想导电反射面对天线电性能的影响主要有两个方面：对方向性的影响；对阻抗特性的影响26.沿导电平面方向，正镜像始终是最大辐射，负镜像始终是零辐射。

视距传播原理自由空间传播的菲涅尔区理论和实践都已证明，可以把电波传播所经历的空间区域分成重要的空间区域和剖析非重要的空间区域。

前者是指对传播到接收点的能量其主要作用的那部分空间，而后者则是指其余的空间区域，它对电波传播的影响不明显。

因此，只要前一种区域符合自由空间的条件，就可以认为电波是在自由空间内传播了。

而在工程上常常把第一菲涅尔区和最小菲涅尔区当作对电波传播起主要作用的空间区域，只要它们不被阻挡，就可获得近似自由空间传播的条件。

视距距离由于地球是球形，凸起的地表面会挡住视线。

实际上，直射波传播所能达到的距离应考虑到大气的不均匀性对电波传播轨迹的影响，求视距距离的公式应考虑到气象因子的影响，视距传播的基本传播模型按对传播到接收点的能量其主要作用的那部分空间即第一菲涅尔区是否被地形、地物遮挡来考虑地形对电波传播的影响。

（1）第一菲涅尔区完全没有被遮挡这时收发2点之间的距离d满足d<0.7d0，即处于亮区当中。

传播的衰减中值除了自由空间传播衰减外，主要考虑地面反射波的干涉衰减Ai。

（2）第一菲涅尔区被部分遮挡传播这时收发2点之间的距离d满足0.7d0<d<1.4d0，即处于半阴影区内。

这时直接传播的第一菲涅尔区被部分遮挡，可以很容易地想到地面的反射波的第一菲涅尔区被遮挡的情况肯定更严重，这时传播的衰减中值除了自由空间传播衰减外，主要考虑视距电路中的绕射衰减Ad。

（3）第一菲涅尔区被完全遮挡这种情况是因为天线架设高度不够高，或通信距离较远，接收点落到了阴影区里。

这时传播主要以绕射为主，具体计算很复杂，地形对其的影响还要根据具体的实际情况进行分析。

特点：若收、发天线离地面的高度远大于波长,电波直接从发信天线传到收信地点(有时有地面反射波).这种传播方式仅限于视线距离以内.目前广泛使用的超短波通信和卫星通信的电波传播均属这种传播方式. 超短波和微波的传播视距超短波特别是微波,频率很高,波长很短,它的地表面波衰减很快,因此不能依靠地表面波作较远距离的传播.超短波特别是微波,主要是由空间波来传播的.简单地说,空间波是在空间范围内沿直线方向传播的波.显然,由于地球的曲率使空间波传播存在一个极限直视距离 R max .在最远直视距离之内的区域,习惯上称为照明区；极限直视距离 R max 以外的区域,则称为阴影区.不言而语,利用超短波、微波进行通信时,接收点应落在发射天线极限直视距离 R max 内.受地球曲率半径的影响,极限直视距离 R max 和发射天线与接收天线的高度 H T 与 H R 间的关系为：R max ＝ 3.57{ √H T (m) +√H R (m) } (km) 考虑到大气层对电波的折射作用,极限直视距离应修正为R max ＝ 4.12 { √H T (m) +√H R (m) } (km)。