电波传播理论

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。

电波的传输原理电波是一种无线电波，是由电磁感应产生的。

电波的形成和传输是基于电场和磁场的规律。

电场是由带电物体产生的一种力场，它可用电场强度来描述。

当带电物体发生振动或受到变化电场时，电场强度也会随之变化。

这种变化在空间中扩散形成电磁波，也就是电波。

电波的产生是由带电物体的振动或变化电场引起的，有规律的电流变化会形成有规律的电场变化。

磁场是由带电物体运动时所产生的力场，它可用磁感应强度来描述。

当电场有变化时，磁场也会有变化。

根据法拉第电磁感应定律，变化的磁场会产生电场，进而产生电流。

这种由电场和磁场相互作用产生的变化称为“电磁感应”。

电磁感应现象是电波产生的基础，它使电波传播过程中的信息得以传递。

当变化电场和磁场相互作用时，就能产生电波。

电波的传播速度等于电磁场强度的传播速度，也就是光速。

电波的传播可以通过波动理论来解释。

根据波动理论，电波是以波动的形式传播的，它具有波长、频率和振幅等特征。

振幅决定了电波的强弱，频率决定了电波的音调或颜色。

比如，低频电波用于长波广播，高频电波用于卫星通信。

电波在传播过程中会受到干扰和衰减。

干扰是由其他电波或物质对电波传播的影响，如果多个电波频率不同，可以通过调谐来解决干扰问题。

衰减是电波在传输过程中逐渐减弱的现象，它会导致电波信号的质量下降。

电波的衰减与距离、信号频率、传播环境等因素有关。

电波的传输有多种方式，其中最常见的是通过天线传输。

天线是一种特殊的装置，它能够将电波转换成电信号，或将电信号转换成电波。

在发送端，电信号经过调制后被转换成电波，然后通过天线发射出去。

在接收端，天线接收到电波后将其转换成电信号，经过解调后得到原始信息。

总之，电波的传输原理是基于电场和磁场相互作用的电磁感应现象。

电波以波动的形式传播，其中的信息通过电场和磁场变化来传递。

电波的传输方式多样，其中最常见的是通过天线进行传输。

电波的产生和传输是现代通信技术中不可或缺的基础。

图4.4，图4.5，图4.6（第四章思考题2）答：五种典型的大气折射：（其中ρ为射线的曲率半径，ａ为地球的曲率半径）在真实地球中，有：如图4.4负折射——射线曲率半径，射线为曲线，下凹；这对应于，即折射率随高度而增大。

无折射——射线曲率半径，射线为直线；这种折射对应于，即折射率是个常数。

也就是说，在均匀大气中，没有折射，射线自然是条直线。

标准折射——射线曲率半径，射线为曲线，上凸；这对应于，折射率随高度而降低。

临界折射——射线曲率半径，射线为曲线，与地面平行；这对应于，折射率随高度降低。

超折射——射线曲率半径，射线为曲线，上凸；这对应于，即折射率随高度而降低。

对于等效球面地球及等效平面地球，情况如图4.5、4.6，分析类似图4.4，但要注意它们的区别，在图4.4中，负折射时射线最靠近地面，超折射时离得最远；在图4.5中，具有阴影的2号等效地球表面是真实地球平面，T’和R’是T和R在真实地面上的投影，而等效地球的球面可由通过T’和R’的一系列圆弧来表示，其圆心在T’和R’的中垂线上，半径可根据相应的公式计算得到，此时负折射时射线最靠近地面，超折射时离得最远；在图4.6中，地面时固定的平面，在这种情况下，负折射时射线最靠近地面，超折射时离得最远。

不同大气状态下射线与等效地面的关系,如图：图5.3（反射面的费涅尔区P54）答：在使用镜像法处理地面对波传播的影响时，发射源的镜像可取代地面的作用。

此时，在发射源和接收点之间以及发射源的镜像与接收点之间的主要空间通道都必须满足费涅尔区（椭球）的要求。

地面反射的费涅尔区——以发射源的镜像和接收点为焦点的费涅尔椭球与地面反射的等效平面相交在地面上截取的部分地面（椭圆面）。

T为发射点，离地面反射等效平面的高度为，其镜像为T’，R是接收点，离等效平面高度，T，T’和R均在YZ平面上。

地面反射的等效平面与XY面重合，P为反射点。

图中椭圆以T’和R为焦点的第n阶菲涅尔椭球被等效平面所截取的n阶菲涅尔区的边界，中心在C点，椭圆的长轴在Y轴上，短轴通过椭圆中心平行于X轴。

绪论1、无线电波的频率范围划分频率从几赫兹到3000GHz范围内的电磁波通称为无线电波。

无线电波传播是指无线电波在地球（含地下、水下和地球表面）、大气层（含对流层、微波波段主要应用在哪些领域：定点、移动通信；导航；雷达；卫星通信；中继通信。

2、简述电磁波传播的方式分类按载体媒质可分为地面传播、对流层传播、电离层传播和外大气层传播。

按传播机理可分为地面绕射波(地波)、反射与散射波(天波)和直射波(空间波)。

(1)地波：无线电波沿着地球表面的传播称为地波传播。

(2)对流层传播：1)对流层内视距传播当收发天线高架时，电波直接从发射天线传播到接收点称为实据传播。

2)对流层散射传播利用对流层中介质的不均匀性对电波的散射作用，实现超视距传播。

(3)天波传播(电离层传播)：1)电离层反射传播利用电离层对电波的反射进行传播。

2)电离层散射传播利用电离层中电子浓度不均匀性对电波的散射实现远距离传播。

3)地－电离层波导传播，电波在以地球表面和电离层下缘为界的类波导空间中传播。

4)流行余迹反(散)射传播利用发生在80-120km高度处的流行电离余迹对电波的反(散)射作用，可实现远距离传播但时间短用于瞬间保密通信。

5)外大气层与星际空间传播，以卫星，飞船和星体为对象，电波在外大气层或行星际空间传播。

3、衰落，引起衰落的原因，衰落的分类衰落一般是指接收信号幅度随时间的不规则变化。

最常见的引起衰落的原因有：a.干涉型衰落。

它是不同传输路径的射线随机干涉的结果，因此又称为多径衰落。

b.衰耗型衰落。

它是由于传输煤质(包括连续性和离散性的媒质)对信号的吸收所引起，故又称吸收型衰落。

c.极化衰落。

这是电波在双折射媒质中传播时特有的衰落。

根据信号衰落周期的长短可分为快衰落和慢衰落。

衰落的持续时间短的为几毫秒至几秒钟，称快衰落；长的可达几分钟至数小时，称为慢衰落。

在许多场合中，信号幅度不仅随时间起伏，也随频率和空间起伏，它们分别称为时间选择性衰落，频率选择性衰落和空间选择性衰落。

第5章地面反射地而及地而覆盖物构成了无线电波在自然环境中传播的最主要边界条件。

地面及地而覆盖物的彫响，概括起来，主要是对无线电波的反射、绕射和散射，以及对电波的衰减和吸收。

对于超短波以上频率而言，主要关心无线电波在地面以上空间中的传播，通常并不关注地波传播问题，所以地面的影响主要表现在对无线电波的反射、绕射和散射等方面。

当无线电波在光滑地而（如水而、开阔的平地等）上传播时，会出现镜反射现象，即地反射射线与直接射线在接收点相互干涉，合成场强可表现出强烈的衰落。

当无线电波在粗糙地而上传播时，地而会产生散射（漫反射）波，它与直接射线之间不会形成干涉现象，只是功率相加，合成信号不会出现大幅度的衰落，只是表现为信号的闪烁与起伏。

至于地而光滑与粗糙的判别标准，也有规矩可循，它就是雷利判据，本章将有讨论。

地而及其覆盖物对无线电波的阻挡将引起无线电波的绕射现象，绕射可造成电波的额外衰减。

不过，绕射问题这章不讨论，将在下一章作详细研究。

5.1镜反射和漫反射从严格的波动观点看来，地而反射是个边值问题。

来自初始辐射源的电磁波在地而上激起传导电流和位移电流，致使地面成为二次辐射源，地面的每个元而都是二次波源°接收点的场强是初始辐射源在接收点建立的场强和与所有二次辐射源在接收点建立的场强，两者合成的总效果。

从反射传播的效果上说，地而可以分成两种类型。

一种是所谓的光滑地而，另一类是粗糙地而。

对于光滑地而而言，各个元反射而的取向是相同的，可以采用镜反射的几何光学方法处理地而对无线电波传播的影响，即所谓的镜像法。

镜像法是说，如图5」（a）所示，T为初始辐射源，地面（平面）对接收点R 场强的贡献完全等效于初始源T的镜像「的贡献，只是注意，真实源T与虚拟波源「之间有一个相位差兀。

镜反射波是相干波，它与直接射线之间的干涉叠加，可以使接收信号出现很深的衰落，可对无线电通信的质虽:和可靠性造成破坏性的影响。

对于粗糙地而而言，如图5.1 （b）所示，组成粗糙地而的诸多元而，英取向和髙度等都可以是随机的, 也就是说，苴二次辐射波的幅度和相位都是随机的。