下载文档原格式
无线电波的传播特性无线电波的传播特性传播特性（一）移动通信的一个重要基础是无线电波的传播，无线电波通过多种方式从发射天线传播到接收天线，我们按照无线电波的波长人为地把电波分为长波（波长1000米以上），中波（波长100-1000米），短波（波长10-100米），超短波和微波（波长为10米以下）等等.为了更好地说明移动通信的问题，我们先介绍一下电波的各种传播方式：1．表面波传播表面波传播是指电波沿着地球表面传播情况.这时电波是紧靠着地面传播的，地面的性质，地貌，地物等的情况都会影响着电波的传播.当电波紧靠着实际地面--起伏不平的地面传播时，由于地表面是半导体，因此一方面使电波发生变化和引起电波的吸收.另一方面由于地球表面是球型，使沿它传播的电波发生绕射.从物理课程中我们已经知道，只有当波长与障碍物高度可以比较的时候，才能有绕射功能.由此可知，在实际情况中只有长波，中波以及短波的部分波段能绕过地球表面的大部分障碍到达较远的地方.在短波的部分波段和超短波，微波波段，由于障碍高度比波长大，因而电波在地面上不绕射，而是按直线传播.2．天波传播短波能传至地球上较远的地方，这种现象并不能用绕射或其他的现象做解释.直到1925年，利用在地面上垂直向上发射一个脉冲，并收到其反射回波，才直接证明了高层大气中存在电离层.籍此电离层的反射作用，电波在地面与电离层之间来回反射传播至较远的地方.我们把经过电离层反射到地面的电波叫天波.电离层是指分布在地球周围的大气层中，60km以上的电离区域.在这个区域中，存在有大量的自由电子与正离子，还可能有大量的负离子，以及未被电离的中性离子.发现电离层后，尤其近三四十年来，随着火箭与卫星技术的发展，利用这些工具对电离层进行了深入的试验和研究.当前电离层的研究已经成为空间物理的一个重要的组成部分，其研究的空间范围和频段也日益宽广.在电离层中，当被调制的无线电波信号在电离层内传播时，组成信号的不同频率成分有着不同的传播速度.所以波形会发生失真.这就是电离层的色散性.同时，由于自由电子受电波电场作用而发生运动，所以当电波经过电离层，其能量会被吸收一部分.而且，从电离层吸收电波的规律看，若使用电波的工作频率太低，则电离层对电波的吸收作用很强.所以天波传播中有一个最低可用频率，低于这个频率，就会因为电离层对电波的吸收作用太大而无法工作.传播特性（二）1．空间波传播当发射以及接收天线架设得较高的时候，在视线范围内，电磁波直接从发射天线传播到接收天线，另外还可以经地面反射而到达接收天线.所以接收天线处的场强是直接波和反射波的合成场强，直接波不受地面影响，地面反射波要经过地面的反射，因此要受到反射点地质地形的影响.空间波在大气的底层传播，传播的距离受到地球曲率的影响.收，发天线之间的最大距离被限制在视线范围内，要扩大通信距离，就必须增加天线高度.一般地说，视线距离可以达到50km左右.空间波除了受地面的影响以外，还受到低空大气层即对流层的影响.移动通信中，电波主要以空间波的形式传播.类似的还有微波传播.2．散射传播大气对流层中，除了有规则的片状或层状气流外，还存在有不规则的，这类似于水流中漩涡的不均匀体.相应的，在电离层中则有电子密度的不均匀性.当天线辐射出去的电波，投射到这些不均匀体的时候，类似于光的散射和反射现象，电波发生散射或反射，一部分能量传播到接收点的这种传播称为散射传播.这种通信方式通信距离可达300－800km,适用于无法建立微波中继站的地区，例如用于海岛之间和跨越湖泊，沙漠，雪山等地区.但是，由于散射信号相当微弱，所以散射传播接收点的接收信号也相当微弱，即传播损耗很大，这样，散射通信必须采用大功率发射机，高灵敏度接收机和高增益天线.3．外层空间传播电磁波由地面发出（或返回），经低空大气层和电离层而到达外层空间的传播，如卫星传播，宇宙探测等均属于这种远距离传播.由于电磁波传播的距离很远，且主要是在大气以外的宇宙空间内进行，而宇宙空间近似于真空状态，因而电波在其中传播时，它的传输特性比较稳定.我们可以把电波穿过电离层外面的空间传播，基本上当作自由空间中的传播来研究.至于电波在大气层中传播所受到的影响，可以在考虑这一简单的情况基础上加以修正. 传播特性（三）前面我们对电磁波的各种传播方式做了介绍，在这里，我们简单地介绍一下各个波段的传播特点，我们按照无线电波的波长人为地把电波分为长波（波长1000米以上），中波（波长100-1000米），短波（波长10-100米），超短波和微波（波长为10米以下）等等.各个波段的传播特点如下：1．长波传播的特点由于长波的波长很长，地面的凹凸与其他参数的变化对长波传播的影响可以忽略.在通信距离小于300km时，到达接收点的电波，基本上是表面波.长波穿入电离层的深度很浅，受电离层变化的影响很小，电离层对长波的吸收也不大.因而长波的传播比较稳定.虽然长波通信在接收点的场强相当稳定，但是它有两个重要的缺点：①由于表面波衰减慢，发射台发出的表面波对其他接受台干扰很强烈.②天电干扰对长波的接收影响严重，特别是雷雨较多的夏季.2．中波传播的特点中波能以表面波或天波的形式传播，这一点和长波一样.但长波穿入电离层极浅，在电离层的下界面即能反射.中波较长波频率高，故需要在比较深入的电离层处才能发生反射.波长在3000－2000米的无线电通信，用无线或表面波传播，接收场强都很稳定，可用以完成可靠的通信，如船舶通信与导航等.波长在2000－200m的中短波主要用于广播，故此波段又称广播波段.3．短波传播的特点与长，中波一样，短波可以靠表面波和天波传播.由于短波频率较高，地面吸收较强，用表面波传播时，衰减很快，在一般情况下，短波的表面波传播的距离只有几十公里，不适合作远距离通信和广播之用.与表面波相反，频率增高，天波在电离层中的损耗却减小.因此可利用电离层对天波的一次或多次反射，进行远距离无线电通信.4．超短波和微波传播的特点超短波，微波的频率很高，表面波衰减很大；电波穿入电离层很深，甚至不能反射回来，所以超短波，微波一般不用表面波，天波的传播方式，而只能用空间波，散射波和穿透外层空间的传播方式.超短波，微波，由于他们的频带很宽，因此应用很广.超短波广泛应用于电视，调频广播，雷达等方面.利用微波通信时，可同时传送几千路电话或几套电视节目而互不干扰.超短波和微波在传播特点上有一些差别，但基本上是相同的，主要是在低空大气层做视距传播.因此，为了增大通信距离，一般把天线架高.。
无线电波的传播特性分析随着社会的发展和科技的改善，人们越来越依赖于无线电通讯系统。
无线电通讯试验表明，无线电波在移动通信、卫星通信、广播电视、雷达、导航、天文学、医学设备、物理实验等领域都有着重要的应用。
因此无线电波的传播特性研究是通信领域的重要课题。
本文将对无线电波的传播特性进行分析。
一、无线电波的概念及特点无线电波是指具有从发射端到接收端传输信息的电磁波。
其特点是不需要空气、水、电线或其他物质介质的支持，具有穿透力强、速度快、方向性好等特点。
无线电波的振幅、频率和波长是测量其特性的重要参数。
二、无线电波的传播方式通常无线电波的传播方式可以分为地波传播和空气波传播两种方式。
1.地波传播地波传播是指在接收机基准面附近的地面或水面上以及建筑物等障碍物中反射、散射和直射而形成的波。
无线电波在地面或水面上远距离传输时，会遇到地球曲率、地形以及自然和人为障碍物的影响。
因此，地波传播适用于距离较短、发射功率较小的低频率无线电信号。
2.空气波传播空气波传播是指无线电波以大气为传导介质，经过电离层反射折射等多次反射模式，形成传播现象。
空气波传播分为天距通信和地距通信两种。
地距通信主要指空气波与障碍物的地面相互作用，而天距通信则是指空气波穿透电离层达到对地通信。
三、无线电波的频率对传输距离的影响无线电波的频率对于通信质量和可靠性具有很大的影响。
从传播距离和功率来看，如果无线电波的频率越高，那么穿透障碍物的能力就越弱，信号的传输距离就越短且对障碍物更敏感；如果无线电波的频率越低，传输的距离则越远，而穿透障碍物的能力也越强。
因此，不同频率的无线电波适用于不同的场合，需要根据实际情况来选择信号的频率。
四、无线电波的衰减和传播损耗无线电波在传输过程中会受到一系列的影响，如传输途经的障碍物、电离层、大气层摩擦阻力等。
由于这些变量的存在，无线电波会产生衰减和传播损耗。
当信号从透明的媒介中穿过非均匀材料时，无论是反射、吸收、散射还是折射，都会使信号发生衰减和传播损耗，影响信号的传输质量和可靠性。
无线电波的传播特性电波在不同的地形地貌和移动速度的环境下传播，表现为直射波、反射波、绕射波、折射波、散射波等传播方式。
首先在无阻挡物的自由空间中:电波以直射波形式传播，即视距传播LOS （line-of-sight) ，比如卫星通信。
在地面无线通信中，由于发射机与接收机之间通常不存在直接的视距路径，因此地面无线通信主要依靠的是反射、绕射和散射。
当电磁波遇到比波长大得多的物体时，会发生反射；当接收机和发射机之间的无线路径被尖锐的边缘阻挡时，会发生绕射；当波穿行的介质中存在小于波长的物体并且单位体积内阻挡体的个数非常巨大时，会发生散射。
一、反射反射发生在地面以及建筑物的表面，当电磁波遇到比其波长大得多的物体时就会发生反射。
通常，在考虑地面对电波的反射时，按平面波处理，即电波在反射点的反射角等于入射角。
电磁波的反射发生在不同物体界面上，这些界面可能规则也可能不规则，可能平滑也可能粗糙。
为了简化，我们考虑反射表面都是平滑的，也称为理想介质表面。
电磁波通过理想介质表面后反射，电磁波的能量会全波反射回来。
二、绕射绕射也指衍射。
绕射是指波遇到障碍物时偏离原来直线传播的物理现象。
当信号遇到大于波长的不可穿透物的边缘，如无线电波中途遇到的尖锐不规则的边缘物时，即使没有来自发送器的视线信号，也可接收到信号。
下图表示了无线电波的绕射现象。
三、散射在实际的无线环境中，接收的信号通常比单独绕射和反射模型预测的要强一些。
这是因为当电磁波在传播中遇到粗糙表面时，反射能量由于散射而散布于所有方向，像灯柱、树叶等这样的物体都会在所有方向上散射能量，这就给接收机提供了额外的能量。
四、传播路径在一个典型的蜂窝移动通信环境中，移动台总是比基站天线矮很多，接收机与发射机之间的直达路径被建筑物或其他物体所阻碍。
所以，在蜂窝基站与移动台之间的通信不是通过直达路径，而是通过许多其他路径完成的。
在无线通信频段中，从发射机到接收机电磁波的主要传播模式有反射、绕射和散射。
无线电波的传播特性无线电波是一种无形的电磁波，它在空间中不断地传播，具有一定的传播特性。
了解无线电波的传播特性，可以帮助我们更好地设计和使用无线电系统，提高无线电通信的质量和效率。
无线电波的传播方式无线电波的传播方式主要有三种：直线传播、地面波传播和天波传播。
直线传播是指无线电波在空间中直线传播，它只在传输距离较短、没有遮挡物的情况下才能应用。
地面波传播是指无线电波在地球表面沿地面传播，适用于传输距离较长、有遮挡物的情况。
天波传播是指无线电波在地球大气层内反射和散射，使其可以超越地球表面曲率传播，适用于较长距离和遮挡较多的情况。
无线电波在传播时会受到许多因素的影响，如频率、传播距离、天气、地形和人造遮挡物等，这些因素都会影响无线电波的传播特性。
首先，频率是影响无线电波传播的主要因素之一。
不同频率的无线电波在传播时会有不同的特性，比如低频波能够穿透建筑物，而高频波则不行。
其次，传播距离也是影响无线电波传播的因素之一。
当传播距离增加时，无线电波的信号强度会逐渐减弱，最终无法被接收到。
第三，天气也会影响无线电波的传播。
比如，雨、雪、霾等恶劣天气会使无线电波传播受阻，从而影响无线电通信的质量和效率。
第四，地形也会对无线电波的传播产生影响。
比如，在山区、丘陵和峡谷等地形复杂的地区，无线电波会遭遇反射、散射、衍射等现象，从而导致信号的衰减和失真。
最后，人造遮挡物也会对无线电波传播产生影响。
比如，高层建筑、电线杆、天线塔等都会使无线电波的传播受到阻碍，从而影响无线电通信的效果。
无线电波的应用无线电波的应用非常广泛，不仅是无线电通信的重要手段，还被广泛应用于雷达、遥感、导航、远程控制等领域。
例如，雷达利用无线电波向周围发射脉冲，利用回波来确定目标的位置和性质，广泛应用于军事、民用、气象等领域。
卫星导航系统也是利用无线电波，通过卫星向地面发射信号，以确定接收机的位置和速度。
总之，无线电波虽然看似无形无声，却具有重要的传播特性，对人们的生活和工作产生着深远的影响。
无线电波的传播特性 Document number：PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998无线电波的传播特性无线电通信就是不用导线，而利用电磁波振荡在空中传递信号，天线就是波源。
电磁波中的电磁场随着时间而变化，从而把辐射的能量传播至远方。
在莫尔斯和贝尔先后发明了有线电报和电话之后，很多科学家对电磁现象大量研究。
直到1831年，在英国，法拉弟首先发现了电磁感应现象，并且预言：电与磁的传播是和光一样的一种波。
英国科学家麦克斯韦从1850年就开始对法拉弟提出的课题展开研究。
他总结了前人的研究成果，用数学方法对法拉弟的电磁场思想做了严格的论证，并在1864年做出“电与磁的交替转化过程，是一种波的传播形式，是一种光波”的论断，他称这种波为电磁波。
在麦克斯韦首先提出电磁理论后，又过了24年，才由德国伟大的物理学家赫兹通过实验证实了麦氏理论的正确。
赫兹设计了一个能够接收电火花的装置，结构极简单。
把一根导线弯成圆形，使两端之间仅留一微小的间隙，称它为“共振子”。
“共振子”为什么也有火花发生呢赫兹认为，这一定是电振荡以电磁波形式通过空间传播过去的。
赫兹于1888年公布了自己的实验结果，证实了电磁波的存在。
赫兹的实验成果震惊了世界，许多科学家继续开展对电磁波的研究。
1890年，法国物理学家布朗利发现，将金属粉末即紧缩成块，但是它的电阻减小了，使电流容易通过。
这种装有金属粉未的玻璃管被称为“布朗利管”，又称“粉末检波器”，它接收电磁波的灵敏度比赫兹的“共振子”要高得多。
1894年，20岁的意大利青年马可尼从杂志上读到悼念赫兹的文章和他生前的感人事迹，受到极大启发：“如果利用赫兹发现的电磁波，不需要导线也可以实现远距离通信了”。
马可尼为自己的大胆设想所激动下宏愿，决心开拓无线电通信事业，把赫兹的研究成果付诸实际应用。
在家人的支持下，马可尼就在自己家中进行实验，他用赫兹的火花放电器作发射机，用布朗利的金属粉未检波器作接收机经过一个多月的努力，终于完成了电磁波的发送和接收实验，并在实验中发现，利用天线可使发射距离增加。
经过反复试验、改进，在1895年，马可尼成功地进行了约3公里的无线电通信。
几乎与马可尼同时，俄罗斯军官波波夫也研制成功了一台无线电收发报机。
然而，马可尼向意大利政府提出的专利申请却未被获准。
1896年，马可尼回到他母亲的故乡英国。
他在英国不仅得到了无线电通信发明专利，而且受到学术界的高度重视。
1897年，在伦敦设立了马可尼无线电报公司。
后来，马可尼利用大型发射天线杆成功地进行了飞越多佛尔海峡的无线电通信实验，建立起英、法两国的无线电联络。
1901年12月12日，马可尼又完成了自英国到加拿大，横越大西洋的无线电通信实验，并取得圆满成功。
据说，当时马可尼的实验采用的是用风筝悬挂天线的方式。
由于马可尼发明了无线电报装置，实现了人类史上第一次远距离无线电通信，为此，他在1909年荣获诺贝尔物理学奖，与波波夫同被人们誉为“无线电之父”。
无线点播的传播途径分为五类：（1）地波传播：地波传播是指电磁波沿地球表面饶射传播。
当天线很低时，电磁波距地面很近，又加之天线很长，很容易被地面吸收导致迅速衰减。
这种衰减与地面的性质（导电系数的大小）、电磁波的极化方式和频率有关。
因此长波一般用于地波传播。
这个波段，我国一般用于电力线载波，在前苏联用于广播。
最近，我国在部分山区用于近距离广播。
它的频率一般规定为30KHz--400KHz,这个频率称为长波。
中波的频率是500--1 600KHz，也是地波传播，我国用于调幅广播。
（2）电离层传播：由于太阳和各种宇宙射线的辐射，引起空气分子的电离，而形成了电离层。
电离层分三层。
D层（距地面高度60--80Km）、E层（100--120Km）、F1层（200K m）、F2层（200-900Km），中波和短波都能借助电离层的反射传播到较远的距离，最常用用于短波通信。
短波频率为（）。
百年前，三声短促而且微弱的讯号，向世界宣布了无线电的诞生。
一九○一年，扎营守候在讯号山(Signal Hill 位于加拿大东南角)的意大利科学家马可尼，终于接收到了从英格兰发出的跨过大西洋的无线电讯号，这个实验向世人证明了无线电再也不是仅限于实验室的新奇东西，而是一种实用的通讯媒介。
此后短波用作全球性的国际通讯媒介便开始发达起来了。
虽然马可尼的试验结果令人相当振奋，可是当时一般人认为无线电传播方式类似光波，发射之后，绝对沿直线方向进行传播，从英国到加拿大，再怎么说也无法完成直线的无线电通讯(因为地球表面是弧形的）。
当时的科学理论更证明，从英国发射后的无线电波一定直驱太空，怎么可能抵达加拿大可是从马可尼用简陋的无线电设备征服长距离通讯的试验记录来看，白天，讯号可以远达七○○英哩，晚间更远达二○○○英哩以上，这些试验数据，使得以往的理论所推断出来的必然结果，开始发生动摇了。
与此同时，及不约而同地分别提出了同样的看法：就是在地球大气层中有电子层的存在，它可以像镜子般，把无线电折射回地球，而不致于沿着直线方向直奔太空，由于这种折射回返的讯号，使得远方的电台可以互相通讯，这种对无线电波有如镜子般作用的电子层称做KENNELLY HEAVISIDE层，但现在一般称之为电离层（lonosphre），而短波远距离广播和通讯之所以如此发达就是受了电离层之益。
从一九二五年开始，许多科学家便开始进行电离层的研究工作，由向电离层发射无线电脉冲讯号，然后从电离层反射的回波（Echo）中，可以了解到电离层的自然现象，所得到的结果就是：地球上空的电离层就像是一把大伞覆盖着地球，而且随着白天或夜晚或季节的变化而变动，同时发现某些频率可以直接穿过电离层，而有些频率则以不同角度折返回地球表面，虽然对电离层已经有了某种程度的了解，而且短波的国际通讯也有了很大的发展，这六十多年来，科学家从不放过任何继续研究电离层的机会，甚至火箭发射、人造卫星试验及最近的太空穿梭机飞行，都要做有某些实验，以期能更进一步了解电离层的变化规律，最近借助超高速计算机，建立了各种假设的电离层分析模型，科学家希望能够像天气预告那样，可以预测未来几天的电离层状况。
短波通信曾为弃为无用的频段多年，在1923年美国和法国的业余电台仅使用了几瓦的功率，利用100m波长实现了横越大西洋的通信，业余无线电爱好者的这一发现，为短波广播通信奠定了基础。
（3）空间传播：也就是直发射天线和接收天线必须在视距范围内，这时电波由直射波和地面反射波组成相干传播，因此接收点的场强为二者之和。
这种传播方式用于超短波和微波通信。
频率在30MHz以上的调频广播和电视信号发射都是空间波传播。
超短波通信从理论上讲，只能在视距范围内进行。
其计算公式为，r0为视距，h1为发射天线的高度，h2为接收天线的高度。
但在某些特殊情况下，通过一系列的绕射、折射、散射或反射，其传播距离大大超过视距。
（4）对流层的传播：从地面上升到离开地面大约10K m的范围称为对流层。
由于对流层中大气温度、压力和湿度的变化，使大气介电系数随高度而改变。
当电波通过这些不均匀的大气层时，就会产生反射、折射、和散射。
只有超短波才能利用对流层进行远距离传播。
（5）外球层传播：离开地面900--1200Km的高度称为外球层。
在100MHz以上的频率可以利用外球层进行宇宙通信。
卫星通信、卫星电视就是这种传播方式。
序号频段名称频段范围传播方式传播距离可用带宽干扰量利用 4 甚低频（VLF） 3-30kHz 波导数千公里极有限宽扩展世界范围长距离无线电导航 5 低频（LF） 30-300kHz 地波天波数千公里很有限宽扩展长距离无线电民航战略通信 6 中频（MF） 300-3000kHz 地波天波几千公里适中宽扩展中等距离点到点广播和水上移动 7 高频（HF） 3-30MHz 天波几千公里宽有限的长和短距离点到点全球广播，移动 8 甚高频（VHF） 30-300MHz 空间波对流层散射绕射几百公里以内很宽有限的短和中距离点到点移动，LAN声音和视频广播个人通信 9 特高频（UHF） 300-3000MHz 空间波对流层散射绕射祝距 100公里以内很宽有限的短和中距离点到点移动，LAN声音和视频广播个人通信卫星通信 10 超高频（SHF） 3-30GHz 视距 30公里左右很宽通常是有限的短和中距离点到点移动L AN声音和视频广播移动/个人通信卫星通信 11 极高频（EHF） 30-3000GHz 视距 20公里很宽通常是有限的短和中距离点到点移动，LAN个人通信卫星通信国际短波广播米波段表波段频率范围波段频率范围 (米/公尺) （兆赫/MHz) (米/公尺) (兆赫/MHz) 120 M 25M 90M 21M 75M 19M 60M 16M 49M 13M 41M 11M 31M . .在确定无线电系统实际通信距离、覆盖范围和无线电干扰影响范围时，无线电传播损耗是一个关键参数。
无线电通信系统若不进行科学的频率指配和严格的系统设计与场强预测，会使系统之间产生严重干扰而不能正常工作。
为了保证无线电通信用户的通信质量，确保无线电波发射的业务覆盖服务区和电波传播的可*程度，必须仔细地计算从接收天线到发射天线之间的传播损耗。
理论上讲，在自由空间无线电波的传播损耗大小与传播距离的平方及使用频率的平方成正比关系，但是在确定无线电系统实际通信距离、覆盖范围和无线电干扰影响范围时，同时还要考虑在传播路径上存在着各种各样的影响，如高空电离层影响，高山、湖泊、海洋、地面建筑、植被以及地球曲面的影响等，因而电波具有反射、绕射、散射和波导传播等传播方式。
在研究电波传播特性时，通常以数学表达式来描述这些传播损耗特性，即所谓的数学模型。
无线电波传播模型通常是很复杂的，必须对不同的频段使用不同的电波传播模型，以预测电台覆盖和传播场强。
下面简要地叙述几种传播方式（详细数学公式略）。
VLF(f< 30kHz)频率低于30kHz的电波，传播损耗近似等于自由空间传播损耗，即相当于电波在理想的、均匀的、各向同性的介质中传播，不发生反射、折射、绕射和吸收现象，只存在因电磁能量扩散引起的传播损耗。
在此频段内，电波在电离层与地球之间可以以波导方式沿地球表面进行传播。
LF(30kHz< f< 300kHz) 在这个频段内，有两种重要的传播方式：地波方式及电离层天波方式。
天波信号幅度具有明显的昼夜变化，这是由于电离层吸收和变化的缘故。
MF(300kHz< f< 3MHz)在该频段内，传播方式也是地波和天波。
当评价地波时，还需要知道大地的电气特性，特别是大地电导率的数据。
对150kHz到频率频段，采用天波传播的预测方法。
