第七講 視距傳播

1、EMW Propagation Engineering2012, Jun. 8第七講第七講 視距傳播視距傳播 EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 內(nèi)容安排 EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 超短波和微波波段的無線電波，由于頻率很高，電波沿地面?zhèn)鞑r衰減很大，遇到障礙時繞射能力很弱，不能利用地波傳播方式；高空電離層又不能將其反射回地面，因而又不能利用天波傳播方式。通常是利用視距傳播方式。 視距傳播是指在發(fā)射天線和接收天線能相互“看見

2、”的距離內(nèi)，電波直接從發(fā)射點傳到接收點（有時包括地面反射波）的一種傳播方式。按收發(fā)天線所處的空間位置不同，視距傳播基本可分為三類： 是指地面上的視距傳播，例如中繼通信、電視、廣播以及地面上的移動通信等。 是指地面與空中目標如飛機、通信衛(wèi)星等之間的視距傳播、 是指空間飛行體之間的視距傳播，如飛機間、宇自由空間電波傳播的菲涅爾區(qū) EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 自由空間電波傳播的菲涅爾區(qū)宙飛行器間的電波傳播等。 無論是地面上的或地對空的視距傳播，其傳播途徑至少有一部分是在對流層中；此外，當電波在低空大氣層中傳播時

3、，還可能受到地表面自然的或人為的障礙物的影響，將會引起電波的反射、散射或繞射現(xiàn)象。因此，電波總是在實際的媒質(zhì)中傳播的。人們常把在真空中進行的“自由空間傳播”這種理想情況，作為研究實際傳播問題的起點。 在收發(fā)天線之間的電波傳播所經(jīng)歷的空間，存在著對傳輸電磁能量起主要作用的空間區(qū)域，稱為傳播主區(qū)。若在這一區(qū)域中符合自由空間的傳播條件，則可認為電波是在自由空間內(nèi)傳播。l菲涅爾區(qū) 在17世紀惠更斯首先提出，波在傳播過程中，波面 EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 自由空間電波傳播的菲涅爾區(qū)上每一點都是一個進行二次輻射球面

4、波（子波）的波源，而下一個波面就是前一個波面所輻射的子波波面的包絡面。 后來菲涅爾發(fā)展了這個原理，認為波在傳播過程中，空間任一點的輻射場，是包圍波源的任意封閉面上所有點的二次波源發(fā)出的子波在該點相干疊加的結(jié)果。這就是惠更斯菲涅爾原理。 EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 自由空間電波傳播的菲涅爾區(qū) 菲涅爾波帶示意圖 EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 自由空間電波傳播的菲涅爾區(qū) 第一菲涅爾帶Z1是一小凸圓面，從其中心與其邊緣到達P點

5、的波程差為/2，由它輻射到P點的場強，可以看成是許多幅度相同、相位由零到依次變化的諸矢量之和，其總矢量長度等于一個半圓弧由起點至終點的長度B1。 用類似方法可求出第二菲涅爾帶Z2輻射場的矢量長度B2。因相鄰菲涅爾帶在P點產(chǎn)生的輻射場相位是相反的，所以，當計及Z2的作用后，P點的場強削弱了。 EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 自由空間電波傳播的菲涅爾區(qū) 由于各帶上二次波源在P點產(chǎn)生的場強，與射線行程（r0+n/2）及角度（各環(huán)帶面元法線與該點至P點的射線間的夾角）有關(guān)，S面上半徑越大的環(huán)帶，在P點產(chǎn)生的場強振幅就

6、愈小，因此B2B1。同理Z3的輻射場又削弱了Z2的場從而使P點的場強增強。其余各環(huán)帶作用依次類推，盡管相鄰兩環(huán)帶在P點的場強有180的相位差，且其振幅又相差的很小，但二者場強卻不能完全抵消。隨著環(huán)帶數(shù)目的增多，P點場強呈波動變化，但波動幅度越來越小。 EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 自由空間電波傳播的菲涅爾區(qū) 如此所有菲涅爾帶在P點產(chǎn)生的總場強振幅，可以用n項收斂級數(shù)之和來表示，其中正、負號表示相位的變化，即0123456335112422222BBBBBBBBBBBBBB(1) EM Propagation

7、 EngineeringSchool of Electronic Engineering 自由空間電波傳播的菲涅爾區(qū) 由于級數(shù)中每一項與它相鄰兩項算數(shù)平均值相差甚小，且 ，所以上式可近似為即是說第一菲涅爾帶Z1在P點產(chǎn)生的輻射場近似為自由空間場強的兩倍。若要使P點場強等于自由空間場強，不一定需要很多的菲涅爾帶，可只取第一菲涅爾帶面積的1/3即可。 在PQ兩點間插入一塊假想的無限大平面S，它垂直于PQ連線，這相當于以無限大的球面包圍波源Q，因此可在S面上劃分菲涅爾帶，lim0nnB102BB (2)112rd(3)2222rd2nnrdn EM Propagation EngineeringSc

8、hool of Electronic Engineering 自由空間電波傳播的菲涅爾區(qū) 圖中n，rn及d均分別遠大于波長。因d和都是常數(shù)，所以n+rn=d+n/2=常數(shù)。若S面平移，這些點的軌跡正是以Q、P為焦點的旋轉(zhuǎn)橢球面，這些旋轉(zhuǎn)橢球面所包圍的空間區(qū)域就稱為菲涅爾區(qū)。平面上菲涅爾帶 EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 自由空間電波傳播的菲涅爾區(qū) 與序號n=1、2、對應稱為第一、第二菲涅爾區(qū)，它們與S面相截，就在該平面上出現(xiàn)相應的第一、第二菲涅爾帶。l傳播主區(qū) 工程上將第一菲涅爾區(qū)和“最小”菲涅爾區(qū)（指S面上

9、所截面積為第一菲涅爾帶面積1/3的那個相應的空間區(qū)域），作為對電波傳播起主要作用的空間區(qū)域，稱傳播主區(qū)。令第一菲涅爾區(qū)半徑為F1，則有解得(4)22221111122dFdFdd2212121212112FFdddddd(5)121d dFd EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 自由空間電波傳播的菲涅爾區(qū) 令最小菲涅爾區(qū)半徑為F0，依據(jù)定義有得上述公式中各量均取相同單位?？梢奷一定時，愈小，傳播主區(qū)的半徑愈小，菲涅爾橢球區(qū)愈長，最后退化為一直線，這是通常認為光的傳播是直線傳播的根據(jù)所在。(6)220113FF(7

10、)12010.5770.577d dFFd EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 內(nèi)容安排 EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering l視線距離 因地球是球體，凸起的地表面會阻擋視線。視線所能達到的最遠距離稱為視線距離，簡稱視距以dv表示。設(shè)地球半徑為r0，收發(fā)天線高度分別為h1和h2，dv=d1+d2，并考慮地球半徑r0=6370km，有地面對電波傳播的影響(7)123.57kmdvhh若考慮大氣不均勻性對電波傳播軌跡的影響，如考慮標準大

11、氣折射的情況下，（7）可修正為式中h的單位為m。按收發(fā)天線間距離可分為三個區(qū)域，即d0.7dv的亮區(qū)，0.7dvd(1.21.4)dv區(qū)域，稱陰影區(qū)。實際的視距傳播應滿足亮區(qū)條件，以減小繞射損失。(8)124.12kmdvhh EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 地面對電波傳播的影響l地面反射的影響 在視距傳播中，接收點場強除直射波外，還經(jīng)常收到地面反射波。v地面菲涅爾區(qū) 設(shè)地面為無限大的理想導電平面地時，地面的影響可用鏡像法分析。 EM Propagation EngineeringSchool of Elec

12、tronic Engineering 地面對電波傳播的影響 地面上有效反射區(qū)地面上第一菲涅爾橢球區(qū)尺寸為 橢圓的中心點（一般情況不為反射點） 橢圓的長半軸 橢圓的短半軸 上式中，h1、h2, d以及d(h1+h2)。(9)1120121222dh hhdydhh(10)12121242ddh hdadhh(11)2112abdhhd EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 地面對電波傳播的影響若考慮球面地的情況，可按下圖進行估算：地面反射區(qū)的縱向長度（長軸）近似為而橫向（短軸）長度近似等于兩天線間的第一菲涅爾區(qū)最大半

13、徑F1max的20倍，即(12)20.2azzmaxminzddmax0 12dR hmin022ddR h(13)1max22010bFd EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 地面對電波傳播的影響v地面反射波 電波在傳播過程中遇到兩種不同媒質(zhì)的光滑界面，而界面的尺寸又遠大于波長時，就會發(fā)生鏡面反射。天線輻射的實際上是球面波，但當波源和反射區(qū)相距很遠時，到達反射區(qū)的電波可視為平面波，因而可采用平面波的反射定律。 當通信距離較近，例如d, d以及d(h1+h2)等條件時，可應用（9）（11）計算地面上有效反射區(qū)大小

14、。若該區(qū)域內(nèi)地面時光滑的，則可按光滑平面地的情況來處理，并根據(jù)地質(zhì)電參數(shù)（、）及電波的入射角計算反射波場強的大小和相位。 依據(jù)電磁理論，當平面波從空氣投射到半導電媒質(zhì)的地面時，產(chǎn)生電波反射和投射現(xiàn)象，即部分能量被反射 EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 地面對電波傳播的影響部分能量透射入地面。反射波按照入射線、反射線和反射面法線共面以及反射角等于入射角的方向傳播。反射波場強為 為反射系數(shù)， 為反射點處的入射波場強。 對于水平極化波 對于垂直極化波(13)21ERE jRR e1E2H2sin60cossin60c

15、osrr-jR+j(14)2V260sin60cos60sin60cosrrrrj-jRj+j(15) EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 地面對電波傳播的影響(a)海水（b）中等干燥地面上的反射系數(shù) EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 地面對電波傳播的影響 反射系數(shù)模值總小于1。反射系數(shù)的相位是滯后的。水平極化波的相位總是大于180，而垂直極化波滯后的相位總是小于180。但隨著電波入射仰角的變化，RV的幅度和相位變化明顯，而RH的

16、幅度和相位則變化不大。對水平極化波而言，實際地面的反射比較接近理想導電地，特別是在波長較長或投射角較小的區(qū)域近似程度更高。對于垂直極化波其反射系數(shù)模存在一個最小值，對應此值的投射角稱為布魯斯特角（Brewster），記為B；在B兩側(cè)，反射系數(shù)相角180突變。 當?shù)孛骐妼蕿橛邢拗?，電波入射仰角非常小時（或稱掠射），近似有(16)1HVRR EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 地面對電波傳播的影響 當通信距離較遠時，必須考慮地球曲率的影響，由于球面反射有擴散效應，因而球面地的反射系數(shù)要小于相同地質(zhì)平面地的反射系數(shù)。

17、擴散因子就是描述擴散程度的一個物理量。定義求面地的擴散因子Df為 EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 地面對電波傳播的影響 它是小于1的數(shù)值，其表示式為(17)2212120102112211fDd dd dKR dhKR dh211102dhhR222202dhhR EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 地面對電波傳播的影響 于是，考慮球面地擴散作用后的反射點處的反射波場強 為 一般情況下，空間某點的場強為直射波 和地面反射波 的總

18、和，即 式中=2/為相移常數(shù)；r為直射波和地面反射波的波程差； 為反射點處的反射系數(shù)。l光滑地面的判別準則 實際地面都是起伏不平的，光滑地面只是理想情況。電波在上下兩邊界處反射時的波程差為(17)21fED RE 2E1E2E(18)1211jrfEEEED R e R(19)2sinrDBBCh EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 地面對電波傳播的影響 引起的附加相位差為若r0，電波射線上翹 正折射dn/dh0，電波射線向下彎曲低空大氣層對電波傳播的影響sinndndh(32)1dn dh(33) EM Pro

19、pagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 標準大氣折射：dn/dh=-410-8 1/m，射線的曲率半徑=2.5107 m；臨界折射： dn/dh=-15.710-8 1/m，電波射線與地球同步彎曲；超折射： dn/dh-15.710-8 1/m，電波在一定高度的大氣層內(nèi)連續(xù)折射。低空大氣層對電波傳播的影響折射類型 EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering v 等效地球半徑 電波在大氣內(nèi)傳播軌跡是彎曲的，但習慣上仍把電波射線當做沿直線傳播，因此引入等效地球

20、半徑因子來修正。等效地球半徑Re：保持電波射線軌跡與地球表面之間的相對曲率不變，使地球半徑改變到電波射線為直線時的地球半徑。低空大氣層對電波傳播的影響等效地球半徑 EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 由上圖的幾何關(guān)系，得 式中，Re為等效地球半徑。由此， 將(33)代入上式，則低仰角情況下的等效地球半徑為 定義等效地球半徑因子K為等效地球半徑與實際地球半徑R之比。低空大氣層對電波傳播的影響1111eRR(34)1eRRR(35)1eRRdnRdh(36)11eRKdnRRdh(37) EM Propagation

21、 EngineeringSchool of Electronic Engineering 標準大氣dn/dh=-410-8 1/m，R=6370 km，K=4/3。l大氣衰減 大氣是一種成分不均勻的半導電媒質(zhì)。大氣對電波的衰減有兩方面： 云、霧、雨等小水滴對電波的熱吸收以及水分子、氧分子對電波的諧振吸收； 云、霧、雨等小水滴對電波的散射，導致對原方向傳播的電波衰減。低空大氣層對電波傳播的影響 EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 水分子（電偶極距）的諧振吸收發(fā)生在1.35cm與1.6mm的波長上，(22 GHz、1

22、83 GHz)。 氧分子（磁偶極子）的諧振吸收發(fā)生在5mm與2.5mm的波長上，（60 GHz、118 GHz）。 在選擇工作頻率時，要注意避開這些諧振吸收頻率，工作于吸收最小的頻率附近（大氣窗口，100 GHz以下有三個大氣窗口：19 GHz，35 GHz， 90 GHz）。低空大氣層對電波傳播的影響氧和水的衰減系數(shù) EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering l降雨影響 電波投射到離散的隨機媒質(zhì)雨滴上時，會產(chǎn)生雨滴對電波的散射和吸收會使微波衰減雨滴對電波的散射會引起散射干擾電波穿過雨滴后極化面旋轉(zhuǎn)，引起去極化現(xiàn)象低空

23、大氣層對電波傳播的影響不同強度的雨對電波的衰減系數(shù) EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 散射衰減與小水滴半徑的6次方成正比，與波長的4次方成反比；fh，電波掠射至地面，可作如下近似超短波傳播 EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 天線高架，地波成份可忽略不計 天線尺寸遠小于其架設(shè)高度，且饋線無天線效應，不計天線的空間影響 在接收點處E1和E2在空間方向上是一致的。 忽略發(fā)射天線在直射波和反射波方向上方向系數(shù)的差異。 如此，當?shù)孛婵梢暈?/p>

24、平面地時，接收點處場強的表達式為 為自由空間場強值。對于視距通信鏈路，很小，通常小于1，因此 ，接收點場強為超短波傳播1211jrEEEER e (38)1E1vhRR211112cos222cos2sinEERRrErEr (39) EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 由圖中的幾何關(guān)系可得出 根據(jù)幾何關(guān)系還可得到用之射線 與反射點C之間的余隙H來描述r 其中x=d1/d，h1=H/2(1-x)， h2=H/2x。于是 式中 。超短波傳播122h hrd (40)QP212221h hHrddxx(41)1212

25、122sin2sin21h hEEdHEdxx(42) 1245kwkmmV mttEPGd EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 超短波傳播亮區(qū)電波傳播示意圖 EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 于是可得亮區(qū)場強的衰減因子A為 A又稱為亮區(qū)干涉長的衰落因子，它隨距離d、天線高度h的改變呈波動變化。 接收點場強隨d的增大呈波動狀態(tài)的變化。E1和E2同相時，合成場強最大；兩者反向時，合成場最小。因此，只要改變d，使得波程差r有半個波長的

26、變化，場強就有可能從最大值變成最小值。 當d減小時，r增大，它所包含的半波數(shù)目增多，導致干涉場的圖形越來越密 當d減小時，射線仰角增大，反射系數(shù)模值減小，使合成場的最大值變小，最小值變大 當d進入陰影區(qū)后，E隨距離的增加而單調(diào)減小。超短波傳播12022sin0Eh hAEd(43) EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering E隨天線架高改變也呈波動狀變化。當天線高度連續(xù)變化時，實際改變的是反射點的位置，從而使波程差r相應變化，當超短波傳播衰落椅子A隨距離的變化12222= 2 -1h hrnd(44)高度圖形 EM P

27、ropagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 接收點場強有最大值 ，而當 時，接收點場強呈最小值 。若保持d、h1（或h2）不變，通過（44）、（45）兩式可分別求出接收點場強為最大、最小值時相應的天線高度h2（h1） 當d較大時，須考慮球面地曲率的影響。為了能沿用平面地時得到的一些計算公式及曲線圖標，在保持球面地上傳播路徑不變，而又能將球面地等效為平面地的超短波傳播111+2ERE12222=2=1,2,h hrnnd(45)11-0ER 2 11 22 -1=4ndhh(46) 2 11 22=4ndhh EM Propaga

28、tion EngineeringSchool of Electronic Engineering 情況，必須對天線架高進行修正，如前所述 于是此時直射波和地面反射波的波程差為 將上式代入式（18），可得球面地上的接收點場強為式中Df為球面地的擴散因子。超短波傳播211102dhhR222202dhhR122h hrd (47)1 2-41211h hjdfEEEED R e (48) EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering l光滑球面上的電波繞射 所謂繞射是指電波繞過傳播路徑上障礙的現(xiàn)象。 研究表明電波沿光滑球面地的

29、繞射場衰減因子為 式中X=d/L稱相對距離，Y1=h1/hH，Y2=h2/hH，稱為天線相對高度，其中L和hH分別稱為標準距離和標準高度超短波傳播陰影區(qū) 1.21.4vdd 12=+dBA F XH YH Y(48)1 3220K RL1 320212HKRh(49) EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering K為等效地球半徑因子，R0為地球半徑。F（X）表示距離的影響，第二、三H（Y）表示天線高度的增益，稱為高度因子或高度增益，它們都是大地電參數(shù)、波長以及波的極化形式的函數(shù)。式（48）可寫為 式中各參量可用如下的列線

30、圖計算，這些圖都是CCIR推薦的，應用范圍廣泛。 （a）和（c）是計算F（d）的圖標，若已知頻率及距離的數(shù)值，分別在頻率及距離的標尺上找到相應的電，其連線延長與F（d）標尺相交，交點即為F（d）值。 （b）和（c）是計算H（h）的列線圖，分別在頻率標尺及天線架設(shè)高度上找到相應的電，其連線與高度標尺增益相交，交點即為H（h）值。超短波傳播 12=+dBA F dH hH h(50) EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 若不考慮大氣折射影響即K=1，使用頻率標尺左側(cè)的數(shù)值刻度進行計算；若為標準大氣折射K=4/3，則使

31、用頻率標尺右側(cè)數(shù)值計算，若K為其它值，仍用K=1的頻率標尺進行計算，但要對頻率數(shù)值修正，即分別用f/K2（a）和（c）及f/sqrt(K)（b）和（d）代之。 垂直極化波沿海面?zhèn)鞑r，很靠近地面處的場強，實際上與天線高度無關(guān)，為此圖（d）中畫有一條垂直線段AB（限制線），若依據(jù)給定的頻率及天線高度的數(shù)值連線與AB相交，這時須用大一些的高度值來代替天線的實際高度，以使得連線恰好通過限制線的頂部（A點），按此作圖法求出H（h）值。 依據(jù)列線圖法求出F（d）、H（h1）、H（h2）的分貝值，三項相加即為球面地繞射場的衰減因子A值。超短波傳播 EM Propagation EngineeringSch

32、ool of Electronic Engineering 超短波傳播（a）球面地繞射距離的影響適用條件：陸地，海面水平極化波陸地垂直極化波（圖中用箭頭連接的標尺必須一起使用） EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 超短波傳播（b）球面地繞射高度增益適用條件：陸地，海面水平極化波陸地垂直極化波 EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 超短波傳播（c）球面地繞射距離影響適用條件：海面垂直極化波（用箭頭連接的標尺須一起使用） EM Propa

33、gation EngineeringSchool of Electronic Engineering 超短波傳播（d）球面地繞射高度增益適用條件：海面垂直極化波 EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 通信鏈路的基本傳輸損耗Lb（dB）即為自由空間傳輸損耗Lbf（dB）與繞射場衰減因子A（dB）之和，即l山峰繞射 實際地形是復雜多樣的，因此很難對各種實際地形引起的電波衰減作出準確的定量計算。此處，以刃形山脊為例，討論山峰繞射的基本特點。 因刃形山脊厚度較小， 一般采用半無限大的金屬導體屏（厚度遠小于波長）來代替。超短

34、波傳播dBdBbbfLLA(50) EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 超短波傳播 EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 超短波傳播刃形山脊繞射接收點場強與障礙物遮擋有明顯關(guān)系。接收點場強與電波頻率有關(guān)，波長越短的無線電波，其繞射能力越弱。 EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 超短波傳播刃形山脊繞射和光滑球面地的AHc/F1曲線 EM Propagati

35、on EngineeringSchool of Electronic Engineering 內(nèi)容安排 EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 微波中繼通信系統(tǒng)的電波傳播是利用視距傳播方式。目前使用的頻段一般在220 GHz范圍。一個中繼段的距離大約在2070 km左右。要求鄰站天線彼此在視線距離以內(nèi)，以視線直射波傳播。為實現(xiàn)長距離的信號傳輸，可利用地面上若干個具有高架天線的中繼站轉(zhuǎn)發(fā)，從而構(gòu)成了地面微波中繼通信系統(tǒng)。l光滑傳播余隙的選擇與確定 氣象條件的變化將引起傳播余隙HC的變化，主要反映在地球等效半徑因子K上微

36、波中繼系統(tǒng)的電波傳播112121202Csdd dHhhhHdKR(51) EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 假定氣象條件只引起K值改變，則利用微分法可以求出HC和K之間的關(guān)系微波中繼系統(tǒng)的電波傳播12202cd dHKK R(52)不同折射情況反射點的變化（K=2/3負折射、K=4/3標準折射、K=）傳播余隙的變化 EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 大氣折射率變化愈大，即K值愈大，則余隙變化量HC也就越大。 當K0，使等效地球

37、半徑增大，地球凸起高度(Hb=d1d2/2KR0)降低，傳播余隙增大。若傳播余隙選擇不當，使電路變?yōu)榇蜷_電路時，有可能使通過的菲涅爾帶數(shù)恰為偶數(shù)，這時接收點場強大大低于自由空間場強；反之KF1。在線路勘探與設(shè)計時，應盡量使障礙物的位置靠近兩站的一端，以避免K值變化引起微波中繼系統(tǒng)的電波傳播11112200122cdddddddHKKK RK R(53) EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 太大的HC的變化。同時站距不宜過長，通常平原地區(qū)，站距約為3040 km，山區(qū)可達5060 km。對于地形復雜的電路，資料欠缺

38、，難以判斷傳播情況是否良好時，有必要進行電路的傳播試驗，目的是驗證傳播余隙及其可能的變化，確定地面的反射損耗或障礙的繞射損耗等。但對山區(qū)的大開電路、水面或平原地區(qū)的電路，障礙靠近一端站址的情況，均可不必進行傳播試驗。這是因為山區(qū)的大開電路很接近自由空間傳播，水面或大平原地區(qū)的電路能夠根據(jù)反射波形成的干涉場的計算解決。實際電路中，接收點場強不可能恰好等于自由空間場強值，允許有3 dB的變動范圍，作到這一點已屬上乘電路設(shè)計了。微波中繼系統(tǒng)的電波傳播 EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering l衰落 由于大氣氣象參數(shù)及其相應

39、的電參數(shù)的隨機變化，以及電波的多徑傳輸效應，使得微波信號的衰落是嚴重的。能引起深度衰落而嚴重影響傳播可靠度的衰落為K型衰落和波導型衰落。vK型衰落 由于大氣折射率隨高度的隨機變化以及多徑傳輸，使得接收點場強發(fā)生衰落。大氣折射率隨高度的變化可通過K來描述，因此這種由于K值的變化引起的衰落稱為K型衰落。 干涉型K型衰落：當電路為開電路時，接收點場強一般是直射波和地面反射波的干涉場。由于K值的隨機變動，使得直射波和反射波而引起的相位差亦隨之隨機變化，從而使接收點合成場強隨機起伏形成衰落。微波中繼系統(tǒng)的電波傳播 EM Propagation EngineeringSchool of Electroni

40、c Engineering 繞射型衰落：當大氣折射指數(shù)梯度隨機變化時，使電路的傳播余隙HC亦相應隨機變動。特別當大氣出現(xiàn)負折射的余隙減小太多，有可能使開電路變成半開或閉電路狀況，電波射線受到障礙物阻擋，使信號電平大大降低。因此在電路設(shè)計時應該估計到可能出現(xiàn)的最低K值，并留有足夠的余隙以避免此種衰落。 理論和實踐證明，對于干涉型K型衰落，希望傳播余隙小一些，而對于繞射型衰落則希望余隙大一些，二者是矛盾的。v波導型衰落 大氣波導是指大氣折射指數(shù)梯度dN/dh-157（N/km）的大氣層，根據(jù)大氣波導出現(xiàn)的高度不同，有地面波導和懸空波導之分。電波在大氣波導中以連續(xù)折射的方式進行傳播，與電波在金屬波導

41、管中的傳播情況微波中繼系統(tǒng)的電波傳播 EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 類似的方式進行傳播，與電波在金屬波導管中的傳播情況類似。由于大氣波導兩壁不是理想的導體，電波能量不會完全束縛在波導內(nèi)，必然存在有通過波導面而泄露到波導外的能量，因而接收點不論在波導內(nèi)或波導外，都可能收到以這種形式傳輸過來的能量。多徑傳輸?shù)牟ǖ有纬筛缮鎴?，使接收信號有嚴重的衰落。與K型衰落相比，波導型衰落的衰落率高且衰落深度大。當大氣層中出現(xiàn)大尺度的逆溫層時極易發(fā)生大氣波導，但要形成波導型傳播，還應具備如下條件: 發(fā)射天線須位于大氣波導內(nèi)

42、電波發(fā)射角須小于臨界角c(0.51) 工作波長小于最大波長max 對于常出現(xiàn)的dN/dh-290 N/km的情況，max同波導厚度h0之間滿足微波中繼系統(tǒng)的電波傳播 EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 微波中繼系統(tǒng)的電波傳播地面波導中的多徑傳輸懸空波導中的多徑傳輸 EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 單位為cm，h0單位為m。通常的氣象條件h0一般不超過2030m，所以微波波段較易發(fā)生波導型傳播，且波導中的傳輸模式也較多，易產(chǎn)生深度

43、的波導型衰落。因此在視距傳播中應設(shè)法破壞大氣波導的傳播條件，可以使收發(fā)天線的高度差較大，以使射線的俯仰角大于0.51，以破壞大氣波導型傳播的條件。 為了改善衰落情況，提高電路的傳播可靠度，通常采取的措施是：在電路設(shè)計時，應根據(jù)地形及氣象資料，確定恰當?shù)膫鞑ビ嘞叮匾獣r可進行傳播試驗，力求避免產(chǎn)生繞射型衰落。對于開電路，應盡量減小主反射波的強度，甚至設(shè)置認為障礙，消除到達接收點的主反射波。使系統(tǒng)提供一定的電平儲備（或稱衰落余額）以保證信號發(fā)生深度衰落時提供電平補償。微波中繼系統(tǒng)的電波傳播3 2max00.088h(54) EM Propagation EngineeringSchool of E

44、lectronic Engineering 采用分集接收技術(shù)，以使接收信號的快衰落幅度趨于平緩，減小深度快衰落發(fā)生的概率。微波中繼系統(tǒng)的電波傳播 EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 內(nèi)容安排 EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 衛(wèi)星通信是上世紀60年代以來，在航天技術(shù)和微波技術(shù)迅速發(fā)展的基礎(chǔ)上形成的一種新型通信方式，已成為國際、國內(nèi)通信的重要手段。 目前使用的通信衛(wèi)星主要是靜止同步衛(wèi)星，這種衛(wèi)星被發(fā)射到赤道上空約35800 km的空

45、間，始終保持著和地球相對靜止的狀態(tài)。只須配置三個大容量的通信衛(wèi)星，就可建立起全球的通信體系。其主要的工作頻段有：225400 MHz、800900 MHz的UHF頻段，1.51.6 GHz的L波段，46 GHz的C波段，78 GHz的X波段，1114 GHz的Ku波段，以及2040 GHz的Ka波段。在長達40000 km的單程傳播路徑上，主要的傳播途徑位于宇宙空間內(nèi)，只要地球站發(fā)出的射線仰角不是太小，及地球站指向衛(wèi)星的仰角不低于510，則電波穿過低空大氣層及電離層的路徑不會太長，其信道傳輸媒質(zhì)的電參數(shù)是基本穩(wěn)定的，屬常參信道。衛(wèi)星通信系統(tǒng)的電波傳播 EM Propagation Engine

46、eringSchool of Electronic Engineering 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的電波傳播同步衛(wèi)星通信系統(tǒng) EM Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 影響電波傳播的主要因素有：大氣氣體對微波的衰減；雨云霧雪等引起的散射和吸收；水凝物（主要是雨滴和冰晶）引起的退極化效應；由大氣層內(nèi)湍流團或不均勻?qū)诱凵渲笖?shù)的隨機起伏造成的信號衰落；大氣氣體吸收和水凝物引起的噪聲輻射；以及電離層閃爍和法拉第旋轉(zhuǎn)效應等。 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的傳輸損耗主要是基本傳輸損耗（自由空間傳輸損耗、大氣吸收損耗和降雨損耗）以及天線方向跟蹤誤差損耗和極化誤差損耗等項。 自由空間傳播損耗為 r是地球站至衛(wèi)星的路徑長度，只隨仰角不同而不同。仰角是指地球站天線對準同步衛(wèi)星時的射線與地平面之間的夾角，它的大小是由地球站和衛(wèi)星之間的相衛(wèi)星通信系統(tǒng)的電波傳播32.4520lgMHz20lgkmdBbfLfr(55) EM Propagation En