无线电波传播 第六讲 3 近地区域中性介质内的电波传播

《无线电波的发射、接收和传播》讲义一、无线电波的概述在我们生活的这个充满信息的世界里，无线电波扮演着至关重要的角色。

从手机通讯到广播电视，从卫星导航到无线局域网，无线电波无处不在。

那究竟什么是无线电波呢？无线电波是一种电磁波，其频率范围非常广泛，通常被划分为不同的频段。

它们能够在空间中传播，不需要任何有形的介质，这使得它们能够实现远距离的通信和信息传递。

二、无线电波的发射要实现无线电通信，首先要将信息加载到无线电波上并发射出去。

这就涉及到无线电波的发射过程。

无线电波的发射需要一个振荡器，它能够产生高频的交流电流。

这个交流电流通过天线时，会在天线周围产生变化的电磁场，从而向外辐射无线电波。

为了有效地发射无线电波，天线的长度和形状至关重要。

天线的长度通常与所发射无线电波的波长有关。

一般来说，天线的长度为无线电波波长的四分之一时，发射效果较好。

此外，发射的无线电波还需要进行调制。

调制就是把要传递的信息（比如声音、图像等）加载到无线电波上。

常见的调制方式有调幅和调频。

调幅是改变无线电波的振幅来表示信息，而调频则是改变无线电波的频率来表示信息。

在实际的发射系统中，还需要功率放大器来增强信号的强度，以确保信号能够传播到足够远的距离。

三、无线电波的传播无线电波在空间中的传播方式主要有地波传播、天波传播和空间波传播。

地波传播是指无线电波沿着地球表面传播。

这种传播方式适用于中波和长波，它们能够沿着地面绕过障碍物，传播距离较远，但信号容易受到地面吸收和干扰。

天波传播是无线电波被发射到高空的电离层后，被反射回地面的传播方式。

短波主要通过这种方式传播。

电离层的特性会随着时间和季节等因素发生变化，这可能导致信号的不稳定和衰落。

空间波传播则是指无线电波像光线一样直线传播。

这种传播方式适用于超短波和微波，常用于卫星通信、雷达等领域。

但由于是直线传播，其传播距离受到地球曲率的限制，需要通过中继站来延伸传播距离。

此外，无线电波在传播过程中还会受到衰减和干扰。

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.。

无线电波传播无线电波传播2011-08-11 07：24无线电波段划分及传播方式频率从几十Hz(甚至更低到3000GHz左右波长从几十Mm到0.1mm左右频谱范围内的电磁波，称为无线电波。

电波旅行不依靠电线，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。

发信天线或自然辐射源所辐射的无线电波，通过自然条件下的媒质到达收信天线的过程，就称为无线电波的传播。

无线电波的频谱，根据它们的特点可以划分为表所示钓几个波段。

根据频谱和需要，可以进行通信、广播、电视、导航和探测等，但不同波段电波的传播特性有很大差别。

光速÷频率=波长无线电波波段划分波段名称波长范围频段名称频率范围超长波长波中波短波1,000,000~10,000 10,000~1,000 1,000~100 100~~10 10~1 1~0.1 0.1~0.01 0.01~0.001甚低频低频中频高频甚高频特高频超高频极高频3~30KHz 30~300KHz 300~3,000KHz 3~30MHz 30~300MHz300~3,000MHz 3~30GHz 30~300GHz超短波米波分米波厘米波毫米波电波主要传播方式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。

无线电波的传播方式一、无线电波的传播方式无线电波以每秒三十万公里的速度离开发射天线后，是经过不同的传播路径到达接收点的。

人们根据这些各具特点的传播方式，把无线电波归纳为四种主要类型。

1）地波，这是沿地球表面传播的无线电波。

2）天波，也即电离层波。

地球大气层的高层存在着“电离层”。

无线电波进入电离层时其方向会发生改变，出现“折射”。

因为电离层折射效应的积累，电波的入射方向会连续改变，最终会“拐”回地面，电离层如同一面镜子会反射无线电波。

我们把这种经电离层反射而折回地面的无线电波称为“天波”。

3）空间波，由发射天线直接到达接收点的电波，被称为直射波。

有一部分电波是通过地面或其他障碍物反射到达接收点的，被称为反射波。

直射波和反射波合称为空间波。

4）散射波，当大气层或电离层出现不均匀团块时，无线电波有可能被这些不均匀媒质向四面八方反射，使一部分能量到达接收点，这就是散射波。

在业余无线电通信中，运用最多的是“天波”传播方式，这是短波远距离通信向必要条件。

空间波和散射波的运用多见于超高频通信，而地波传播“般只用于低波段和近距离通信。

二、电离层与天波传播1．电离层概况在业余无线电中，短波波段的远距离通信占据着极重要的位置。

短波段信号的传播主要依靠的是天波，所以我们必需对电离层有所了解。

地球表面被厚厚的大气层包围着。

大气层的底层部分是“对流层”，其高度在极区约为九公里，在赤道约为十六公里。

在这里，气温除局部外总是随高度上升而下降。

人们常见的电闪雷鸣、阴晴雨雪都发生在对流层，但这些气象现象一般只对直射波传播有影响。

在离地面约10到50公里的大气层是“同温层”。

它对电波传播基本上没有影响。

离地面约50到400公里高空的空气很少流动。

在太阳紫外线强烈照射下，气体分子中的电子挣脱了原子的束缚，形成了自由电子和离子，即电离层。

由于气体分子本身重量的不同以及受到紫外线不同强度的照射，电离层形成了四个具有不同电子密度和厚度的分层，每个分层的密度都是中间大两边小。

无线电波传播方式与各频段的利用无线电通信是利用电磁波在空间传送信息的通信方式。

电磁波由发射天线向外辐射出去，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。

无线电波共有以下七种传播方式（附图为无线电波传播方式示意图）。

（1）波导方式当电磁波频率为30kHz以下（波长为10km以上）时，大地犹如导体，而电离层的下层由于折射率为虚数，电磁波也不能进入，因此电磁波被限制在电离层的下层与地球表面之间的空间内传输，称为波导传波方式；（2）地波方式沿地球表面传播的无线电波称为地波（或地表波），这种传播方式比较稳定，受天气影响小；（3）天波方式射向天空经电离层折射后又折返回地面（还可经地面再反射回到天空）的无线电波称为天波，天波可以传播到几千公里之外的地面，也可以在地球表面和电离层之间多次反射，即可以实现多跳传播。

（4）空间波方式主要指直射波和反射波。

电波在空间按直线传播，称为直射波。

当电波传播过程中遇到两种不同介质的光滑界面时，还会像光一样发生镜面反射，称为反射波。

（5）绕射方式由于地球表面是个弯曲的球面，因此电波传播距离受到地球曲率的限制，但无线电波也能同光的绕射传播现象一样，形成视距以外的传播。

（6）对流层散射方式地球大气层中的对流层，因其物理特性的不规则性或不连续性，会对无线电波起到散射作用。

利用对流层散射作用进行无线电波的传播称为对流层散射方式。

（7）视距传播指点到点或地球到卫星之间的电波传播。

附表给出了从甚低频（VLF）至极高频（EHF）频段的电波传播方式、传播距离、可用带宽以及可能形成的干扰情况。

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靠程度，必须仔细地计算从接收天线到发射天线之间的传播损耗。

无线电波的传播在介绍无线电波传播方式之前先了解一下对无线电波传播有极大影响的电离层状况。

电离层是距地面50～300公里处的空气分子由于受到阳光、字宙射线等作用发生电离而形成的，这些电离层特殊是其中自由电子的密度,是影响无线电波传播的主要因素。

电离层的厚度和高度随昼夜及季节的不同而变化。

电磁波长不同，电离层对它的反射和汲取也不同。

一般而言，波长愈长愈简单产生反射，但电离层对其能量汲取也愈大，反之，波长愈短愈不简单产生反射，然而电离层对其能量汲取也愈小。

无线电波从天线辐射出来，传到接收点，主要有三种不同的传播方式：（1）地面波，见图Z1001 (a)，这种波利用地面的传导作用。

沿地面推动；（2）空间波,它包括由放射点直接到达接收点的直射波和经地面反射而到达接收点的反射波,见图Z1001（b）；（3）天波，靠电离层的反射作用，、使无线电波返回地面而到达接收点，如图Z1001（c）。

由于大地和空间对无线电波传播的影响，打算了各种不同波段的传播特性和应用范围。

一、长波及中波的传播长波及中波是指波长在100m 以上的无线电波。

其中波长在100m 至1000m 范围内为中波；波长在1000m以上的为长波。

长波和中波在电离层中均因受到剧烈地反射而折向地面，然而,由于电离层对其汲取太强，因此只有在晚上或冬天，电离层中自由电子密度较低时，才能收到这种空间波。

在白天，它们主要是依靠地面波传播的,强度随着地面距离的增大而减小，而且频率越高，对其强度的衰减越大，这就打算了长波、中波在白天传播距离是不会很远的.它主要用来作无线电广播、导航、通讯之用。

二、短波的传播前面已经指出，地面波在高频时衰减很快,在短波范围内不能到达远处。

因此，短波主要是依靠电离层传播的。

短波在传播时，既可以通过电离层的一次反射到达接收点，又可以经过电离层及地面的多次反射而到达接收点，而且电离层的高度又是变化着的，这就使接收点的信号状况相当简单。

有时信号强度会因电离层的高度转变而突然变得很小，这种现象称为"衰落现象"，它是短波传播的一个严峻缺点。

无线电波传播手册第一章无线电波传播原理1.1 无线电波的产生无线电波是一种由电磁场产生的电磁波，其产生过程基于电磁感应定律。

1.2 无线电波的特性无线电波具有波长、频率、速度等特性，其传播受到地形、天气、电离层等因素的影响。

1.3 无线电波的传播方式无线电波的传播方式主要有直线传播、地面传播、天波传播、散射传播等。

第二章空中传播2.1 直射传播直射传播是指无线电波直接从发射天线到达接收天线的传播方式，适用于开放空旷地区。

2.2 折射传播折射传播是指无线电波在穿过不同介质界面时，由于光速的改变而发生弯曲的传播方式。

2.3 绕射传播绕射传播是指无线电波在遇到屏障或障碍物时，在其周围或边缘绕过的传播方式。

2.4 天波传播天波传播是指无线电波在特定频段通过电离层反射和折射后传播到地面的方式。

第三章地面传播3.1 地波传播地波传播是指无线电波在地面与天线之间的接触面上沿地球曲率传播的方式。

3.2 多径传播多径传播是指无线电波由于地面反射、散射等产生多条传播路径，到达接收天线的方式。

3.3 衍射传播衍射传播是指无线电波在遇到障碍物边缘时弯曲传播的方式，适用于山谷、城市建筑密集区等地形。

第四章天波传播4.1 电离层基本概念电离层是指地球大气中电离分子和自由电子较为密集的区域，对无线电波的传播有重要影响。

4.2 太阳活动与天波传播太阳活动引起的电离层变化会对天波传播产生显著影响，太阳黑子数量与无线电通信质量存在关联。

4.3 天波传播相关参数天波传播的状况可通过参数如电离层频率、MUF（最高可用频率）等进行描述和预测。

第五章散射传播5.1 散射现象及机制散射传播是指无线电波在穿越大气中的气体、雾霾、云层等微粒时发生分散传播的现象。

5.2 散射传播的影响因素散射传播的影响因素主要包括频率、信号强度、物体粒径和散射角度等。

5.3 散射传播在通信中的应用散射传播在通信中常用于障碍物背后的信号传输、城市建筑物信号强化等。