当前位置：文档之家 › 天线与电波传播8

天线与电波传播8

  • 格式：ppt
  • 大小：4.48 MB
  • 文档页数：76

下载文档原格式

  / 76

合集下载

第八届国际天线、电波传播和电磁理论会议(ISAPE 2008)在昆明召开

第八届国际天线、电波传播和电磁理论会议(ISAPE 2008)在昆明召开
线 设 计 、 宽 带 天 线 技 术 、 型 化 天 线 技 术 、 线 测 量 新 超 小 天
本东京工业大学 ＭａｏｏＡ ｄ ｋｔ ｎ ｏ教授论述 了高频近似计算 中物理光学法 的误差机理 ，提 出改进 Ｐ Ｏ法精度 的一些 新思想和手段 ， 包括面到线 积分 的“ 修正棱边表示式 ”提 、 高 Ｇ Ｄ精度 的“ Ｔ 修正 的面法线矢量” 用 于耦合 ＭＯ 和 、 Ｍ ＭＥ Ｒ的“ 菲捏耳 区数 ” 等。东南大学洪伟教授论述 了在复
（Ｓ Ｅ ２ ０ ） 昆明召开 ＩＡＰ ０ ８ 在
由中国电子学会 主办 ， Ｅ Ｉ Ｅ北京分会和北京航空航 Ｅ
天 大 学 协 办 的 ＩＡ Ｅ ２０ Ｓ Ｐ ０ ８于 １ 月 ２日～ 日在 昆 明 举 １ ５
纳米天线 、 纳米光波导 、 光屏蔽技术 等。美 国杨百翰大学 Ｍｉ ａｌ ．ｅ ｓｌ教授 主要讲述 了多输人 多输 出无线通 ｃ ｅ Ａ Ｊｎｅ ｈ ｌ 信技术 中的传播信道特性和天线设计 注意事项 ，包括 多 输入多输出无线通信技术简介 、 特殊 的信道特性 、 时空信
统级电磁兼容 、 电磁环境效应 、 频谱管理 、 电磁兼容测试 、
生物电磁学 、 其它领域所用到的电磁问题 、 新型交叉学科 论 文等 。
（Ｓ Ｐ ０ ８程 序 委 员会 主 席 苏 东林 及 秘 书长 闫照 ＩＡ Ｅ２ ０
文 供稿 ）
括表 面等离子体共振技 术 、纳米离子／ 管的多重光散射 、
杂 多 路 通 信 系 统 中 的 超宽 带 天 线 技 术 ，介 绍 了研 究 开 发 的多 凹槽 型 的 超 宽 带 天线 。 拿 大 嘉 尔顿 大学 ＱＪ Ｚ ａｇ 加 ． ｈｎ ．
技 术 、 赫兹 天线 、 赫兹滤波器设计 、 太 太 太赫兹波 的信 号 产 生器 、 等离子体 中的电磁场问题 、 计算 电磁学的快速算

天线与电波传播（第二版）（宋铮）第8-14章第12章

天线与电波传播（第二版）（宋铮）第8-14章第12章
2． 电离层的不规则变化 (1) 突发E层(或称Es层)。 (2) 电离层突然骚扰(Sudden Ionospheric Disturbances)。 当耀斑发生8分18秒左右，太阳辐射出的极强X射线到达 地球，穿透高空大气一直达到D层，使得各层电子密度均突 然增加，尤其D层可能达到正常值的10倍以上，如图12-1-5 所示。
表中的半厚度是指电子密度下降到最大值一半时之间的 厚度，临界频率是指垂直向上发射的电波能被电离层反射下 来的最高频率。各层反射电波的大致情况如图12-1-3所示。
第12章 天波传播 图12-1-3 长、中、短波从不同高度反射
第12章 天波传播 表12-1-1 电离层各层的主要参数
第12章 天波传播
第12章 天波传播
图12-2-5 入射角θ0与射线仰角Δ的关系
第12章 天波传播
临界频率是一个重要的物理量， 所有频率低于fc的电 波， 都能从电离层反射回来。
而f>fc的电波， 若入射角大于式(12-2-4)， 或者f小于式 (12-2-6)最高频率， 则能从电离层反射下来， 否则穿出电离 层。
Ne2 m( 2 2 )
(12-1-6) (12-1-7) (12-1-8)
第12章 天波传播
当考虑地磁场的影响时，电子不仅受到入射电场的作 用，还要受到地磁场的作用，其作用力为
FB ev B0 (12-1-9)
FB称为洛仑兹力。式中，v为电子的运动速度； B0为地磁场 的磁感应强度。由上式可知，当电子沿入射波电场方向运动 时，若电场方向与地磁场方向一致，则FB=0，地磁场对电子 运动不产生任何影响。若电场方向与地磁场方向垂直，则FB 值最大，电子将围绕地磁场的磁力线以磁旋角频率
θ0一定时，电波频率越低，越易反射。 (2) 电波在电离层中的反射情况还与入射角θ0有关。当

天线与电波传播

天线与电波传播
利用现代数字信号处理技术，产生 空间定向波束，使天线主波束对准用户 信号到达方向，而在干扰信号到达方向 上形成零陷，达到降低干扰、增加容量 和扩大覆盖。在军事通信中，智能天线
可与多种军用接力机、电台连接使 用从而提高抗扰能力。
波束切换天X-XXXX
0
方向系数D是说明天 线方向性的用数值表 示天线的方向性大小 的值。
方向图是用方向函数画出来的图形。实际情况要考 虑地面的影响，情况较复杂。
4、增益系数（实际测试）
G EI EO
2
2
Pin 相同
G D A
log
例如：半波 D=2.6
10log2.6=4.15dB
绝对增益：用点源作为对比标准得出的增益系数 (G≤3dB);
相对增益：用其他天线作为对比标准得出的增益系数
5、极化：发射天线的极化是指在最大辐射方 向上电场矢量端点运动的轨迹。 *线极化 (线天线)
*圆极化（相位差90度，垂直放置线天线）
*椭圆极化（螺旋天线、
微带天线、喇叭天线）
天线的其他参数：工作带宽、功率容量、 VSWR、 有效高度等。
二、天线新技术
FDTD(finite-difference time-domain)时域有限差分，是现代电磁场领域应用数值分析的一种新方法 。在设计上实现了天线和微波网络的CAD(computer aided design)
3、高频结构仿真HFSS
短波螺旋天线仿真图
4、新天线
a.螺旋天线
b、智能天线
智能天线（Smart Antenna）
（1）平衡馈电
（2）平衡与不平衡馈电
二、天线参数与天线新技术
（一）天线电参数 1、效率 P n
Pin

天线与电波传播

天线与电波传播

手持移动电话，工作在30cm波长，可与任 何人通话。
天线的理论基础
最早的天线
马可尼
线天线时期：1930年以前
线天线时期
面天线时期：1930~1945面天线时期：19 Nhomakorabea5~1959
50年代~70年代
70年代以后
天线的作用
天线的作用
天线的作用
天线的功能
天线的辐射机理
E面、H面的具体做法： E面：保持φ一定，改变θ，对F(θ， φ) 描点，连接各点； H面：保持 θ =90°，改变φ ，对F(θ， φ)描点，连接各点； （请画出电基本振子的E面和H面方向图）
电磁波频段
微波简介
微波是无线电波中波长最短，频率最高的波 段。 微波的波长远远小于普通无线电波的波长。 微波的波长范围：
中国对微波的应用：1m ~ 1mm 美国对微波的应用：0.3m ~ 0.3mm
无线电波的传播方式
在实际应用中，不同波段的无线电波的 传播方式和应用领域不同 由于地面、高山、电离层等对各波段无 线电波的吸收、反射、透射等性能的不同， 无线电波在空间的传播通常采用以下三种 方式： 地波传播 天波传播 空间波传播
•
半波振子的辐射电阻为 73.1欧，全波振子的辐 射电阻约为200欧
天线的基本电气特性
电流源(电基本振子)
对称振子的辐射场及其方向性
短波主要靠天波传播，电离层对其吸 收小，可经过多次反射传播到很远的地方， 短波传播的最大缺点是不稳定。 短波可用来做各种长、短距离通信。 如无线电广播，电报等
不同波长无线电波的传播方式与 应用
超短波和微波，由于其绕射能力差，又 会穿透电离层，因此不适合地波与天波传 播，只适合空间波传播。由于空间波传播 的距离有限，为增加传播距离，可采用增 高发射天线和接力通信等方式来实现。 超短波和微波主要应用：电视、雷达、 导航等。

天线与电波传播

天线与电波传播

智能天线的研究及改进摘要智能天线利用数字信号处理技术,产生空间定向波束,使天线主波束对准期望用户信号到达方向,旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向,达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的。

智能天线分为两大类切换波束智能天线与自适应阵智能天线。

智能天线技术是第三代移动通信系统的关键技术之一,智能天线技术将会在未来移动通信系统中发挥重要作用。

本文在简要介绍智能天线的基本原理、系统组成的基础上,详细论述了智能天线的自适应算法和技术优势及其在中的应用。

引言随着移动通信产业的高速发展及其用户的飞速增长,市场对移动通信技术的改进和更新提出了更高的要求。

而如何提高无线频谱的使用效率成为近些年来各种新技术所面临解决的核心问题。

第三代移动通信系统是正在全力投入开发的系统,其最基本的特征是智能信号处理技术。

智能信号处理模块将成为它的基本功能模块,实现基于话音业务为主的多媒体数据通信。

目前最典型的智能天线技术是实现移动通信扩大通信容量的关键技术之一。

智能天线技术作为有效解决这一问题的新技术已成功应用于移动通信系统,并通过对无线数字信号的高速时空处理,极大地改善了无线信号的传输,成倍地提高了系统的容量和覆盖范围,从而极大地改善了频谱的使用效率。

1 智能天线的基本概念及组成1.1 智能天线的基本概念智能天线, 即具有一定程度智能性的自适应天线, 由多个天线单元组成, 每一个天线后接一个加权器即乘以某一个系数, 这个系数通常是复数, 既调节幅度又调节相位,而在相控阵雷达中只有相位可调, 最后用相加器进行合并输出, 这种结构的智能天线只能完成空域处理同时具有空域、时域处理能力的智能天线在结构上相对复杂些,每个天线后接的是一个延时抽头加权网结构上与时城均衡器相同。

自适应或智能的主要含义是指这些加权系数可以恰当改变和自适应调整。

上面介绍的是智能天线用作接收天线时的结构,当用它进行发射时结构稍有变化,加权器或加权网络置于天线之前,也没有相加合并器。

天线与电波传播_完整版

天线与电波传播_完整版
8 2
s
in
c
r5
os
0
§1.2 电基本振子
近区场的性质：由于电场和磁场相差90度，故坡印 廷矢量的平均值等于零，这说明无电磁场能量辐射， 称为感应场。
远区场：当 kr 1 时称为远场区，电磁场主要由 kr 的低次幂项决定，故可略去 kr 的高次幂项，得
Er E
E
j
H
k I0l
4
rerjkHr sin0
磁的基本单元是磁偶极矩，它可以看作是正负磁 荷的组合。然而，正负磁荷却不能分开，自由磁荷 不能单独存在。所以，在电磁理论中我们不能引入 磁荷密度和磁流密度等概念。
§1.3 磁基本振子
1931年，英国的著名物理学家狄拉克（1933年诺 贝尔物理学奖获得者）首先从理论上讨论了磁单极 子存在的问题。1975年，加利福尼亚和休斯顿大学的 一个小组宣称，他们从高空气球的实验中发现了磁 单极子，曾哄动了当时的物理学界。但后来发现， 如果正确考虑实验中的系统误差，从他们的实验结 果中并不能得出这个结论。1982年3月，美国斯坦福 大学的卡布莱拉又宣称，他利用一个在9K温度下的 铌超导线圈捕捉到一个磁单极子。不过至今许多类 似的实验始终未能发现同样的事例。
A
j
洛伦兹条件：
A j
1
A
j
2 A k 2 A J
E jA jA j
1
A
因此，知道
A
H
1
A
A
E jA jA j
1
A
§1.1 辅助函数法
2 A k 2 A J
A
4
v
Jx,
y,
z
e jkR R
dv
－体电流
A

天线与电波传播课后答案(宋铮 张建华 著)


与电流大小 、空间距离 及电长度 以及子午角 有关。
（ 6） 从 电 基 本 振 子 辐 射 场 的 表 达 式 可 知 ：
当
时，电场有最小值；当
时，电场有最大值；磁
场无方向性。（注：也可以用电磁场的方向图来说明。） （ 7） 电 基 本 振 子 的 E 面 和 H 面 的 方 向 图 如 下 图 所 示 。
2.5.5 第 15 题 简 述 U 形 管 平 衡 -不 平 衡 变 换 器 的 工 作 原 理 ？ 答 案 要 点 ：U 形 管 平 衡 器 是 一 段 长 度 为 λ/2 的 同 轴 线 ，天 线 的 两 臂 都 接 在 内 导 体 上 ，因 而 可 以 实 现 对 地 的 平 衡 ；又 因 为 接 入 点 相 距 λ/2，对 地 的 电 位 正 好 是 反 相 的 ， 所 以 天 线 两 臂 上 的 电 流 大 小 相 等 ， 是 一 个 对 称 分 布 。 4.5.1
3.3.1 第 1 题 说 明 行 波 天 线 与 驻 波 天 线 的 差 别 和 优 缺 点 。
答 案 要 点 ：（ 1 ） 行 波 天 线 上 电 流 的 分 布 呈 行 波 状 态 ； 驻 波 天 线 上 电 流 的 分
n 布 呈 驻 波 状 态 ；（ 2 ） 行 波 天 线 的 等 效 模 型 为 终 端 接 匹 配 负 载 的 传 输 线 ， 输 网 c 入 端 阻 抗 近 似 为 纯 阻 性 的 特 性 阻 抗 ， 且 不 随 频 率 而 变 ， 因 而 具 有 宽 频 带 特 . 性 ；（ 3 ） 驻 波 天 线 的 等 效 模 型 为 终 端 开 路 的 传 输 模 型 ， 输 出 阻 抗 与 电 长 度 案 p 有 关 ， 因 为 随 频 率 变 化 剧 烈 ， 属 于 窄 带 天 线 ；（ 4） 行 波 天 线 的 输 入 功 率 有 h 相 当 一 部 分 会 被 匹 配 负 载 吸 收 ， 因 而 比 驻 波 天 线 的 效 率 低 。 答 ks 4.5.2 第 1 题 简 述 等 角 螺 旋 天 线 的 非 频 变 原 理 。 c 答 案 要 点 ：（ 1 ） 等 角 螺 旋 天 线 由 两 个 螺 旋 臂 构 成 ， 每 个 螺 旋 臂 的 边 缘 线 都 后 a 是 等 角 螺 旋 线 ， 属 于 一 种 角 度 天 线 ， 它 的 结 构 仅 仅 由 角 度 决 定 ；（ 2） 当 工 h 作 于 一 个 频 率 时 ， 在 等 角 螺 旋 天 线 上 有 一 个 对 应 的 工 作 区 域 ， 起 主 要 辐 射 课 . 作 用 ， 是 该 频 率 点 的 有 效 辐 射 区 ， 在 它 后 面 的 区 域 电 流 迅 速 衰 减 到 20d B w 以 下 ， 当 工 作 频 率 发 生 改 变 时 ， 这 个 有 效 辐 射 区 会 向 前 或 向 后 移 动 ， 使 得 ww 它 的 辐 射 性 能 基 本 保 持 不 变 ， 从 而 保 证 了 非 频 变 特 性 。

《天线与电波传播》PPT课件


精选ppt
5
8.1天线基本概念
➢ 二维方向图
精选ppt
6
8.1天线基本概念
➢ 三维方向图
精选ppt
7
8.1天线基本概念
➢ 波束宽度
✓ 方向图中通常都有两个瓣或多个瓣 ❖ 其中最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣
✓ 波束宽度：主瓣两半功率点间的夹角 ✓ 又称为半功率（角）波束宽度、3dB波束宽度 ✓ 主瓣波束宽度越窄，方向性越好，抗干扰能力越强 ✓ 经常考虑3dB、10dB波束宽度
✓ 参考天线为半波振子天线:增益用dBd表示 ✓ 同一个天线用dBd和dBi分别表示时的转换关系为：
0dBd=2.14dBi
精选ppt
11
8.1天线基本概念
➢ 天线增益
精选ppt
12
8.1天线基本概念
– 天线的极化
➢ 平面波按极化可分为线极化波、圆极化波（或椭 圆极化波）
➢ 极化是指在垂直于传播方向的波阵面上，电场强 度矢量端点随时间变化的轨迹
精选ppt
24
8.1天线基本概念
✓ 基本电振子、半波振子、全波振子天线的增益
天线类型 基本电振子 半波振子 全波振子
增益(dBi) 1.76 2.14 3.80
精选ppt
精选ppt
23
8.1天线基本概念
✓ 几个名词 ❖ 对称振子：两臂长度相等的振子，每臂长度为λ/4 ❖ 全波对称振子：全长与波长相等的振子 ❖ 折合振子：将振子折合起来
✓ 随着长度L的增加，方向图变得比较尖锐 ❖ L≥λ/2时，除了主瓣外还有副瓣 ❖ L=λ时，在垂直于振轴线的方向上没有辐射
✓ λ/2的对称振子在800MHz频段约200mm长；在400MHz 频段约400mm长

天线与电波传播（第二版）（宋铮）第8-14章第11章


(11-2-1)
第11章 地面波传播 图 11-2-3 地面波的场结构
第11章 地面波传播
为简化分析，通常使用M.A.列翁托维奇近似边界条件： 若半导电媒质相对复介电常数的绝对值满足下列条件：
| ~r || r j60 | 1
(11-2-2)
则在界面大地一侧的电、磁场水平分量之间满足
由上面的分析可知，由于地面是半导电媒质，低架直立 天线辐射的垂直极化波将在传播方向上存在电场分量，各分 量如图11-2-3所示，yOz面为地平面，波沿z轴方向传播，下 标“1”表示在空气内，下标“2”表示在大地内，利用边界 条件，有
E1z E2z
H1y E1x
H2y
~r E2
x
B1x B 0
根据边界条件式(11-2-1)，得
E2 x
E1x
~r
r
E1x
j60
上述各分量亦可写成
E1z
E2 z
4
2 r
E1x
(60 )2
j
e2
(11-2-7) (11-2-8)
式中
第11章 地面波传播
E2x
E1x
e j
2 r
(60
)2
H1yΒιβλιοθήκη H2yE1x 120π
arctan 60 r
第11章 地面波传播 图 11-4-2 三段不同性质地面传播示意图
第11章 地面波传播 图 11-4-3 三段不同性质地面传播的衰减因子
第11章 地面波传播 图 11-4-4 地面波传播的“起飞-着陆”效应
第11章 地面波传播
习题十一
1. 为什么地面波传播会出现波前倾斜现象？波前倾斜的 程度与哪些因素有关？为什么？

天线和电波传播要求


洛伦兹条件：
A j j 1 A
2A k2A J
E j A j A j 1 A
因此，知道
A
H
1
A
A
E j A j A j 1 A
§1.1 辅助函数法
2A k2A J
A
4
v
J x , y , z e jkR
R
dv
－体电流
A
4
s
Js
x
,
y
,
z
e
jkR
R
ds
－面电流
A
4
c
Ie
x
,
y ,
z
e jkR R
dl
－线电流
远场辐射，忽略高阶项 1 n 2,3,4,
rn
A r ˆ A r , ˆ A , ˆ A ,e r jk ,rr
E 1 r je jk ˆ A r , ˆ A , r 1 2
§1.1 辅助函数法
在远场区
Er E
0
jA
E
jA
E
jA
H 1rˆE jrˆA
天线辐射问题分析过程
§1.2 电基本振子
什么是电基本振子？ 一段通有高频电流的直导线，当导线长度远远小于
波长时，该导线被称为电基本振子。 当： l/1 , 可近似地认为导线上每一点的电
流都是等幅同相的。
电基本振子天线结构
马可尼，意大 利人，当时年 仅20岁。
7
天线发展简史
三、1980, 超大阵列（VLA）抛物面天线（Very Large Array Steerable Parabolic Dish Antennas）
位于美国新墨西哥州（Socorro, New Mexico）的超 大阵列天线由27面直径为25米的抛物面按Y型方式排列组成 ，是世界第一个射电天文望远镜。其分辨率相当于36千米 跨度的天线，而灵敏度相当于直径为130米的碟型天线。
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

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
Page 214
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。