天线与电波传播8

视距距离的意义
• 实际的视距传播应满足亮区条件。否则绕 实际的视距传播应满足亮区条件。 射损失会加大电波传播的总损耗。 射损失会加大电波传播的总损耗。
2.天线的等效高度 2.天线的等效高度
H1,H2不等时，如何确定d1和d2则比较复杂， H1,H2不等时，如何确定d1和d2则比较复杂，通常需要查表 不等时 d1 则比较复杂
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f max
电离层的正割定律： 电离层的正割定律： 同一N处的斜入射频率f
f = f v sec θ 0
入射角越大，通信距离越大， 入射角越大，通信距离越大，允许频率越高
3、日夜
10.2.2 电离层的吸收
基本规律： 基本规律： 1.电离层的碰撞频率越大，或电子密度越大， 1.电离层的碰撞频率越大，或电子密度越大，电离层对电 电离层的碰撞频率越大 波的吸收就越大。一般而言， 波的吸收就越大。一般而言，夜晚电离层对电波的吸收小 于白天的吸收。 于白天的吸收。 电波频率越低，吸收越大。（ 。（自由电子受单方向电场力 2. 电波频率越低，吸收越大。（自由电子受单方向电场力 的作用时间越大，移动的路程更长，碰撞的机会越大， 的作用时间越大，移动的路程更长，碰撞的机会越大，消 耗的能量就越大，电离层对电波的吸收就越大。 耗的能量就越大，电离层对电波的吸收就越大。所以短波 天波工作时，尽量、选择较高的工作频率。 天波工作时，尽量、选择较高的工作频率。
3.球面地的扩散因子 3.球面地的扩散因子
11.2 对流层大气对视距传播的 影响
大气、 压力、 对流层 (Troposphere) 大气 、 压力 、 温 度 、 湿度都随地区及离开地面的高度而 变化，是不均匀的，会是电波产生折射、 变化 ， 是不均匀的 ， 会是电波产生折射 、 散射及吸收等物理现象。 散射及吸收等物理现象。
反射条件
• （1）电离层反射电波的能力与电波频率有关。入 电离层反射电波的能力与电波频率有关。 射角一定， 越低，要求的N越小，所以越易反射。 射角一定，f越低，要求的N越小，所以越易反射。 大到一定程度，超过电子密度的最大值， f大到一定程度，超过电子密度的最大值，电波将 穿透电离层。 穿透电离层。
E层能反射几 兆赫兹的电波。 兆赫兹的电波。
F层空气极其 稀薄， 稀薄，电子密 度最大， 度最大，碰撞 概率低。 概率低。
10.1.2 电离层变化规律
电离层是一种随机的，色散的， 电离层是一种随机的，色散的，各向异性的半导电 媒质。它的参数如电子密度、分布高度、 媒质。它的参数如电子密度、分布高度、电离层厚度等 都是随机量。 都是随机量。
垂直极化时，低投射角， 垂直极化时，低投射角，地面的反射较 接近理想导电地。 接近理想导电地。
GHz
Brewster角
GHz
2 地面上的有效反射区
2 光滑地面的判别准则
表11-1-1 ∆h的实际计算数据 的实际计算数据
11.1.2 光滑球面地的情况
1、视线距离 球面的曲率对视线距离的影响
10.1 电离层概况
高空大气的电离源：太阳辐射的紫外线、X射线、高能 高空大气的电离源：太阳辐射的紫外线、 射线、 带电微粒流、为数众多的微流星、 带电微粒流、为数众多的微流星、其它星球辐射的电磁 波以及宇宙射线等。太阳辐射的紫外线是主要电离源 是主要电离源。 波以及宇宙射线等。太阳辐射的紫外线是主要电离源。
同一模式不同路径：
• 滑行传播(Sliding Propagation) 滑行传播(Sliding • 电波频率介于临界频率和最高频率之间时， 电波频率介于临界频率和最高频率之间时， 可出现电波在电离层滑行传播， 可出现电波在电离层滑行传播，传到很远 的距离。 的距离。 • 多径传输：对于一定的距离，电波传播可 多径传输：对于一定的距离， 能存在几种传输模式和几条射线路径。 能存在几种传输模式和几条射线路径。 • 再加上电离层的随机变异性，接收时就存 再加上电离层的随机变异性， 在严重的衰落现象，引起传输失真。 在严重的衰落现象，引起传输失真。
11.1 地面对视距传播的影响
忽略方向系数差异、忽略强度上的差异， 忽略方向系数差异、忽略强度上的差异， B处的总 场强为： 场强为：
反射系数与电波的投射角、电波的极化和波长及地面的 反射系数与电波的投射角、 电参数有关。 电参数有关。
GHz
水平极化时， 水平极化时，地面的反射较接近理想导 电地。特别是波长较长时。 电地。特别是波长较长时。
第10章 10章
天波传播
• 天波传播 (sky wave propagation) 指电波由发射 天波传播(sky propagation)指电波由发射 天线向高空辐射， 经高空电离层(Ionosphere) (Ionosphere)反 天线向高空辐射 ， 经高空电离层 (Ionosphere) 反 射后到达地面接收点的传播方式， 射后到达地面接收点的传播方式 ， 又称电离层传 播。 • 长、中、短波都可以利用天波传播。 短波都可以利用天波传播。 • 其优点是传播损耗小 。 缺点是短波波段内信号不 其优点是传播损耗小。 稳定，有较严重的衰落现象。电离层不稳定， 稳定 ， 有较严重的衰落现象 。 电离层不稳定 ， 有 时造成信号中断。 时造成信号中断。 • 科技在发展，天波传播仍广泛用于短波远距离通 科技在发展， 信中。 信中。
–fMUF与电离层的电子密度及电波入射角有关。N f 与电离层的电子密度及电波入射角有关。 越大， 越大， fMUF越高 –电波频率为最高可用频率时，可能电波穿出电 电波频率为最高可用频率时， 电波频率为最高可用频率时 离层。 离层。
• 2）不能低于最低可用频率(fLUF) 不能低于最低可用频率(f 保证所需的信噪比的频率为fLUF， 保证所需的信噪比的频率为fLUF，由电离层 的吸收、噪声决定。 的吸收、噪声决定。 晚上f 晚上fLUF低，白天高 fOWF = 85% f MUF 最佳工作频率f 最佳工作频率fowF • 3）日频、夜频 日频、
10.3 短波天波传播
• 短波利用天波传播时，电离层的吸收随着 短波利用天波传播时， 频率的升高而减小， 频率的升高而减小，所以能以较小的功率 借助电离层反射完成远距离传播。 借助电离层反射完成远距离传播。可以传 播几百到一二万千米的距离， 播几百到一二万千米的距离，甚至环球传 播。
•10.3.1传播模式 传播模式
10.2 无线电波在电离层中的传播
• 简化以便于分析： 简化以便于分析： • (1) 不考虑地磁场的影响，电离层各向同 不考虑地磁场的影响， 性。 • (2)电子密度N只是高度的函数 (2)电子密度 电子密度N • (3)在各层电子密度最大值附近，N(h)分布 (3)在各层电子密度最大值附近 N(h)分布 在各层电子密度最大值附近， 近似为抛物线状。 近似为抛物线状。
10.3.3 短波天波传播的几个主要问题
1. 衰落现象严重
3. 静区
4.环球回波现象 4.环球回波现象
5. 电离层暴
10.3.4 传输损耗的估算
10.4 中波天波传播的介绍
11. 视距传播
• 超短波以上波段，电离层对其是透明的。 超短波以上波段，电离层对其是透明的。 直接、对视的传播方式，称为视距传播。 直接、对视的传播方式，称为视距传播。 (Propagation Over the Line of Sight) • 传播媒质、地面 传播媒质、
长波在D层反射。中波在E层反射， 长波在D层反射。中波在E层反射，但是白 层吸收较大。短波F层反射； 天D层吸收较大。短波F层反射；超短波则 穿出电离层。 穿出电离层。
电离层反射电波的能力与入射角有关。 电离层反射电波的能力与入射角有关。
f c = 80.8 N max
80.8 N max = = f c sec θ 0 2 cos θ 0
• 2001年4月多次出现太阳耀斑，出现极其严 2001年 月多次出现太阳耀斑， 重的电离层骚扰和电离层暴， 重的电离层骚扰和电离层暴，造成我国满 洲里、 洲里、重庆等电波工作站发射出去的探测 信号全频段消失。 信号全频段消失。
10.1.3 电离层的等效参数
电子运动 速度
• 电离层的相对介电常数er<1，且是频率的函数， 电离层的相对介电常数e <1，且是频率的函数， 说明它是色散媒质。 说明它是色散媒质。 • 对不同的频率呈现不同的电导率。若n=w,则电离 对不同的频率呈现不同的电导率。 n=w,则电离 层的电导率最大， n<<w,则电导率很小 则电导率很小， 层的电导率最大，若n<<w,则电导率很小，近似为 n>>w，电导率也很小。 零。n>>w，电导率也很小。 • n主要取决于大气分子热运动速度及气体密度， 主要取决于大气分子热运动速度及气体密度， 因而它是随高度而变化的。 因而它是随高度而变化的。 • D层对短波（3MHz~30MHz)呈现的电导率最大，E层 层对短波（3MHz~30MHz)呈现的电导率最大 呈现的电导率最大， 次之。 次之。 • 受地磁场影响，电离层具有各向异性的媒质特性， 受地磁场影响，电离层具有各向异性的媒质特性， 即不同的电波传播方向和不同的极化形式， 即不同的电波传播方向和不同的极化形式，会引 起不同的电子运动情况，表现出不同的电磁效应。 起不同的电子运动情况，表现出不同的电磁效应。 等效介电常数具有张量的性质。 等效介电常数具有张量的性质。 • 地磁波对不同极化的电磁波影响不同，（传播速 地磁波对不同极化的电磁波影响不同，（ ，（传播速 折射率、传播轨迹），产生双折射现象。 ），产生双折射现象 度，折射率、传播轨迹），产生双折射现象。
10.2.1 反射条件
如满足w2>>n2， 将电子质量、电子电量、e0的值 如满足w 将电子质量、电子电量、 代入上式， 代入上式，得
N变大，则n变小，即随着高度增加，折射率变小。 变大， 变小，即随着高度增加，折射率变小。