第六讲 天波传播

第一章名词解释1、无线体域网：无线局域网是由依附于身体的各种传感器构成的网络。

2、无线穿戴网：是指基于短距离无线通信技术与可穿戴式计算机技术、穿戴在人体上、具有智能收集人体和周围环境信息的一种新型个域网。

3、TCP/IP:P12,即传输控制协议/因特网互联协议，又名网络通讯协议，是Internet最基本的协议、Internet国际互联网络的基础，由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。

4、OSI RM:即开放系统互连参考模型。

第一章简答1、简述计算机网络发展的过程。

答：计算机网络发展过程可分为四个阶段。

第一阶段：诞生阶段；第二阶段：形成阶段；第三阶段：互联互通阶段；第四阶段：高速网络技术阶段。

（如果想加具体事例查p1-2）2、无线网络从覆盖范围可以分成哪些类？请适当举例说明。

答：无线网络从覆盖范围可分为如下三类。

第一类：系统内部互连/无线个域网，比如：蓝牙技术，红外无线传输技术；第二类：无线局域网，比如：基本服务区BSA，移动Ad Hoc 网络；第三类：无线城域网/广域网，比如：蜂窝系统等。

3、从应用的角度看，无线网络有哪些？要求举例说明。

答：从无线网络的应用角度看，可以划分出：①无线传感器网络，例如能实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息并通过无线方式发送到用户终端；②无线Mesh网络，例如Internet中发送E-mail；③无线穿戴网络，例如能穿戴在人体上并能智能收集人体和周围环境信息；④无线体域网，例如远程健康监护中有效地收集信息。

4、现在主流的无线网络种类有哪些？答：P5（不确定）WLAN,GPRS,CDMA，wifi5、什么是协议？请举例说明。

答：P9第一段第三句；协议是指通信双方关于如何进行通信的一种约定。

举例：准确地说，它是在同等层之间的实体通信时，有关通信规则和约定的集合就是该层协议，例如物理层协议、传输层协议、应用层协议。

6、与网络相关的标准化有哪些？答：主要有：国际电信标准，国际ISO标准，Internet标准1.美国国际标准化协会（ANSI）2.电气电子工程师协会(IEEE)3.国际通信联盟（ITU）4.国际标准化组织（ISO）5.Ineter协会(ISOC)和相关的Internt工程任务组（IETF）6.电子工业联合会(EIA)和相关的通信工业联合会（TIA）7、无线网络的协议模型有哪些特点？答：（p13）无线网络的协议模型显然也是基于分层体系结构的，但是对于不同类型的无线网络说重点关注的协议层次是不一样的。

简述天波传播的工作原理
天波传播是一种电磁波在大气中传播的现象。

当频率较低的电磁波传播时，主要采用地波传播方式，而高频电磁波则采用电离层反射的天波传播方式。

天波传播的工作原理可简述如下：
1. 当电磁波辐射源位于地面时，电磁波以地波的形式向地面传播。

地波主要通过地面上的导电层（例如海水、湖泊、土壤等）来传播。

在地波传播中，电磁波的传播距离较近，信号衰减较小，但传播范围有限。

2. 高频电磁波如超过30 MHz，则会发生电离层反射，采用天波传播方式。

在电离层中存在自由电子，当电磁波在电离层遇到自由电子时，会发生反射。

这种反射会使电磁波在大气中传播很长的距离，甚至能够传播到地球的另一边。

天波传播具有远距离传输的特点。

3. 天波传播的有效性取决于电离层的状态，特别是F层和E层的情况。

F层位于电离层的较高处，通常在白天分裂成F1层和F2层，晚上F2层较为强大。

而E层位于F层下方，通常只在白天存在。

4. 电离层的竞争机制也影响了天波传播。

当有多条路径可供选择时，电磁波会按照最佳反射条件选择传播路径。

这也就解释了为什么某些地区接收到的频率会比较强，而其他地区则较弱。

总之，天波传播是通过电离层的反射来实现电磁波在大气中传输的一种传播方式，可实现远距离的通信。

天波传播的特色，详细论述电离层变化对天波传播的影响及应对措施，目前研究趋势天波传播是指电波向高空辐射，经高空电离层反射后到达地面接收点的传播方式。

长、中、短波都是可以利用天波传播。

天波传播的主要优点是传播损耗小，从而可以用较小的功率进行远距离通信。

电离层大气的电离主要是太阳辐射中紫外线和X射线所致。

此外，太阳高能带电粒子和银河宇宙射线也起相当重要的作用。

太阳辐射使部分中性分子和原子电离为自由电子和正离子，它在大气中穿透越深，强度（产生电离的能力）越趋减弱，而大气密度逐渐增加，于是，在某一高度上出现电离的极大值。

大气不同成分，如分子氧、原子氧和分子氮等，在空间的分布是不均匀的。

它们为不同波段的辐射所电离，形成各自的极值区，从而导致电离层的层状结构。

电离层中自由电子在电磁波电力场的作用下发生定向运动的同时，也不断地与各种中性粒子、正离子和负离子发生碰撞，因而电磁波的能量将会被吸收而造成衰减。

这种情况下电离层类似于导电媒质。

可以证明，电磁波的频率越低这种衰减就越严重。

例如，白天中波无线电波在D层能量几乎全部被吸收掉，因而不能从电离层反射到地面。

夜间D层消失以后，中波无线电波才能被E层反射到地面。

这就是我们只能在夜间收听到远地中波广播的原因。

F1层对天波传播影响不大，它仅在夏季白天存在，其他时间消失。

进入电离层的短波无线电波是在F2层发生反射的。

D层和E层虽然对短波无线电波也有吸收作用，但由于短波的频率较高，电磁波能量受到的衰减并不严重。

超短波和微波的频率由于特别高，不能满足天波的反射条件，进入电离层的电磁波将穿透电离层进入太空。

短波波段的无线电波以地面波方式传播衰减很快，而不能以空间波等其他方式传播。

因此，天波传播是短波无线电波的主要传播方式。

电离层中的自由电子浓度随季节、昼夜每时每刻都在发生变化。

早晨太阳出来以后，电离层自由电子浓度增加的速率很快，中午以后自由电子浓度最大。

晚上太阳消失，电离层中的自由电子浓度变小。

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。

无线电波的四种传播方式
无线电波的四种传播方式分别是：
1. 地面波传播：地面波是靠着大地反射和折射形成的，主要在短波和中波频段中使用。

地面波传播的优点是信号稳定，但距离有限，适用于局部通信。

2. 天波传播：天波是指从天空反射回来的无线电波，主要在短波和中波频段中使用。

天波传播的优点是传播距离较远，但受天气影响较大，信号容易受到干扰。

3. 散射波传播：散射波是指无线电波在物体表面散射后形成的波，主要在超短波和微波频段中使用。

散射波传播的优点是信号不易受到干扰，但传播距离较短。

4. 空间波传播：空间波是指直接从发射天线向接收天线发射的无线电波，主要在超短波和微波频段中使用。

空间波传播的优点是传播距离较远，但信号容易受到遮挡和衰减的影响。

短波各种天线传播特点
短波天线传播的特点主要包括天波传播、地波传播和地表波传播。

1. 天波传播：天波是指信号从天线发出后，经过大气电离层的反射返回地面，又由地面反射回电离层，如此多次反射到达目的地。

天波的传播距离可近可远，这取决于天线仰角及电离层状况。

利用低仰角天线可实现远距离通信，利用高仰角天线可实现近距离通信。

天波的优点在于其依靠电离层的一次或多次反射实现远距离传输，使得相对地波而言，天波成为了短波通信的主流传播途径。

然而，天波也存在一定的缺点，首先是不稳定，其次由于电离层的不均匀性、分层性以及随机性，使得其在传播过程中会存在多径效应、时间延迟、电离层衰落和大气噪声等现象。

2. 地波传播：地波在行进过程中由于地面的吸收而逐渐减弱。

地波的传播距离由地表的导电率和工作频率决定，导电率越弱，频率越高，地表波被吸收的越多。

地波的优点在于其传播稳定，但由于衰减很快，传播距离有限。

鞭状天线通信时，地波最远可传播20\~30公里。

地波的距离与发射机的功率、地表特性相关，功率越大，地表越湿润，地波距离越远。

典型数据为100W发射时，北方干燥地区约为10公里，南方约20公里。

3. 地表波传播：地表波依靠地面进行反射到达接收端。

在地表波的传播过程中，由于地面的吸收而逐渐减弱。

地表波的传播距离由地表的导电率和工作频率决定，导电率越弱，频率越高，地表波被吸收的越多。

短波天波传播浅谈【摘要】短波利用天波传播时，由于电离层的吸收随着频率的升高而减小，故能以较小的功率借助电离层反射完成远距离传播。

可以传播到几百到一二万千米的距离，甚至环球传播。

而电波比较深入的进入电离层时，受电离层的影响较大，信号不稳定。

即使工作频率选择的正确，有时也难以正常工作。

下面简单介绍短波天波传播工作频率的选择及影响短波天波传播正常工作的几个问题。

【关键词】短波天波传播;工作频率选择;短波天波传播的几个主要问题1．短波天波传播工作频率的选择工作频率的选择是影响短波通信质量的关键性问题之一。

若选用频率太高，虽然电离层的吸收小，但电波容易传出电离层，若选用频率太低，虽然能被电离层反射，但电波将受到电离层的强烈吸收。

一般来说，选择工作频率应考虑以下原则：(1)不能高于最高可用频率Fmuf , Fmuf是指当工作距离一定时，能被电离层反射回来的最高频率。

(2)不能低于最低可用频率Fluf,Fluf。

在短波天波传播中。

频率越低，电离层吸收越大，接收点信号电平越低。

由于在短波波段的噪声是以外部噪声为主，而外部噪声——人为噪声.天线噪声等的噪声电平却随着频率的降低而增强，结果使信噪比变坏。

(3)一日之内适时改变工作频率。

由于电离层的电子密度随时变化，相应地，最佳工作频率也随时间变化，但电台的工作频率不可能随时变化，所以实际工作中通常选用两个或三个频率为该电路的工作频率，选用白天适用的频率称为“日频”，夜间适用的频率称为“夜频”。

2.短波天波传播的几个主要问题2.1衰落现象严重衰落现象是指接受点信号振幅忽大忽小，无次序不规则的变化现象。

衰落时，信号强度有几十倍到几百倍的变化。

通常衰落分为快衰落和慢衰落两种。

慢衰落的周期从几分钟到几小时甚至更长，是一种吸收型衰落。

主要由电离层电子密度及高度变化造成电离层吸收的变化而引起的。

克服慢衰落的有效措施之一是在接收机中采用自动增益控制。

快衰落的周期在十分之几秒到几秒之间，是一种干涉型衰落，产生的原因是发射天线辐射的电波是由几条不同路径到达接收点的（即多径效应），由于电离层状态的随机变化，天波射线路径随之改变。