第4章-对流层电波传播

无线电传播的基本方式电波传播是研究由辐射源所辐射的无线电波通过自然条件下的媒质到达接收天线的传播特性和规律。

电波传播的基本方式有以下几种：一、表面波传播地面上的天线沿地面辐射的电波，沿地面向远处传播。

表面波传播又称为地表面波传播、地波传播，主要用于超长波，长波，中波和短波波段。

表面波其辐射电波只要是沿着地表传播，随着传播距离的增大，电波强度逐渐减弱。

由于水平极化的表面波衰减较大，因此表面波的主要极化形式是垂直极化。

地表的电参数与形状是影响地波传播的主要因素。

地波在向前传播的过程中有部分能量传入地下，随着传播距离的增大，电波将逐渐减弱，这里除了因扩散引起的自然衰减外，还有大地的吸收衰减，大地的吸收衰减跟大地的电参数和电波的波长有关。

地波传播过程中存在波前倾斜的现象，在接收垂直单极天线发射的地波时，为了有效地接收各场分量，应采用相适应的天线极化形式。

在地面上适宜用垂直极化天线，地下适宜采用埋地天线，水下适宜采用漂浮的水平极化天线。

大地的电导率越大，电磁波波长越长，地波传播的衰减就越小。

同时，因为大地是一种稳定的媒质，不受气候，地磁，太阳辐射等因素影响，所以地波传播是非常稳定的。

电磁波的频率越低，传播损耗越小，短波频段利用地波进行近距离通信的频率约为1.6MHz~5MHz。

地波的衰减随频率的升高而增大，所以即使用1000W的发射机，地波传播距离也仅为100KM左右，所以这种传播形式不宜用作无线电广播或者远距离通信。

此外，传播距离还和传播路径上的媒质的电参数密切相关，沿海面传播的距离远远超过沿陆地传播的距离。

二、视距传播发射天线和接收天线限于在互相“看得见”的视距内的直射线传播称为视距传播。

地面通信，卫星通信以及雷达都是这种传播形式。

视距传播又称为直线波传播，主要用于超短波和微波波段的电波传播。

视距传播主要指在超短波和微波波段，收发天线远离地面处于相互能“看得见”的距离内，电波直接从发射天线传播到接收处的一种传播形式。

第四章 微波传播第一节 自由空间的电波传播一、 电波与自由空间微波是一种电磁波，微波频率为300MHz~300GHz 。

根据微波传播的特点，可视为平面波。

平面波沿传播方向是没有电场和磁场纵向分量的，故称为横电磁波，记作TEM 波。

有时我们把这种电磁波简称为电波。

自由空间又称为理想介质空间，即相当于真空状态的理想空间。

在这个空间充满着均匀、理想的介质，它的导电率σ=0，介电常数9010361-⨯==πεεF/M （法/米），导磁系数μ=μ0=4π﹡10-7H/M （亨/米）。

二、 自由空间传播损耗电波在自由空间传播时不产生反射、折射、吸收和散射现象，也就是说，总能量并没有被损耗掉。

但是，电波在自由空间传播时，其能量会因向空间扩散而衰耗。

因为电波由天线辐射后，便向周围空间传播，到达接收地点的能量仅是一小部分。

距离越远，这一部分能量越小，如同一只灯泡所发出的光一样，均匀地向四面八方扩散出去。

显而易见，距离光源越远的地方，单位面积上接收到的能量也越少。

这种电波扩散衰耗就称为自由空间传播损耗。

假定发信设备位于球体中心，使用无方向性天线，以功率P t 向周围空间辐射电磁波，在半径为d 的球面上接收点B 的单位面积上的平均功率为204dP S t π= 由天线理论知道，一个各向均匀辐射的天线，其有效面积为：πλ4/2=e A这样，一个无方向性天线在B 点收到的功率为222)4(44d P d P P t t r πλπλπ=⋅= 还可写成 2)4(dfc P P t r π= (4-1) 传播损耗为：2)4(cdf P P L r t s π== (4-2)或 cdf dB L s π4lg 20)(= 当距离d 以km 为单位，频率f 以GHz 为单位时f d dB L s lg 20lg 204.92)(++= (4-3)当频率f 以MHz 为单位时f d dB L s lg 20lg 204.32)(++= (4-4)三、 自由空间传播条件下收信电平的计算微波通信中实际使用的天线为有方向性天线，设收发天线增益分别为G r （dB ），G t （dB ）；收发两端馈线系统损耗分别为L fr (dB)、L ft (dB)；收发两端分路系统损耗分别为L br (dB)、L bt (dB)。

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。

第2章电波传播无线电信息传输时，无线电波由发射天线辐射出去后，经过一定的传播路径才能到达接收点，被接收天线接收。

电波传播路径中会涉及各种各样的传播媒介，如地面、水面、对流层大气、电离层、星际空间等，电波的传播过程就是电波与媒介相互作用的物理过程。

电波在媒介中基本上是以光速传播的。

因此，无论是通信、广播、雷达、导航、遥测遥控等任何与无线电波有关的设备，其性能均与所使用的无线电频率及其电波传播方式密切相关。

电波在传播过程中，有两个方面需要进行研究。

一是电波传播的物理机制和传播模式，包括吸收、折射、反射、绕射、散射、多径和多普勒效应等物理过程，这些过程的形成由媒介特性和电波特性共同决定。

二是信号的传播特性。

无线电信号在传播过程中，可能遭受到衰减、衰落、极化偏移和时域、频域畸变等效应这些效应可能对信息传输的质量和可靠性产生影响。

研究电波传播特性，是理解是理解各种用频设备特性的基础。

本章先介绍大气层、电离层和几种电波传播方式，以及自由空间传播损耗概念及计算；然后分别详细介绍几种主要电波的传播特性以及场强计算理论和计算方法；最后以移动通信设计为例介绍电波传播模型的选择与应用方法。

2.1 地球大气2. 1 .1 大气层电磁波主要是在地球大气层中传播。

大气层又叫大气圈，其厚度在1000km以上，但没有明显的界限。

整个大气层随高度不同表现出不同的特点，分为对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层，大气层之外就是星际空间，如图2.1所示。

对流层位于大气层最底层，其下界与地面相接，上界高度随地理纬度和季节而变化。

在低纬度地区平均高度为17~18km,在中纬度地区平均为10~12km,极地平均为8~9km；夏季高于冬季由于地面吸收太阳辐射（红外、可见光及波长大于300nm的紫外波段）能量，转化为热能而向上传输，引起大气强烈的对流，因此称为对流层。

对流层空气的温度是下面高上面低，顶部气温约在-50℃。

对流层集中了全部大气质量的约3/4和90%以上的水汽，几乎所有的气象现象如雨、雪、雷、电、云、雾等都发生在对流层内。

对流层电波传播研究与展望摘要：一、引言二、对流层电波传播的概述1.对流层电波传播的定义2.对流层电波传播的特性三、对流层电波传播的研究进展1.电波在对流层中的传播特性2.对流层电波传播的预测模型3.对流层电波传播的应用四、对流层电波传播的展望1.技术发展的推动2.新型无线通信技术的需求3.对流层电波传播研究的挑战与机遇五、结论正文：一、引言随着无线通信技术的飞速发展，对流层电波传播的研究越来越受到人们的关注。

对流层电波传播是指电磁波在地球大气低层对流层中传播的过程，它直接影响着无线通信系统的性能和可靠性。

本文将对对流层电波传播进行概述，并探讨其研究进展及展望。

二、对流层电波传播的概述1.对流层电波传播的定义对流层电波传播是指电磁波在地球大气低层对流层中传播的过程。

对流层是地球大气的最低层，其高度在不同地区约为10 至12 公里。

对流层电波传播的研究主要关注电磁波在对流层中的传播特性以及其对无线通信系统的影响。

2.对流层电波传播的特性对流层电波传播具有以下特性：（1）对流层电波传播受到大气层低层电特性的制约，例如大气层中的电离层和电子浓度等；（2）对流层电波传播具有频散现象，即电磁波在不同频率下的传播速度和衰减速度不同；（3）对流层电波传播具有方向性，即电磁波在垂直和水平方向上的传播特性不同。

三、对流层电波传播的研究进展1.电波在对流层中的传播特性研究人员通过对流层电波传播的实测和模拟，研究了电波在对流层中的传播特性。

这些研究结果有助于我们了解电磁波在对流层中的传播规律，为无线通信系统的设计提供理论依据。

2.对流层电波传播的预测模型为了预测对流层电波传播的性能，研究人员提出了多种预测模型。

这些模型可以根据实时的大气层参数预测电磁波在对流层中的传播特性，为无线通信系统的实时调整提供参考。

3.对流层电波传播的应用对流层电波传播在无线通信领域有广泛的应用，例如：（1）无线电广播和通信，包括高频无线电通信、甚高频无线电通信和超高频无线电通信等；（2）卫星通信和导航系统，例如GPS 系统等；（3）空中交通管制系统等。

对流层大气对电波传播的影响随着现代通信技术的不断发展，对电波传播的研究也得到了极大的关注。

在大气传输中，对流层大气是影响电波传播的主要因素之一。

本文将探讨对流层大气对电波传播的影响以及之所以会产生这些影响的原因。

对流层大气是指地球表面到海平面以上18公里之间的大气区域，对电波的传输速度、路径以及能量等方面都有着巨大的影响。

首先，对流层大气可以影响电波的传输速度。

电波的传输速度是由介质的折射率决定的。

对流层大气中的空气密度和温度都是不均匀的，随着高度的增加而逐渐变化。

这种导致空气密度和温度变化的现象被称为垂直传播差异（Vertical Propagation Differences, VPD），VPD会使电波的速度随着高度而变化，从而在电波信号的接收端出现时延。

因此，对流层大气中的梯度的密度和温度应该是电波慢高度变化率的主要来源之一。

除了速度的延迟之外，对流层大气还会影响电波的路径。

在空气密度和温度不均匀的情况下，电波的路径会发生变化。

相似于折射率随着高度的变化，电波的路径会发生弯曲，使得电波偏离原始路径的程度会随着高度的不同而有所改变。

这样，接收到的电波信号会出现偏移。

另外，对流层大气还会影响电波的容量。

在光学中，散射是指光线遇到介质中的微小颗粒或不规则的表面而改变其方向的现象。

同样，对流层大气中的电离层和其他因素也会散射电波。

当电波被散射时，它会变得更加分散和模糊，这会导致接收到的信号强度下降。

对流层大气对电波传播的影响是由很多因素共同作用的结果。

主要的因素包括季节、时间、太阳活动、大气成分以及气候条件等。

例如，在某些时期，由于地球上的大气压力和密度变化，VDP的变化速度会更快，从而导致在这些时期中甚至几分钟内的电波传播路径也会发生变化。

此外，在太阳活动高峰期，电离层浓度增加，这会导致电波的散射增加，从而降低接收到的信号强度。

总之，对流层大气对电波传播有着极大影响。

这种影响是由很多因素所决定的，包括大气压力、温度、季节以及太阳活动等多种因素。